Микроворсинки (щёточная кайма)

МИКРОВОРСИНКИ (ЩЁТОЧНАЯ КАЙМА; MICROVILLI)

1. Определение

Микроворсинки представляют собой пальцевидные выросты апикальной плазматической мембраны клеток эпителия, поддерживаемые изнутри пучком актиновых филаментов. В тонкой кишке они плотно покрывают поверхность всасывающих клеток (энтероцитов) и при световой микроскопии выглядят как исчерченная полоска на верхушке клетки, которую называют щёточной (исчерченной) каймой. Диаметр одной микроворсинки составляет около 100 нм, длина в разных отделах кишечника — порядка 1–3 мкм. В мембране микроворсинок располагаются ферменты пристеночного пищеварения и белки-переносчики, поэтому щёточная кайма является местом завершающего расщепления углеводов и пептидов и их всасывания.

Помимо тонкой кишки, щёточная кайма есть у клеток проксимальных канальцев почки, а единичные микроворсинки встречаются у многих других эпителиев. Повреждение или врождённые дефекты щёточной каймы лежат в основе ряда синдромов мальабсорбции: от широко распространённой лактазной недостаточности до редкой болезни включений микроворсинок.

2. Строение

Цитоскелет:

Основу каждой микроворсинки составляет пучок из примерно 30–40 параллельно ориентированных актиновых филаментов. Их связывают белки-«сшиватели» — виллин, эспин и фимбрин (пластин-1). Мембрану с актиновым стержнем соединяют латеральные мостики, образованные миозином-1a, и белок эзрин. Основания актиновых пучков (корешки) погружены в терминальную сеть — слой цитоплазмы под апикальной мембраной, содержащий цитокератиновые филаменты и немышечные миозины.

Межмикроворсинчатые связи:

Соседние микроворсинки связаны у вершин белковыми комплексами из протокадгерина-24 и муциноподобного протокадгерина. Эти связи обеспечивают плотную упаковку и одинаковую длину микроворсинок; при их нарушении кайма становится редкой и неровной.

Гликокаликс:

Снаружи мембрану микроворсинок покрывает гликокаликс — слой гликопротеинов и трансмембранных муцинов, в котором закреплены и частично адсорбированы пищеварительные ферменты. Гликокаликс задерживает крупные частицы и бактерии и создаёт пристеночную зону, где происходит мембранное пищеварение.

Компонент	Состав	Функция
Актиновый стержень	30–40 филаментов, виллин, эспин, фимбрин	Механическая опора, поддержание формы
Латеральные мостики	Миозин-1a, эзрин	Связь мембраны с цитоскелетом
Межмикроворсинчатые связи	Протокадгерин-24, муциноподобный протокадгерин	Упорядоченная упаковка микроворсинок
Терминальная сеть	Цитокератины, немышечные миозины	Закрепление корешков микроворсинок
Гликокаликс	Гликопротеины, мембранные муцины	Защита, фиксация ферментов

3. Ферменты и переносчики щёточной каймы

Ферменты щёточной каймы — это интегральные мембранные белки, активный центр которых обращён в просвет кишки. Они расщепляют олигосахариды и пептиды, образовавшиеся при полостном пищеварении под действием амилазы и протеаз поджелудочной железы, до мономеров, которые сразу передаются переносчикам той же мембраны.

Белок	Субстрат или функция	Значение
Лактаза (лактаза-флоризингидролаза)	Лактоза → глюкоза и галактоза	Активность у большинства взрослых людей в мире снижается после отлучения от груди
Сахараза-изомальтаза	Сахароза, изомальтоза, α-декстрины	Врождённый дефицит вызывает непереносимость сахарозы
Мальтаза-глюкоамилаза	Мальтоза, мальтоолигосахариды	Завершает переваривание крахмала
Трегалаза	Трегалоза (дисахарид грибов)	Редкий дефицит проявляется непереносимостью грибов
Аминопептидазы, дипептидилпептидаза-4	Олигопептиды → аминокислоты, ди- и трипептиды	Завершение переваривания белков
Энтеропептидаза (энтерокиназа)	Активация трипсиногена в трипсин	Запускает каскад активации ферментов поджелудочной железы в двенадцатиперстной кишке
Щелочная фосфатаза	Дефосфорилирование субстратов	Участвует в барьерной функции
SGLT1, GLUT5, PEPT1	Транспорт глюкозы и галактозы (вместе с Na+), фруктозы, ди- и трипептидов	Основные пути всасывания продуктов гидролиза

В подвздошной кишке в щёточной кайме располагается рецепторный комплекс для витамина B12, связанного с внутренним фактором, а в двенадцатиперстной кишке — белки, восстанавливающие и переносящие двухвалентное железо. Поэтому распределение ферментов и переносчиков вдоль кишки неодинаково и определяет преимущественные места всасывания разных веществ.

4. Физиологическая роль

Увеличение поверхности: по оценкам, микроворсинки увеличивают площадь всасывающей поверхности тонкой кишки примерно в 9–16 раз; вместе с круговыми складками и ворсинками они формируют огромную площадь контакта слизистой с химусом.
Пристеночное (мембранное) пищеварение: гидролиз на мембране происходит в непосредственной близости от переносчиков, что ускоряет всасывание и ограничивает доступ микробов к образующимся мономерам.
Барьерная функция: плотная кайма и гликокаликс препятствуют прямому контакту бактерий с мембраной энтероцита; энтеропатогенные микроорганизмы для прикрепления к клетке разрушают микроворсинки.
Секреторная функция: с верхушек микроворсинок отшнуровываются мембранные пузырьки, содержащие ферменты щёточной каймы; им приписывают роль в защите слизистой.

Энтероциты образуются из стволовых клеток крипт и в течение нескольких дней перемещаются к верхушке ворсинки, где слущиваются. По мере созревания клетки щёточная кайма удлиняется и упорядочивается, а активность дисахаридаз нарастает, поэтому любое ускорение обновления эпителия (воспаление, атрофия) сопровождается функциональной незрелостью каймы.

5. Клиническое значение

Состояние	Механизм поражения щёточной каймы	Проявления
Первичная гиполактазия взрослых	Генетически запрограммированное снижение экспрессии лактазы	Вздутие, боль, диарея после употребления молока
Вторичная лактазная недостаточность	Повреждение энтероцитов при целиакии, кишечных инфекциях, лямблиозе, болезни Крона	Транзиторная непереносимость лактозы, исчезающая после восстановления слизистой
Целиакия	Атрофия ворсинок, укорочение и разрежение микроворсинок	Мальабсорбция, дефицит железа и фолатов, диарея
Врождённая недостаточность сахаразы-изомальтазы	Мутации гена SI	Диарея при введении сахарозы и крахмала в рацион ребёнка
Мальабсорбция глюкозы-галактозы	Мутации гена переносчика SGLT1	Тяжёлая осмотическая диарея у новорождённых
Болезнь включений микроворсинок	Мутации MYO5B или синтаксина-3; нарушение доставки мембраны к апикальному полюсу	Упорная секреторная диарея с первых дней жизни, зависимость от парентерального питания

Диагностика:

Состояние щёточной каймы оценивают по биоптатам двенадцатиперстной кишки при гистологическом (в том числе ШИК-реакция) и электронно-микроскопическом исследовании. Функцию дисахаридаз изучают по их активности в биоптате и с помощью водородных дыхательных тестов с нагрузкой лактозой или сахарозой. Для первичной гиполактазии у лиц европейского происхождения используют генетическое исследование полиморфизма -13910 C/T в регуляторной области гена лактазы.

Ключевое клиническое положение: Микроворсинки — пальцевидные выросты апикальной мембраны энтероцитов диаметром около 100 нм с актиновым стержнем из 30–40 филаментов, образующие щёточную кайму тонкой кишки. Они многократно увеличивают всасывающую поверхность и несут ферменты пристеночного пищеварения (лактазу, сахаразу-изомальтазу, мальтазу-глюкоамилазу, пептидазы, энтеропептидазу) и переносчики моносахаридов и пептидов. Именно поэтому любое повреждение энтероцитов — при целиакии, кишечных инфекциях, воспалительных заболеваниях кишечника — прежде всего проявляется вторичной недостаточностью дисахаридаз, а наследственные дефекты белков каймы вызывают изолированные формы мальабсорбции, от частой первичной гиполактазии до редкой болезни включений микроворсинок. Оценка щёточной каймы опирается на биопсию двенадцатиперстной кишки, водородные дыхательные тесты и генетическое исследование.