powrót do listy numerów archiwalnych
Minisympozjum: Łożysko
Budowa i funkcja ludzkiego łożyska
T. M. Mayhew, L. Leach, School of Biomedical Sciences University of Nottingham, Queens Medical Centre, Nottingham NG7 2UH, Wielka Brytania. Tłumaczyła Lidia Michalak
Niniejsza praca omawia podstawowe zagadnienia związane z morfologią i czynnością łożyska w ciąży donoszonej, koncentrując się na zjawiskach proliferacji, wzrostu, transportu dyfuzyjnego i przepuszczalności naczyń mikrokrążenia. Przedstawia główne struktury, które tworzą barierę kosmkową znajdującą si barierę między krwią matczyną a płodową. W dalszej kolejności omawia aktualne poglądy na proliferację głównego elementu czynnościowego tej bariery, czyli trofoblastu. Jest to ciągle odnawiający się nabłonek: komórki cytotrofoblastu dzielą się przez podziały mitotyczne podczas całego okresu ciąży i przechodzą do leżącej powyżej zespólni. W przeciwieństwie do tego, co dotychczas przyjmowano za pewnik, cytotrofoblastu nie ubywa w trakcie trwania ciąży. Zespólnia traci jądra, które odrywają się w postaci dużych skupisk (grudki zespólni) i przechodzą do krążenia matczynego. Przynajmniej niektóre z nich są apoptotyczne i mogą być fagocytowane przez makrofagi poza łożyskiem. Podścielisko kosmków i śródbłonek płodowy również rosną przez proliferację. Procesy te pomagają zwiększyć powierzchnię wymiany i zmniejszyć grubość bariery dyfuzji. Część płodowa krążenia odgrywa istotną rolę w powstawaniu całkowitego oporu przezłożyskowego podczas transportu substancji rozpuszczalnych. Naczynia płodowe są wyścielone szczelnym śródbłonkiem, z dobrze wykształconymi połączeniami (junctional complexes) w szczelinach międzykomórkowych. Kompleksy te zawierają cząsteczki o właściwościach adhezyjnych, bardzo wrażliwe na działanie czynników egzogennych, których ekspresję i lokalizację łączy się z przerwaniem połączeń i zmianą ich przepuszczalności oraz zmianą wydolności i przepuszczalności łożyska. Zmiany w zakresie proliferacji łożyska, wzrostu, transportu dyfuzyjnego i przepuszczalności naczyń mogą odgrywać ważną rolę w chorobach związanych z ciążą, takich jak stan przedrzucawkowy i cukrzyca.
Poglądy na budowę łożyska
Ludzkie łożysko zbudowane jest z rozgałęzionych pni kosmków zanurzonych w krwi matczynej krążącej w przestrzeniach międzykosmkowych (łożysko typu krwiokosmkowego). Kosmki mają kluczowe znaczenie dla wzrostu łożyska, jego morfogenezy i funkcji a tym samym dla dobrostanu płodu. 1,2 Ze względu na swoją dużą liczbę i cechy fizyczne kosmki końcowe (terminal villi TV) mają największe znaczenie dla stanu czynnoścowe (terminal procesy wymiany między krwią matczyną a płodową zachodzą przez błonę kosmkową (villous membrane VM),óra składa się z trofoblastu, podścieliska i śródbłonka naczyń włosowatych płodu.
Trofoblast tworzą dwie warstwy nabłonkowe. Wewnętrzna warstwa proliferacyjna, cytotrofoblast (CT) ulega w czasie ciąży przekształceniu zmieniając się z ciągłej warstwy w zbiór rozproszonych komórek, spośród których komórki postmitotyczne przechodzą do zewnętrznego, wysoce zróżnicowanego syncytiotrofoblastu (ST) czyli zespólni. Zespólnia jest jedyną w swoim rodzaju tkanką ludzką, która umożliwia nacieczenie tkanek matczynych bez naruszania bariery naczyniowej. Poza tym zespólnia pozwala na optymalną miejscową redystrybucję swojej masy i tym samym optymalną adaptację służącą poprawie dyfuzji.3 Wydajność dyfuzyjna syncytium wiąże się ze średnią grubością, adaptacyjną zdolnością zmiany tej grubości oraz polem powierzchni. W czasie ciąży VM staje się cieńsza, podczas gdy jej pole powierzchni i objętość bardzo się zwiększają poprawiając wydolność czynnościową łożyska. Największy rozwój VM ma miejsce po 20. tygodniu ciąży, wskutek tworzenia się nowych kosmków końcowych (TV). 2,4-6
Drugą główną barierą wchodzącą w skład błony kosmkowej jest śródbłonek naczyń płodu. Jest to śródbłonek szczelny, z licznymi ścisłymi połączeniami (junctions) adherencyjnymi obecnymi w szczelinach międzykomórkowych. Płodowe naczynia włosowate są całkiem szczelne a stopień ich przepuszczalności jest zbliżony raczej do tego, stwierdzanego w kapilarach mięśni szkieletowych niż do przeciekających naczyń włprzeciekających naczyń włosowatych sercu, wątrobie czy nerkach.7,8 Rozszerzanie się i obwodowe rozpraszanie naczyń włosowatych płodu oraz lokalne braki warstwy cytotrofoblastu (CT) prowadzą do miejscowego osłabienia (ścieńczenia) błony kosmkowej (tzw. błonki naczyniowo-syncytialne o grubości nie przekraczającej 2µm) oraz do powstania obszarów pogrubionych, gdzie jądra syncytium zbijają się w skupiska (grudki syncytialne, grubość 10-15µm). Pole powierzchni zwiększa się szybciej niż objętość, dlatego syncytium staje się stopniowo coraz cieńsze. Taka struktura zapewnia bardzo bliskie sąsiedztwo krwi matczynej i płodowej na dużym obszarze. Oba układy naczyniowe rozdzielone są błoną kosmkową (VM). Poniżej przedstawiono najnowsze poglądy na temat budowy i funkcji błony kosmkowej, która stanowi istotę bariery łożyskowej.
Nowe poglądy na proliferację i wzrost trofoblastu
W dotychczasowych poglądach na temat wzrostu trofoblastu zakładano, że zachodzi jego stała ekspansja, która jest jednak ograniczona przez malejącą (wyczerpującą się) pulę komórek CT.1,9 Najnowsze badania stereologiczne na temat faktycznej liczby jąder komórkowych CT i ST zmieniły ten pogląd teraz wiemy, żd nabłonek odnawia się bez ograniczeń (podobnie jak w jelicie cienkim) a rekrutacja i usuwanie komórek podlegają regulacji.10,11 Począwszy od pierwszego trymestru trofoblast rozrasta się poprzez ciągłą proliferację komórek CT i wzrost całkowitej liczby jąder komórkowych CT i ST.
Ponieważ w miarę rozrastania się obszaru ST komórki CT stają się coraz bardziej rozproszone,6,10 wykorzystanie w badaniach dwuwymiarowych przekrojów histologicznych daje błędne wrażenie, że liczba komórek CT zmniejsza się w czasie trwania ciąży.
W rzeczywistości nie tylko nie ubywa komórek CT przez ich przechodzenie do ST, lecz ich liczba rośnie. Świadczy o tym utrzymujący się na stałym poziomie liczbowy wskaźnik jąder komórkowych ST:CT (około 9:1) i stała objętość protoplazmy przypadająca na jedno jądro (około 1100 µm3). Wskaźniki te utrzymują się pomimo skupiania się jądrzastych fragmentów ST w grudki syncytialne i ich złuszczania. Szacuje się, że nawet 150000 takich grudek przechodzi dziennie do matczynego krążenia układowego. Proporcja tej objętości trofoblastu, którą tworzą komórki CT w łożysku ciąży donoszonej (około 15%) również utrzymuje się na stałym poziomie w całym drzewie kosmkowym,4 co sugeruje, że zmiany trofoblastu zachodzą na wszystkich poziomach.
Aktywność mitotyczna cytotrofoblastu (CT) aż do terminu porodu oraz fakt, że ciągłość jego warstwy jest miejscowo przerwana spójne są z nowym poglądem o ciągłej rekrutacji komórek. Nowa teoria odrzuca jednak tezę o stałej utracie komórek CT.1,9,12
W łożysku ciąży donoszonej można zaobserwować komórki CT tworzące desmosomy i połączenia adherencyjne z leżącym powyżej syncytium (ST). Badania immunochemiczne pokazują jasne punkty fluorescencji odpowiadające zabarwionym cząsteczkom adhezyjnym nabłonka: E-kadherynie i b-kateninie na szczytowej powierzchni komórek CT (wyniki badań niepublikowanych). Stopniowa transformacja z dwuwarstwowego do jednowarstwowego nabłonka ma następstwa dla matczyno-płodowego transferu immunoglobulin. Nienaruszona warstwa CT może pełnić funkcję bariery wobec transferu IgG13, przynajmniej dopóki jej komórki nie porozdzielają się i nie rozproszą. Komórki syncytium i płodowego śródbłonka nie stanowią bariery dla IgG, ponieważ immunoglobuliny tej klasy transportowane są przez ich cytoplazmę w endosomach.14
Ryc.
1. Obraz kosmków kosmówki
łożyska z ciąży donoszonej w mikroskopii elektronowej
z widoczną grudką syncytium (sk) wychodzącą
z syncytiotrofoblastu (syn). Agregaty jądrowe w grudce
syncytium wyglądają na pyknotyczne i czasami apoptotyczne.
Widoczny jest słabiej barwiący się cytotrofoblast (cy)
i naczynie płodowe (fv) wyścielone nieporowatym śródbłonkiem
(e). Podścielisko kosmków (s) zawiera makrofagi i pericyty.
Skala 10 µm.
Szczegółową morfologię trofoblastu badano przy pomocy mikroskopu.1,2 Wyniki tych badań zrodziły pytanie, w jaki sposób możliwe jest zachowanie stałej objętości trofoblastu przypadającej na jedno jądro komórkowe. Jedynym wytłumaczeniem jest ciągła utrata fragmentów syncytium bogatych w jądra (ryc. 1).
Jądra cytotrofoblastu różnią się między sobą rozmiarami, są jednak raczej okrągłe i euchromatyczne z widocznymi sporadycznie jąderkami. Jądra syncytium są mniejsze, ząbkowane i bardziej heterochromatyczne. W obszarach grudek zespólni jądra są bardziej pleomorficzne, ciasno upakowane, heterochromatyczne i zwinięte. Wreszcie w niektórych obszarach ST stwierdza się ciasno upakowane jądra z cechami apoptozy.15 W innych tkankach jądra apoptotyczne są usuwane przez makrofagi. Wydaje się, że w syncytium ten proces nie występuje, choć prawdopodobnie fragmenty grudek syncytium w krążeniu matczynym są fagocytowane przez makrofagi w miejscach poza łożyskiem.
Możliwe, że złuszczanie się grudek zespólni normalnie odbywa się bez naruszania ciągłości całej błony kosmkowej (VM = cyto- i syncytiotrofoblast, podścielisko i śródbłonek naczyń włosowatych płodu). Czasami VM zostaje uszkodzona, kiedy odpadający guzek zespólni zabiera ze sobą fragment syncytium powodując miejscowe odsłonięcie leżącego pod nim cytotrofoblastu czy śródbłonka naczyniowego. Apoptoza może być dodatkowym procesem, który inicjuje to uszkodzenie.15
Wzrost łożyska jest jedno- a nie dwufazowy
Jeszcze do niedawna istniały wątpliwości,10,11 czy wzrost łożyska jest dwufazowy (faza proliferacji poprzedzająca fazę hypertroficzną pojawiającą się po 36. tygodniu ciąży) czy jednofazowy (tylko faza proliferacji). Różne aspekty wzrostu kosmków od dwunastego tygodnia do końca ciąży zostały ponownie ocenione w morfometrycznych badaniach stereologicznych,10,11 których wyniki przeczą twierdzeniu, że rozwój łożyska ma charakter dwufazowy. Stwierdzono, że liczby jąder CT, ST, podścieliska i endotelium zwiększają się wykładniczo i w przybliżeniu równolegle, wyprzedzając zmiany w objętości łożyska. Na tej podstawie można przypuszczać, że wzrost w różnych przedziałach komórkowych jest ściśle regulowany. Sam wzrost różnił się nieco w poszczególnych grupach komórek, jednak zawsze dominowała proliferacja jąder komórkowych. W podścielisku objętość tkanki przypadająca na jądro zmniejszała się. W kapilarach średni obszar łusek śródbłonka zwiększał się, zaś ich grubość na jednostkę długości zmniejszała się. Badania immunochemiczne wskazują na istnienie ośrodków proliferacji dla nabłonka, podścieliska i śródbłonka naczyniowego.12 Stała wzrostu dla jąder śródbłonka może być większa niż dla komórek CT i podścieliska, co zgadzałoby się z ideą, że na powstanie i wzrost TV wpływa stały rozwój naczyń płodowych.2 Na powierzchni komórek śródbłonka płodowego znajdują się markery (CD44, thy1 i A10-33/1) zgodne z markerami proliferujących komórek śródbłonka obecnych w nowotworach złośliwych i w hodowli tkankowej (wyniki badań niepublikowanych).
Budowa łożyska a dyfuzja
Miejscowe różnice grubości błony kosmkowej są korzystne. Pozwalają na bardziej efektywną dyfuzję, niż byłoby to możliwe przy jednolitej błonie o jednakowej grubości.3 Różnice te są częściowo wynikiem redystrybucji mas syncytium w następstwie rozpychania się rosnących naczyń płstwie rozpychania częściowo aktywnego przepływu protoplazmy16,17. W rezultacie występują obszary zbudowane z błonek naczyniowo-syncytialnych i grudek syncytium.
Podstawowymi czynnikami wpływającymi na przewodnictwo dyfuzyjne (pojemność dyfuzji, Dp) są:
1. pole powierzchni wymiany,
2. efektywny (średnia harmoniczna) dystans dyfuzji.
Pojemność dyfuzji /Dp/ (ml.min-1. kPa-1) mierzy łatwość, z jaką gazy lub substancje odżywcze dyfundują przez łożysko i zależy od fizycznych właściwości tkanek i fizykochemicznych właściwości dyfundujących substancji. Międzynaczyniowy szlak dyfuzji tlenu można analizować jako zbiór sześciu warstw tkanek, z których każda stawia cząstkowy opór dla przepływu. Kolejno zestawione, cząstkowe opory można zsumować uzyskując całkowity opór, który jest odwrotnością całkowitej Dp. Tych sześć oporów (warstw) to:
1. proces dysocjacji tlenu od hemoglobiny w erytrocytach matki me (me = maternal
2. dyfuzja przez osocze matczyne mp (maternal plasma);
3. dyfuzja przez trofoblast tr;
4. dyfuzja przez podścielisko kosmków st
5. dyfuzja przez osocze płodu fp (fetal
6. związanie z hemoglobiną w erytrocytach płodu fe (fetal18
Tak więc całkowity opór dla przepływu tlenu można wyrazić jako:
1/Dp = 1/Dme + 1/Dmp + 1/Dtr + 1/Dst + 1/Dfp + 1/Dfe
Częściowe przewodnictwo Dme i Dfe zależą od objętości przestrzeni naczyniowej i współczynnika reakcji tlen-hemoglobina. Przewodnictwo Dmp, Dtr, Dst i Dfp określa prawo dyfuzji Ficka, zależy więc ono od pola powierzchni wymiany (S), grubości poszczególnych warstw tkanek (T) i przepuszczalności tkanek dla tlenu (K). Każde cząstkowe przewodnictwo można obliczyć przy pomocy zmodyfikowanego równania Ficka:
D = K.S/Th
gdzie Th jest średnią harmoniczną grubości a S - średnią powierzchni górnej (matczynej) i dolnej (płodowej) każdej warstwy.
Zastosowanie zmodyfikowanego równania Ficka jest konieczne, gdyż ułożenie składników tkanek w ludzkim łożysku jest złożone. Trofoblast ma różną grubość (od błonek naczyniowo-syncytialnych po grudki syncytium) i dlatego przepuszczelność tlenu różni się miejscowo. Z tego powodu lepiej jest obliczać harmoniczną a nie arytmetyczną grubość3 nadając większe znaczenie cieńszym warstwom. Poza tym dolna powierzchnia podścieliska jest reprezentowana nie przez płaszczyznę, ale przez śródbłonek pojedynczych kapilarów. Pola powierzchni kapilarów i kosmków mogą być nierówne. To samo może odnosić się do trofoblastu i innych warstw. Ponieważ tlen musi przejść przez obie powierzchnie każdej warstwy, najlepiej traktować S jako średnią dwóch powierzchni.
Zakładając, że pewne statystyczne wymagania odnośnie próbkowania zostaną spełnione, stereologiczna ocena szacunkowa kluczowych wielkości strukturalnych da teoretycznie maksymalną pojemność dyfuzji Dp, jaką można stwierdzić w optymalnych warunkach. W rzeczywistości zaburzenia perfuzji, niedopasowanie przepływu matczynego i płodowego oraz przecieki tętniczo-żylne zmniejszają efektywność dyfuzji tlenu. Fizjologiczną ocenę pojemności dyfuzyjnej /Dp/ dodatkowo utrudniają problemy z określeniem ciśnienia parcjalnego tlenu w miejscu wymiany.
Niewątpliwa korzyść tego morfometrycznego podejścia polega na tym, że oceniane są zmiany we wszystkich przedziałach badanego szlaku z nadaniem im właściwego znaczenia. Tę technikę wykorzystano do zbadania relatywnego oporu dla transferu tlenu pochodzącego z poszczególnych warstw i okazało się, że składniki błony kosmkowej odpowiadają za około 90% całkowitego oporu.18,19
Powierzchnia dostępna dla dyfuzji tlenu zwiększa się wraz ze wzrostem ciąży przy jednoczesnym zmniejszaniu się średniej harmonicznej grubości błony kosmkowej (VM). Dlatego (zgodnie ze wzorem) pojemność dyfuzyjna (Dp) powinna rosnąć, co zostało potwierdzone w badaniach.18 Wcześniejsze wątpliwości, w jaki sposób odbywa się dalszy wzrost płodu mimo zmniejszania się (w stosunku do płodu) objętości i powierzchni kosmków, można przypisać niezdolności monitorowania wystarczająco dużej liczby zmiennych strukturalnych. W trofoblaście i podścielisku zachodzą istotne zmiany adaptacyjne i od 10. do 41. tygodnia ciąży wzrost pojemności dyfuzyjnej (Dp) jest proporcjonalny do przyrostu masy płodu wskazując, że czynnościowe dojrzewanie łożyska jest dopasowane do wzrastania płodu.
Obliczanie Dp tlenu przeprowadzano również w ciąży patologicznej, powikłanej hipoksją. Były to między innymi przypadki związane z pobytem ciężarnych na dużych wysokościach (hipoksja hipobaryczna), z niedokrwistością u matki (hipoksja normobaryczna), ze stanem przedrzucawkowym (hipoksja niedokrwienna) i cukrzycą (w której na przewlekły stres płodu wskazują podwyższone poziomy hemoglobiny płodowej i erytropoetyny). We wszystkich przypadkach stwierdzano cieńszą błonę kosmkową VM (z lub bez osłabionego rozwoju kosmków i ekspansji przestrzeni międzykosmkowej) i zwiększone częściowe, całkowite bądź specyficzne przewodnictwo dyfuzyjne.20-23 W modelu Ficka pole powierzchni wymiany i grubość harmoniczna mają silny wpływ na wartość Dp. Drugi z tych dwóch czynników ma większe znaczenie, co wydaje się korzystne, gdyż umożliwia wykorzystanie bardziej ekonomicznej i efektywnej strategii służącej poprawie Dp.19 Natomiast adaptacyjne wytwarzanie większej powierzchni VT byłoby prawdopodobnie niekorzystne z powodu zwiększania objętości krwi i/lub wskaźnika hematokrytu i nakładania tym samym dodatkowego obciążenia na płodowy układ krążenia.
Funkcja płodowego śródbłonka naczyń włosowatych jako bariery
Biolodzy zajmujący się śródbłonkiem powszechnie zgadzają się co do tego, że przepuszczalność nieporowatych naczyń włosowatych jest wypadkową oporów w układzie: glikokaliks w świetle naczynia, macierz włóknista szerokich stref międzyśródbłonkowych, ścisłe połączenia (junctions) i błona podstawna. Strukturalna złożoność i molekularna organizacja tych składników zależy od tkanki, w której naczynia się znajdują oraz od tego, czy leżą one po stronie tętniczej, w części kapilarnej czy po stronie drobnych żył lokalnego krążenia. Ultrastruktura łożyskowego śródbłonka płodowego wskazuje, że jest to bardzo restrykcyjnie działająca bariera dla transportu substancji rozpuszczalnych. Inaczej niż w przypadku innych niemózgowych włośniczek nieporowatych rozszerzone włośniczki w kosmkach końcowych (TV) zawierają bardzo mało wgłębień na powierzchni komórek (caveolae). Obecne są opłaszczone pęcherzyki, endosomy i wolne pęcherzyki, a więc śródbłonek jest zdolny do transportu pęcherzykowego.14 Szczeliny międzykomórkowe między przylegającymi komórkami stanowią główny szlak transportu dla hydrofilnych substancji rozpuszczalnych i posiadają od jednego do czterech regionów ścisłych połączeń (tight junction).8 Tam gdzie sąsiadująca błona ściśle przylega do komórek, ale nie stapia się z nimi, zachowana jest odległość około 4 nm. Ta przestrzeń może umożliwiać transport wody i cząsteczek o średnicy poniżej 4 nm. Kolejne przekroje tych struktur, gdy badano skrawki grubości 60-70 nm wykazały, że połączenia (junctions) nie są ciągłe na całej długości kapilarów, ale zanikają w obrębie czwartego-siódmego przekroju. Rozdzielenie listków w tych miejscach przerwania ciągłości (szerokie strefy) wynosi około 17 nm. Tak więc cząsteczki hydrofilne mają krętą drogę do przebycia przechodząc z zewnątrz do światła naczynia krwionośnego. W naczyniach kapilarnych pozamózgowych często występują porowate połączenia typu junctions.
Szerokie strefy szczelin międzykomórkowych zawierają kompleksy połączeń zwane połączeniami adherencyjnymi (adhaerens junctions) (ryc. 2).
Zawierają one przezbłonowe cząsteczki adhezyjne należące do grupy kadheryn cząsteczek adhezyjnych typu komórka-komórka. Te z kolei są związane z wewnętrznym cytoszkieletem aktynowym przez obwodowe cząsteczki łączące: a-kateninę, b-kateninę, plakoglobinę, winkulinę i a-aktyninę.24 Wszystkie kadheryny mają część pozakomórkową z miejscem wiązania wapnia, adhezji i glikozylacji oraz domenę przezbłonową i tzw. ogon cytoplazmatyczny, który posiada miejsca fosforylacji i wiązania cytoszkieletu. Tak więc ich budowa wskazuje na wrażliwość na sygnały zarówno zewnętrzne jak i wewnętrzne, które mogą wpływać na homofilne wiązania i tym samym regulować integralność i przepuszczalność połączeń. Pozakomórkowe elementy kadheryn mogą, zgodnie ze swoją rolą w śródbłonkowej adhezji komórka-komórka, być częścią molekularnego sita z macierzy włóknistej, które wpływa na transport substancji rozpuszczalnych. Łożyskowe połączenia adherencyjne są bogate w VE-kadherynę.25 Badania in vitro z użyciem pojedynczej warstwy komórek z śródbłonka z ludzkiej żyły pępowinowej (HUVEC human umbilical vein endothelial cell) wykazały, żpowinowej VE-kadheryna jest czynna w kontakcie komórka-komórka tylko wtedy, kiedy komórki zaczną się zlewać (ściśle przylegać do siebie). Ponadto zablokowanie VE-kadheryny przeciwciałami powoduje powstanie przerwy i wyciekanie białek hemowych.24 VE-kadheryna jest powiązana z aktyną cytoplazmatyczną przez a-kateninę, b-kateninę i plakoglobinę. Te obwodowe łączące cząsteczki są również wrażliwe na fosforylację i w związku z tym są uważane za ligandy dla transdukcji sygnału. Zmiany w tych cząsteczkach lub w aktynie mogą wpływać na lokalizację i wiązanie VE-kadheryny z następczym rozdzielaniem połączeń i zwiększeniem przepuszczalności.
Ryc.
2. Obraz z mikroskopu
współogniskowego (confocal microscopy). Rejestracja
mikronaczyń płodowych łożyska w ciąży donoszonej ułożonych w osi
Y. VE-kadheryna, cząsteczka adhezyjna charakterystyczna wyłącznie dla
śródbłonkowych połączeń adherencyjnych, widoczna jest jako
pęcherzyk jasnej fluorescencji (strzałka) na powierzchni
śródbłonka wyścielającego wnętrze naczynia płodowego (fv).
Stopniowe nachylanie (odchylenia o 5°, a-d) pokazuje że
barwienie nie jest ciągłe, ale punktowe wzdłuż szczelin
międzykomórkowych naczyń (strzałki). Widoczny jest również
trofoblast (t). Skala 10 µm.
Perfuzja mikronaczyń ludzkiego łożyska 100mM histaminy w ciągu 30 minut powoduje zmianę lokalizacji VE-kadheryny, dwukrotny wzrost rozdzielania obserwowany w obszarach połączeń i 80-procentowy wzrost przeciekania cyjanokobalaminy (RMM 1200). Najnowsze obserwacje w naszym laboratorium wykazały, że histamina również wpływa na immunolokalizację katenin. Badania in vitro przy użyciu komórek HUVEC wykazały, że cząsteczki połączeń adherencyjnych są wrażliwe na szereg mediatorów zapalenia i cytokin, takich jak trombina, bradykinina, czynnik a martwicy nowotworów oraz interleukiny 1 i 6. Inkubacja z tymi wazoaktywnymi czynnikami powoduje zmiany zarówno ekspresji jak i immunolokalizacji tych cząsteczek oraz zmiany przepuszczalności. Komórki śródbłonka mogą być także wyizolowane z mikronaczyń łożyska w ciąży donoszonej27 i również wykazują ekspresję cząsteczek adhezyjnych, które są wrażliwe na czynniki egzogenne. Wpływ przewlekłych chorób, takich jak cukrzyca czy stan przedrzucawkowy, w których istotne są: podwyższony poziom glukozy i zaburzenia przepływu krwi, budzi obecnie duże zainteresowanie. Komórki śródbłonka w hodowli wrażliwe są na wysokie stężenia glukozy, istnieją także doniesienia o zmienionej ekspresji PECAM-1.28 Wstępne wyniki prowadzonych w naszym laboratorium badań sugerują, że cukrzyca i wysokie stężenie glukozy mogą wiązać się ze zróżnicowaną ekspresją VE-kadheryny i PECAM-1 w mikronaczyniach łożyska.
Obecność PECAM-1, cząsteczki przypuszczalnie biorącej udział w adhezji i transmigracji leukocytów, stwierdzono na błonie światła i szczelin międzykomórkowych mikronaczyń łożyska. Ustalono, że rozdziela tylko sąsiadujące mikrodomeny błonowe, podobnie jak w przypadku VE-kadheryny.25 Cząsteczka ta okazuje się być wrażliwa na histaminę26 a jej zahamowanie (down-regulation) jest związane ze zwiększoną przepuszczalnością śródbłonka.
Badania ultrastrukturalne wykazują, że śródbłonek łożyskowy posiada jamki umieszczone od strony światła naczynia lub od strony przeciwnej (caveolae), połączone bezpośrednio z jedną lub drugą błoną plazmatyczną. Komórki śródbłonka zawierają opłaszczone pęcherzyki, wczesne i późne endosomy, lizosomy i wolne pęcherzyki organelle dla endocytozy transcytozy makromolekuł takich jak IgG.14,29 Śródbłonkowe błony plazmatyczne zawierają populacje heterogennych receptorów, które są niezbędne do wychwytu i transcytozy makromolekuł, takich jak insulinopodobny czynnik wzrostu i IgG.29 Powierzchnia światła mikronaczyń jest bogato wyścielona glikokaliksem, który rozciąga się do wejścia w szczeliny międzykomórkowe i jamki (caveolae) luminalne.71 Jest więc elementem zarówno przezkomórkowego jak i międzykomórkowego szlaku dyfuzji.
Jak powiedziano wcześniej, całe pole powierzchni naczyń włosowatych odgrywa ważną rolę w dyfuzji przez łożysko substancji rozpuszczalnych. Kosmki końcowe (TV) zawierają bardzo długie zapętlone kapilary tworzące sinusoidy. Może to być wyznacznikiem adaptacji: zmniejszenie grubości bariery międzynaczyniowej (co zwiększa pojemność dyfuzji) oraz zwolnienie przepływu krwi płodowej (co wydłuża czas przeznaczony na wymianę substancji między krążeniem matczynym a płodowym). Zarówno hipoksja hipobaryczna jak i choroby związane z ciążą, takie jak stan przedrzucawkowy i cukrzyca, wywierają wpływ na stopień unaczynienia oraz średnicę naczyń kapilarnych.19,22
Przepuszczalność naczyń włosowatych
Fizjolodzy zajmujący się łożyskiem do niedawna interesowali się głównie przepuszczalnością bariery międzynaczyniowej, pomijając w pewnym sensie rolę samego śródbłonka. Stwierdzono jednak, że łożysko ma cechy filtra z rzadko rozmieszczonymi dużymi porami i licznymi małymi porami, przy czym te drugie mogą być pochodzenia śródbłonkowego.30 Okazuje się, że czynność naczyń włosowatych łożyska ludzkiego może być bardzo restrykcyjna. Chociaż peroksydaza chrzanowa (HRP, RMM 40 000 Da) przechodzi przez szczeliny międzykomórkowe w czasie perfuzji naczyń łożyskowych przy dużym stężeniu, okazuje się, że większe cząsteczki, takie jak IgG, transportowane są drogą przezkomórkową.14
Stosując technikę rozcieńczeń pojedynczego przejścia wielokrotnego znacznika (single- passage multiple-tracer dilution technique) wykazano istotne ograniczenie dyfuzji cyjanokobalaminy znakowanej izotopem radioaktywnym (RMM 1353, promień cząsteczki 0,84 nm) w mikronaczyniach łożyska w ciąży donoszonej podczas perfuzji pozaustrojowej.7 Porównanie stopnia przepuszczalności dla cyjanokobalaminy i EDTA w naczyniach włosowatych łożyska z danymi opublikowanymi dla kilku innych typów naczyń wykazuje, że kapilary łożyska w ciąży donoszonej są nieznacznie mniej przepuszczalne niż kapilary mięśni szkieletowych i o wiele bardziej restrykcyjne niż kapilary w sercu.
PODZIĘKOWANIA
Pragniemy złożyć podziękowania wszystkim kolegom, którzy pracowali razem z nami podczas badań cytowanych w tej pracy, między innymi Wan Ismail za dostarczenie zdjęcia z mikroskopu elektronowego (ryc. 1.). Nasze badania nad łożyskiem były wspierane przez The Anatomical Society of Gt Britain & Ireland, The Cunningham Trust, Leverhulme Trust i Wellcome Trust.
powrót do listy numerów archiwalnych
Piśmiennictwo
1. Dearden L, Ockleford CD. Structure of human trophoblast: correlation with function. In: Loke C, White H (eds). Biology of Trophoblast. London: Elsevier, 1983: 69-110.
2. Kaufmann P, Burton GJ. Anatomy and genesis of the placenta. In: Knobil E, Neil JD (eds). The Physiology of Reproduction. New York: Raven Press, 1994; 441-484.
3. Jackson MR, Joy CF, Mayhew TM, Hass JD. Stereological studies on the true thickness of the villous membrane in human term placentae: a study of placetntae from highaplitude pregnancies. Placenta 1985; 6: 249-258.
4. Sen DK, Kaufmann P, Schweikhart G. Classification of human placental villi. II. Morphometry. Cell Tissue Res 1979; 200: 425-434.
5. Boyd PA. Quantitative descriptiom and maturation of villi from 10 weeks of gestation to term. Early Human Develop 1984; 9: 297-307.
6. Jackson MR, Mayhew TM, Boyd PA. Quantitative description of the elaboration and maturation of villi 10 weeks of gestation to term. Placenta 1992; 13: 357-370.
7. Eaton BM, Leach L, Firth JA. Permeability of perfused term human placental microvessels. J Physiol 1993; 463: 141-155.
8. Leach L, Frith JA. Fine structure of the paracellular junctions of terminal villous capillaries in the perfused human placenta. Cell Tiss Res 1992; 268: 447-452.
9. Arnholdt H, Meisel F, Fandrey K, Lohrs U. Proliferation of villous trophoblast of the human placenta in normal and abnormal pregnancies. Virchows Archiv B Cell Pathol 1991; 60: 365-372.
10. Mayhew TM, Simpson RA. Quantitative evidence for the spatial dispersal of trophoblast nuclei in human placental villi during gestation. Placenta 1994; 15: 837-844.
11. Mayhew TM, Wadrop E, Simpson RA. Proliferative versus hypertrophic growth in tissue subcompartments of human placental villi during gestation. J Anat 1994b; 184: 535-543.
12. Blankenship TN, King BF. Developmental expression of Ki-67 antigen and proliferating cell nuclear antigen in Macaque placentas. Develop Dynamics 1994; 201: 324-33.
13. Bright NA, Ockleford CD. Cytotrophoblast cells: a barrier to maternofetal transmission of passive immunity? J Histochem Cytochem 1995; 43: 933-944.
14. Leach L, Eaton BM, Firth JA, Contractor SF. Immunocytochemical and labelled tracer approaches to uptake and intracellular routing of immunoglobulin-G (IgG) in the human placenta. Histochem J 1991; 23: 444-449.
15. Nelson DM. Apoptotic changes occur in syncytiotrophoblast of human placental villi where fibrin type fibrinoid is deposited at discontinuities in the villous trophoblast. Placenta 1996; 17: 387-391.
16. Jackson MR, Mayhew TM, Haas JD. On the factors which contribute to thinning of the villous membrane in human placentae at high altitude. I. Thinning and regional variation in thickens of trophoblast. Placenta 1988a; 9: 1-8.
17. Jackson MR, Mayhew TM, Hass JD. On the factors which contribute to thinning of the villous membrane in human placentae at high altitude. II. An increase in the degree of peripheralization of fetal capillaries. Placenta 1988b; 9: 9-18.
18. Mayhew TM, Jackson MR, Hass JD. Changes in oxygen diffusive conductances of human placentae during gestation (10-41 weeks) are commensurate with the gain in fetal weight. Placenta 1993a; 14: 51-61.
19. Mayhew TM, Jackson MR, Hass JD. Microscopical morphology of the human placenta and its effects on oxygen diffusion: a morphometric model. Placenta 1986; 7: 121-131.
20. Jackson MR, Mayhew M, Hass JD. Morphometric studies on villi in human term placentae and the effects of altitude, ethnic grouping and sex of newborn. Placenta 1987b; 8:587-495.
21. Mayhew TM, Sřrensen FB, Klebe JG, Jackson MR. Oxygen diffusive conductances in placentae from control and diabetic women. Diabetologia 1993b; 36: 955-960.
22. Mayhew TM, Sřeresen FB, Klebe JG, Jackson MR. Growth and maturation of villi in placentae from well-controlled diabetic women. Placenta 1994a; 15: 57-65.
23. Reshetnikova OS, Burton GJ, Teleshova OV. Placental histomorphometry and morphometric diffusing capacity of the villous membrane in pregnancies complicated by maternal iron-deficiency anemia. Am J Obstet Gynecol 1995; 173: 724-727.
24. Dejana E, Corada M, Lampugnani MG. Endothelial cell-cell junctions. The FASEB Journal 1995; 916: 910-917.
25. Leach L, Clark P, Lampugnani MG, Arroyo AG, Dejana E, Frith JA. Immuno-electron characterisation of the internendothelial junctions human term placenta. J Cell Sci 1993; 104: 1073-1081.
26. Leach L, Eaton BM, Westcott EDA, Firth JA. Effect of histamine on endothelial permeability and structure and adhesion molecules of the paracellular junctionis of perfused human placental microvessels. Microvasc Res 1995; 50: 323-337.
27. Leach L, Bhasin Y, Clark P, Frith JA. Isolation of endothelial cells from human term placental villi using immunomagnetic beads. Placenta 1994; 15: 355-364.
28. Baumgartner-Parzer S, Wagner L, Pettermann M, Gessl A, Waldhausl W. Modulation by high glucose of adhesion molecule expression in cultured endothelial cells. Diabetologia 1995; 38: 1367-1370.
29. Bright NA, Ockleford CD, Anwar M. Ontogeny and distribution of Fc gamma receptors in the human placenta. Transport or immune surveillance? J Anat 1994; 184: 279-308.
30. Stulc J. Extracellular transport pathways in the haemochorial placenta. Placenta 1989; 10: 113-119.