METHODS OF MORPHOLOGICAL IDENTIFICATION OF THE HAIR FOLLICLE CYCLE PHASES

Abstract

This paper analyzes the characteristics of the structure of the hair follicles (HF) at various stages of the cycle of hair growth. The study was conducted on autopsy material of the scalp in women of middle age. The morphological description of the anagen, catagen and telogen HFs is illustrated with the photomicrographs of histological sections of HFs in different planes and supplemented by the appropriate schemes.

Full Text

В работах, посвящённых изучению цикла смены волос у человека, описание морфологических изменений волосяных фолликулов (ВФ) часто дополнено только схемами и не всегда документируется микрофотографиями гистологических препаратов, что затрудняет идентификацию стадий волосяного цикла [3]. Задача осложняется ещё и тем, что получить полный фронтальный срез ВФ удаётся редко, поскольку волосы, как правило, располагаются под углом к поверхности кожи и могут изгибаться. В препаратах видны чаще всего косые и поперечные срезы ВФ на разных уровнях. В связи с этим представляется актуальным проиллюстрировать морфологические признаки стадий цикла смены волос на микрофотографиях гистологических срезов кожи волосистой части головы человека, выполненных в разных плоскостях. Представленная морфологическая характеристика ВФ на различных стадиях цикла роста волос основана на исследовании аутопсийного материала кожи волосистой части височной области головы 6 женщин 30-38 лет. Секционный материал получен из Танатологического отделения № 1 Департамента здравоохранения Москвы не позднее 12-14 ч после смерти, наступившей вследствие острой кровопотери (колото-резаных ран) или механической асфиксии. Исследование одобрено комитетом по биоэтике при Научноисследовательском институте морфологии человека РАМН (протокол № 6/10 от 21.01.2010 г.). Фрагменты кожи размером 0,5×1,0 см брали во время вскрытия с целью верификации диагноза из места разреза мягких тканей головы и фиксировали в 10% забуференном формалине, обезвоживали в этаноле и заливали в парафин. Изготавливали срезы толщиной 4-5 мкм, окрашивали их гематоксилином - эозином, после чего проводили морфологическую идентификацию стадий цикла смены волос. Морфологическая идентификация ВФ на стадии анагена. На стадии анагена происходят восстановление средней и нижней части ВФ и образование волоса. Этот самый продолжительный этап цикла смены волоса (от 2 до 7 лет) условно делится на 6 периодов [1, 3]. На уровне световой микроскопии морфологическими признаками I периода анагена является увеличение размеров и количества клеток в дермальном волосяном сосочке, который начинает перемещаться по дермальному корневому влагалищу вглубь дермы. Возможно, такому погружению способствует давление «тяжа» активно пролиферирующих клеток-потомков вторичного ВФ, которые распространяются по ходу дермального корневого влагалища над волосяным сосочком. Этот процесс можно проследить на продольно ориентированных срезах кожи (рис. 1, а). Погружаясь на необходимую глубину, клетки эпителиального тяжа заселяют дермальное корневое влагалище и формируют вокруг волосяного сосочка зону с высокой митотической активностью эпителиоцитов - матрикс. По мере развития анагена площадь контакта между дермальным волосяным сосочком и кератиноцитами матриксной зоны увеличивается, а базальная мембрана между ними становится тоньше (см. рис. 1, б). Так образуется волосяная луковица, полное формирование которой заканчивается в III периоде анагена [1, 3]. В ходе дифференцировки из кератиноцитов, являющихся потомками клеток матриксной зоны, формируются 6 различных популяций: клетки кутикулы, коркового и мозгового вещества корня волоса, а также клетки кутикулы, внутреннего (Гексли) и наружного (Генле) слоев внутреннего корневого эпителиального влагалища (рис. 2). Их дифференцировка и кератинизация начинаются в анагене II [1, 3]. Периоды анагена III, IV и V различаются размерами растущего волоса и появлением в его луковице меланоцитов, вырабатывающих пигмент. В VI периоде анагена стержень волоса появляется над поверхностью кожи. На гистологических срезах здоровой кожи большинство ВФ находятся на этом, самом продолжительном, этапе роста (см. рис. 1, в). Морфологическая характеристика анатомических зон ВФ на стадии анагена. В ВФ выделяют 4 зоны: волосяная луковица, зона над волосяной луковицей, устье (перешеек) и воронка [15]. На поперечно ориентированных гистологических срезах один и тот же ВФ имеет характерную для каждой зоны морфологическую структуру. На поперечном гистологическом срезе ВФ, проходящем через волосяную луковицу, определяется отграниченная базальной мембраной светлая центральная зона - дермальный волосяной сосочек, состоящий из рыхло расположенных крупных фибробластов со светлыми овальными ядрами, межклеточного матрикса и кровеносных капилляров. По периферии волосяной сосочек окружён несколькими рядами плотно сгруппированных, базофильных клеток, являющихся недифференцированными эпителиальными клетками. Луковица волоса окружена дермальным корневым влагалищем, представленным тонким слоем рыхлой волокнистой соединительной ткани (рис. 3, а). На поперечно ориентированном срезе, выполненном непосредственно над дермальным волосяным сосочком, ВФ выглядит как округлое образование, состоящее из потомков клеток матриксной зоны - кератиноцитов с базофильной цитоплазмой. По периферии располагается нижняя часть наружного корневого эпителиального влагалища, образованная одним слоем клеток. На этом уровне ВФ в волосяной луковице появляются признаки дифференцировки кератиноцитов. Лежащие по периферии клетки дают начало внутреннему корневому эпителиальному влагалищу. Раньше всего дифференцируются клетки его наружного слоя, о чём можно судить по накоплению в них оксифильных гранул трихогиалина (см. рис. 3, б). В дальнейшем происходит выделение клеток центральной зоны, которые дают начало кутикуле, корковому и мозговому веществу корня волоса. В центре волосяной луковицы определяются меланоциты, расположенные на базальной мембране над апикальной частью дермального сосочка. Снаружи луковица ВФ окружена хорошо развитым дермальным корневым влагалищем (см. рис. 3, б). Поперечно ориентированный гистологический срез, выполненный над шейкой луковицы ВФ, позволяет детально проследить строение слоёв внутреннего корневого эпителиального влагалища. На этом уровне кератиноциты наружного, внутреннего слоёв и кутикулы находятся на различных этапах дифференцировки. Клеточное строение слоёв сохранено, в цитоплазме клеток внутреннего слоя видны гранулы трихогиалина (см. рис. 3, в). Корень волоса имеет характерную для этого участка ВФ отчетливо выраженную оксифилию и содержит остатки ядер кератиноцитов. Над шейкой луковицы ВФ видна нижняя часть наружного корневого эпителиального влагалища, образованная двумя слоями эпителиоцитов. Наружный камбиальный слой является продолжением базального слоя эпидермиса и состоит из упорядоченно расположенных крупных клеток удлинённой формы со светлой цитоплазмой, лежащих на тонкой базальной (стекловидной) мембране. Внутренний слой образован более уплощёнными дифференцированными клетками (см. рис. 3, в). На поперечно ориентированном срезе, прошедшем через участок между луковицей и устьем ВФ, наружное корневое эпителиальное влагалище образовано несколькими слоями крупных кератиноцитов со светлой цитоплазмой (см. рис. 3, г). В процессе дифференцировки клетки несколько уплощаются, их цитоплазма вакуолизируется. В наружном корневом эпителиальном влагалище в зоне прикрепления мышцы, поднимающей волос, находится область расположения стволовых клеток (почка роста ВФ, bulge). Внутреннее корневое эпителиальное влагалище на участке между луковицей и устьем ВФ полностью ороговевает и на поперечно ориентированных гистологических срезах выглядит как гомогенное плотное оксифильное кольцо, удерживающее кератинизирующийся корень волоса. На уровне устья ВФ эта структура разрушается, её фрагменты слущиваются в канал волоса. Снаружи ВФ окружён стекловидной мембраной и дермальным корневым влагалищем с немногочисленными клеточными элементами и гемокапиллярами (см. рис. 3, г). Поперечно ориентированные гистологические срезы кожи, выполненные на уровне верхней трети дермы, содержат дистальный отдел ВФ - область устья, где канал волоса соединяется с выводным протоком сальной железы, и расположенную выше воронку. Здесь кератиноциты наружного корневого эпителиального влагалища дифференцируются и ороговевают. В канале волоса находится полностью сформированный корень, окружённый сально-роговыми массами. Дермальное корневое влагалище вокруг дистального участка ВФ хорошо выражено (см. рис. 3, д). Морфологическая идентификация ВФ на стадии катагена. На примере смены волос у мышей S. Mullner-Rover и соавт. [12] описали 8 периодов катагена. На материале, полученном от человека, детально проследить аналогичные стадии не всегда возможно, поэтому целесообразно выделение трех основных периодов - начало, середина и завершение катагена. Начало катагена. Инволюция ВФ у человека длится 2-3 нед. По этой причине ВФ на этом этапе цикла развития встречаются редко. В инволюции ВФ ключевую роль играет апоптотическая гибель его эпителиоцитов [2]. На этапе инициации катагена морфологические изменения в луковице ВФ незначительны. Самые ранние признаки катагена - прекращение синтеза пигмента в меланоцитах [14, 17] и остановку пролиферации матриксных эпителиоцитов волосяной луковицы - достоверно идентифицировать с помощью традиционных гистологических методов невозможно. Начинающийся катаген затрагивает не только пигментные клетки и эпителий, но и структуры дермального сосочка, размеры которого уменьшаются, и он становится шарообразным. Ядра его фибробластоподобных клеток конденсируются и приобретают округлую форму (рис. 4, а, б). Указанные изменения связаны со снижением синтетической активности этих клеток, уменьшением объёма межклеточного матрикса и миграцией части клеток в дермальное корневое влагалище [8, 18]. Середина катагена. Эпителиальный матрикс ВФ разрушается, уменьшается в размере и превращается в небольшое скопление дегенерирующих клеток с пикнотичными ядрами. Базальная мембрана между волосяным сосочком и эпителием волосяной луковицы, стекловидная мембрана и дермальное корневое влагалище утолщаются (см. рис. 4, а). Вслед за разрушением матрикса происходит апоптотическая гибель расположенных выше постмитотических кератиноцитов (см. рис. 4, в). При этом наблюдается продвижение дермального сосочка к поверхности кожи. Завершение. В результате разрушения большей части кератиноцитов луковицы проксимальная часть ВФ укорачивается и вместе с волосяным сосочком поднимается кверху по дермальному корневому влагалищу до уровня почки роста ВФ (рис. 5, а). Клетки наружного корневого эпителиального влагалища прекращают пролиферировать, в результате чего оно укорачивается. Кератиноциты проксимальной части ВФ и окружающего её наружного корневого влагалища вступают в терминальную дифференцировку и полностью ороговевают с образованием колбовидного волоса. ВФ переходит в стадию покоя. На материале кожи лабораторных мышей показано, что в процессе апоптотической гибели клеток луковицы ВФ первыми повреждаются меланоциты, затем - кератиноциты центральной зоны волосяной луковицы, в дальнейшем разрушаются кератиноциты по периферии луковицы, а позже всех - кератиноциты наружного корневого эпителиального влагалища [6, 13]. Описаны полудесмосомы между этими «устойчивыми» эпителиоцитами и базальной мембраной, граничащей с волосяным сосочком [13]. Авторы упомянутых работ указывают на существование в межклеточном веществе сосочка сети тонких фибриллярных структур, проникающих через базальную мембрану к эпителиоцитам. Такое «усиление» эпителиально-сосочкового контакта, наблюдаемое в середине катагена, может свидетельствовать об участии клеток наружного корневого эпителиального влагалища в перемещении волосяного сосочка вверх. Морфологическая идентификация ВФ на стадии телогена. Стадия относительного покоя периоде цикла имеет ряд характерных черт. На стадии телогена герминативная часть ВФ располагается на уровне прикрепления мышцы, поднимающей волос, и состоит из почки роста ВФ и вторичного ВФ. Дермальный волосяной сосочек небольшой, округлой формы и располагается под вторичным ВФ. В этом комплексе структур, необходимых для образования нового ВФ, отмечен высокий уровень синтетических процессов, и с этой точки зрения телоген нельзя назвать «периодом покоя» [5]. Вторичный ВФ состоит из коммитированных транзиторных кератиноцитов-предшественников, выселившихся из почки роста ВФ в конце катагена [7, 10]. При инициации последующего анагена из потомков этих клеток развивается новый (первичный) ВФ. На продольно ориентированных гистологических срезах вторичный ВФ располагается над волосяным сосочком в виде купола (см. рис. 5, а). На поперечных срезах вторичный ВФ выглядит как скопление клеток с неправильными очертаниями, окружённое тонким слоем соединительной ткани (см. рис. 5, б). В толще дермы ниже волосяного сосочка располагается соединительнотканный тяж, представляющий собой остатки дермального корневого влагалища после подъёма ВФ вверх. На поперечно ориентированных гистологических срезах такой тяж имеет вид компактного оксифильного образования овальной формы (см. рис. 5, в). Выше вторичного ВФ и почки роста ВФ в области устья располагается старый волос, который представлен в этой зоне его ороговевающей проксимальной частью (колбой), окружённой кератиноцитами наружного корневого эпителиального влагалища (рис. 6, а). Процесс ороговения колбы начинается из её центра и, распространяясь кнаружи, завершается на периферии. Между клетками наружного корневого эпителиального влагалища и ороговевающим окончанием волоса (колбой) просматривается зигзагообразный оксифильный слой (см. рис. 6, а). До выпадения старый волос находится в верхней части ВФ. Этот участок в цикле смены волоса не претерпевает морфологических изменений. Короткие стадии цикла смены волос. Стадия выпадения старого волоса, называемая экзогеном, имеет механическую составляющую - вычёсывание [16, 19]. Перед выпадением старого волоса происходит протеолиз эпителиальных клеток, окружающих его проксимальную часть [11, 16]. Выпадение волоса предшествует началу анагена или совпадает с ним по времени. Кеноген, или промежуток времени, в течение которого постоянная часть ВФ остаётся пустой после выпадения волоса, - это ещё одна короткая стадия цикла смены волос [9]. ВФ в кеногене образован базофильными кератиноцитами наружного корневого эпителиального влагалища. При этом канал волоса остаётся заполненным сальнороговыми массами (см. рис. 6, б). На гистологических срезах здоровой кожи ВФ, находящиеся на этой стадии, встречаются редко. Представленное описание стадий цикла смены волос у человека, проиллюстрированное соответствующими микрофотографиями продольно и поперечно срезанных ВФ, может быть полезным для оценки состояния волосяного покрова кожи головы, в частности, при изучении биопсийного материала. Авторы благодарят канд. мед. наук Т. А. Белоусову за помощь в подготовке материала.