组织通道的概念、类型与结构

组织通道的概念、类型与结构

组织不仅是物质、能量和信息传递的最广泛渠道，也是组织细胞的微环境。它是医学和科学研究的一个重要领域，对医学、药理学和科学知识的产生着不可替代的影响。本文着重介绍组织通道结构、功能、代谢、变化,分析目前组织通道研究现状,介绍组织通道研究方法,探讨创新研究思路。1组织通道研究综述医学历史文献表明,现代医学对血液循环的研究是以1628年Harvey经典著作《心血运动论》的出版发行为标志的,到了1660年,Malpighi在显微镜下发现了毛细血管,成为毛细血管研究的肇始,1653年Rudbeck出版专著《NovaExcercitatioAnatomica》,初步建立了淋巴循环概念,而毛细淋巴管的研究以1862年Recklinghausen对淋巴系微细结构研究报道为伊始。如果以Recklinghausen对毛细淋巴管的研究为准,到1980年Casley-smith首次报道组织通道,组织通道研究比毛细淋巴管研究晚了118年;到2004年田牛比较系统、科学地论述组织通道,组织通道系统研究晚了142年。如此看来,组织通道研究被血管、淋巴管的研究所淹没,以致在相当长的历史阶段,医学、生命科学中的一个重要领域——组织通道被遗忘了。纵观1970年～2011年的血管、毛细血管、淋巴管、毛细淋巴管和组织通道研究趋势,美国医学文献检索服务系统Pubmed标题论文检索数(图1)统计显示,上述五项研究中重点是血管,而且呈逐年增多,其次是淋巴管;毛细血管、毛细淋巴管总篇数分别是血管的1/487、1/1695,淋巴管的1/4、1/15。而组织通道研究论文只出现在1975年～1993年间,每年为1～2篇,1993年后未见组织通道的专题报道,表明至今近20年国内外的研究注意力在血管和淋巴管,而组织通道研究没有被学者所认识、所重视。根据Pubmed及CNKI标题论文检索数(图2)分析国内外组织通道研究状况,在80年代初,国外以Casley-smith为首的研究团队,发表了3篇有关组织通道的研究论文,探讨了不同动物种类的研究方法、各种组织器官的描述及命名,为组织通道研究作出了贡献,也对后人研究起到了启迪作用;1993年后,国外文献中未见组织通道的相关报道。80年代,组织通道引起国内个别学者的注意,进行了有关的探索,田牛在其2004年编撰的《微循环学》专著中介绍了组织通道研究的有关信息,又在2010年出版了《组织通道学概论》,成为国内组织通道研究最重要的成果。2淋巴管前通路1980年Casley-smith首次报道组织通道,提出组织通道是一种随机分布的多孔网状结构,但这种认识还比较简单,没有形成组织通道比较科学的定义。对组织通道的认识随着研究的不断深入而逐渐明晰,其定义也随之不断趋于合理、科学。很多研究证明,不存在淋巴管的器官,如脑和脊髓等,无血管结构的器官,如上皮、角膜等,这些组织细胞与淋巴管、血管之间存在着组织通道。有些人认为这样的通道与淋巴管有关联,称之为淋巴管前通路,但是,并不是所有的组织间隙都可以将脂肪和蛋白质等大分子物质引入起始淋巴管,因为组织液的出路除了经细胞间隙、组织间隙流出组织通道,进入初始淋巴管、小淋巴管,还有经集合毛细血管、细静脉、静脉流回心脏,进入体循环以外,组织液内的大分子物质、蛋白质、退变裂解产物,就地在组织通道内由细胞吞噬、消化、处理这条出路,所以将组织间隙归纳为淋巴管前通路似乎并不全面、准确。还有人简单地认为组织通道是固定不变的机械性形态结构,或者只是简单的管道,只由胶原纤维构成,或认为细胞间隙、组织间隙就是组织通道,这些认识都还不全面,并未科学地体现组织通道的本质属性。随着研究的深入和认识的不断提高,田牛将组织通道定义为直接包绕细胞、组织,形成细胞组织的微环境,诱导细胞分化,直接参与细胞、组织的物质、信息、能量传递而形成第4条横向联系的组织液流动途径,称为组织通道。这个定义从5个属性来规定、限制了组织通道定义的内涵,在现阶段是比较精确、全面、科学的定义。3组织通道的功能及形态组织通道的最基本成分包括无形基质、纤维(胶原纤维、弹性纤维、微纤维)、胶周隙、细胞突起、细胞等。Casley-smith等通过扩散及液压传导的估算,认为组织通道容积约占间质组织的0.16%。电镜下染色剂集中或散在地、均匀或不均匀地分布,显示出组织通道腔径不是均匀一致的,也有其它实验证实了这种网状结构的存在。正常脑组织通道存在三种结构和形态:细胞间组织通道、神经纤维周围组织通道、血管周围组织通道,因此形成了不同的功能特点。而在病理状态下,组织通道结构和形态发生变化,呈现出轻度水肿样肿胀、增宽,电子密度降低,结缔组织成分稀疏等。以上实验证实了组织通道的客观存在,并且显示了组织通道在多种器官、不同生理、病理状况下呈现出不同形态、结构,甚至功能。赵玲辉等认为在无淋巴管分布的脑,淋巴管前通路(组织通道)特别长,而在淋巴管分布较丰富的小肠则甚短,仅存在于小叶间有起始淋巴管的肝和胰,其长度属中等。田牛进一步研究认为,不同动物、不同器官、不同功能状态组织通道的结构有差别,其形态、结构,各成分如纤维、细胞的多少及其搭配、排列、组合可有明显不同,但可概括划分为分隔型器官(属于有腔有壁的组织通道)和混杂型器官(属于有腔无壁的组织通道)两种类型。田牛提出组织通道的功能是:传递信息、物质、能量,清洁通道、保证微环境稳定,诱导细胞、组织分化,影响内皮、平滑肌细胞的生长,对器官、组织有保护和支持作用。赵秀梅等专门作过测量,发现正常人舌的毛细血管到上皮层有较大的距离,平均为50.71～60.24μm,远大于氧的扩散距离,这就说明必须通过毛细血管和上皮细胞间的组织通道才能完成物质、能量和信息传递。而且,在这种结构中组织液的流动不可能快,也不可能是均匀一致的。在脑组织通道组织液流速问题上,王俊华进一步深入研究了大鼠脑组织通道的功能状态,发现小分子物质在各类组织通道中均较容易传递,大分子物质的传递依赖于神经纤维周围组织通道和血管周围组织通道,血管周围组织通道具有类似淋巴管的功能,属于快速组织通道,细胞间组织通道属于慢速组织通道,而神经纤维周围组织通道介于两者之间。此外,组织通道网状结构中的胶原纤维、弹性纤维显然对组织器官起支持和连接作用。在清洁通道、保证微环境稳定方面,组织通道也发挥着重要作用,如通过电镜观察人白内障球结膜时发现,组织空隙(组织通道)中的液体和大分子物质、细胞碎片,在进入淋巴系统之前,在组织通道内将会发生细胞吞噬、消化、处理等清洁通道、保证微环境稳定的组织通道功能。至于组织通道具有诱导细胞、组织分化,影响内皮、平滑肌细胞生长等功能还需要更多的科学证据来证实和充实。4脑水肿原因临床研究在病理情况下,组织通道的结构、形态可能发生变化,进而影响其功能,比如组织通道腔径因为水肿而变宽,组织液流速增加,或者因为组织通道内的细胞外基质纤维化而使组织通道腔径变窄或完全纤维化,也可能因为代谢产物堆积,不能及时有效地清除而堵塞组织通道,这些结构、形态的变化,都可能影响组织通道的功能。在脑水肿形成机制研究中,AQP4被认为是脑水肿发生的主要原因,而AQP4主要在星形胶质细胞表达。星形胶质细胞位于神经细胞体及其突起的周围,或位于神经纤维之间(组织通道内),具有支持、营养、保护、髓鞘形成及绝缘、分裂增殖与再生修复等多种作用。当脑水肿形成后,血管周围组织通道功能即代偿性增强,说明组织通道因水肿而变宽,组织液流速、流量增加。与急性高血压脑水肿时不同,慢性高血压时神经纤维周围组织通道中组织液流动速度降低,呈现出组织通道形态及功能变化的复杂的一面。曾昭炜等在脑外伤使血脑屏障(BBB)受损的实验中,推测发生头痛的可能原因之一是脑损伤导致组织通道代谢产物堆积,致局部缺氧。李媛等通过实验推测,由于脂肪堆积和结缔组织增生,可不同程度地阻塞胰腺的组织通道,影响胰腺的微循环和淋巴回流。田牛等认识到机体内、外原因所致的组织通道不畅可以引起津(组织液)的瘀积。临床上各种器官纤维化的主要原因在于细胞外基质中胶原纤维及弹性纤维的过度生成和降解严重不足,从而导致细胞外基质过度沉积。纤维化的主要病理改变为器官组织内胶原纤维及弹性纤维明显增生,致使实质细胞显著减少,器官结构破坏和功能减退,乃至衰竭,严重威胁人类健康和生命。5组织通道的特征组织通道中的组织液流动于细胞、组织之间,弥散分布,采集组织液比采集血液、淋巴液困难,而且组织液的成分、组成因器官组织、功能状态有很大变动,造成了观察、研究组织通道的技术困难,加之组织通道和血管、淋巴管不同,除体腔外,没有壁的结构,光镜观测很难区分和判断组织通道的结构。因此,不作标记(如色素、荧光、墨汁等)很难观察处于自然状态下的组织通道。5.1组织通道的观察通过光学显微镜等辅助手段直接观察活体生物的组织通道形态,如不需要其它处理,用显微镜直接观测甲襞、皮肤、唇管袢周围间隙和舌乳头上皮层下固有层组织通道的形态、边缘、出血斑、色素等,但这些观察受部位限制,如不能对各种器官、各个部位的组织通道进行观察,视野清晰度与电镜比较还有不小的差距。利用荧光示踪剂、荧光显微镜技术,可以活体观测球结膜等部位组织通道的分布、形态及病理改变。利用各种染色方法对组织通道内的各种纤维染色,可为镜下活体观察、研究组织通道的形态、结构提供各种简便可行的新方法。但是这些方法只能对组织通道的大体状况、有限成分进行观察,也存在视野清晰度比电镜差等缺陷。在组织通道物质能量传递功能方面,王俊华等用定位微透析作了初步尝试性研究工作。利用伺服调零仪能够测定组织通道组织压,利用负压法可以抽取组织液。5.2组织通道的观察墨汁或色素等示踪剂注入器官实质内,然后进行光镜和电镜观察,仍是研究淋巴管前通路的最基本方法,也是对观测组织通道很有用和适宜的技术方法。除了塑料分子,还利用亚铁氰化物、氯化钴盐等示踪剂,以及高压电镜、透射电镜、二次电子和背散射电子图像对照性低真空扫描电镜观察手段可以显示组织通道的轮廓。观察不同器官的组织切片,如骨髓、舌尖组织、胰组织、小肠组织、脑组织的组织通道形态和功能,对组织通道形态的复杂性和功能上的多样性,在理解上有帮助。随着观察手段的不断改进,如从光镜过渡到电镜观察,人们对组织通道的认识也随之不断深入。5.3体视学方法研究根据美国细胞生物学会(ASC)第50届年会上的预测,到2019年,光学显微镜的分辨率可望达到纳米级,这将为直接观察活体生物的组织通道形态提供极为有利的工具。以光学成像、正电子断层扫描(PET)、单光子发射体层摄影术(SPET)、PET-CT、核磁共振成像(MRI),包括功能核磁共振成像(fMRI)、磁共振扩散张量成像(DTI)、磁共振波谱(MRS)为代表的功能成像技术(分子成像)不但能实时反映活体生物体内的细胞分布及基因表达,还能动态观察活体生物体内分子生物学过程,从而为组织通道研究提供更客观的实验数据和更确切的生理生化变化的分子生物特性。体视学可以通过一些连续二维切面,比较全面地分析和推断研究对象的三维结构及定量信息,它的研究对象可以是细胞、亚细胞,可以是蛋白,可以是基因。体视学方法研究在生物医学领域正在形成趋势,对组织通道研究也非常有意义。在组织通道研究所必需的示踪标记物的选择上,目前比较实用且新型的有直接用作标记物的绿色荧光蛋白(GTP),以及通过免疫反应来示踪的标记物,根据标记方法的不同,有免疫铁蛋白技术、免疫酶标技术、免疫胶体金技术和免疫磁珠技术等。由于其不改变或较少改变被标记物生物学特征,具有靶向特异性强、分离高效的优点,可以作为很好的示踪工具。大量的基础和临床资料表明导纳微分环各相面积与比值结合导纳微分环波型变异类型与频谱分析技术(导纳技术),对因血管病变、动力学障碍等疾病而受到影响的组织通道研究有着更广阔的应用前景。热断层技术(TTM)将目标瞄准在细胞上,可以实时观察细胞的新陈代谢活动。代谢组学具有高通量、高灵敏度、高精确性的优势,能定性或定量动态检测人体分子量<1000的小分子代谢物的变化,具有整体性和动态性,这两种方法对研究组织通道的功能与代谢很有前景。利用聚合酶链式反应(PCR)、酶组织化学方法等分子生物学方法,加上合适的显微成像系统和分析系统,可以对组织通道相关成分的分布、存储、代谢和作用作很好的研究。以上列举均为组织通道具体的研究技术方法,如果转换一下研究角度,从动物进化、人体胚胎发生过程、胎儿和母体间传递来研究,对组织通道的理解也会有所帮助。如在动物进化史中,未出现血管的低等动物,各部位的体液借助组织通道相互通连,通过组织通道传递物质、能量、信息;人体胚胎发生过程中的生精、受精过程等生命活动要通过组织通道传递物质、能量、信息;胎儿和母体间通过胎盘的绒毛周缘窦(胎盘组