Обонятельный эпителий

Обонятельный эпителий — это специализированная эпителиальная ткань, выстилающая верхнюю часть носовой полости и отвечающая за восприятие запахов. Являясь периферическим отделом обонятельного анализатора, он представляет собой сенсорный нейроэпителий, способный преобразовывать химические сигналы (молекулы пахучих веществ) в электрические нервные импульсы, которые затем передаются в головной мозг. У человека обонятельный эпителий занимает площадь около 2–5 см² и расположен в области верхней носовой раковины и прилегающей части носовой перегородки.

Анатомическое строение

Обонятельный эпителий имеет сложное многослойное строение, хотя морфологически относится к однослойным эпителиям. Его толщина у человека составляет примерно 50–100 мкм. Он состоит из нескольких типов клеток, расположенных на базальной мембране, и подстилается собственной пластинкой слизистой оболочки (lamina propria), содержащей кровеносные сосуды, нервы и обонятельные (боуменовы) железы.

Клеточный состав

В составе обонятельного эпителия выделяют три основных типа клеток:

• Обонятельные (сенсорные) нейроны. Это биполярные нейроны, являющиеся первичными рецепторами запаха. Их количество у человека оценивается в 10–20 миллионов. Каждый нейрон имеет короткий дендрит, заканчивающийся на поверхности эпителия утолщением — обонятельной булавой. От булавы отходят 10–30 неподвижных ресничек (цилий), погружённых в слой слизи. На мембранах этих ресничек расположены рецепторные белки, связывающие молекулы пахучих веществ. Аксоны обонятельных нейронов, объединяясь в пучки, проходят через решётчатую пластинку решётчатой кости и образуют обонятельный нерв (I пара черепных нервов), направляясь к обонятельной луковице головного мозга. Уникальной особенностью обонятельных нейронов является их способность к регенерации: продолжительность жизни клетки составляет около 30–60 дней, после чего она заменяется новой, дифференцирующейся из базальных клеток.

• Поддерживающие (сустентоцитарные) клетки. Высокие цилиндрические клетки, окружающие обонятельные нейроны и выполняющие механическую, трофическую и изолирующую функции. Они участвуют в фагоцитозе отработанных нейронов, а также в секреции компонентов слизи и детоксикации пахучих веществ. Апикальные части этих клеток содержат микроворсинки, обращённые в просвет носовой полости.

• Базальные клетки. Расположены на базальной мембране и являются камбиальными (стволовыми) клетками. Они обеспечивают постоянное обновление обонятельного эпителия, дифференцируясь в новые обонятельные нейроны или поддерживающие клетки. Выделяют два подтипа: горизонтальные базальные клетки (более дифференцированные, активируются при повреждениях) и глобальные базальные клетки (истинные стволовые клетки, дающие начало всем типам клеток эпителия).

Собственная пластинка и обонятельные железы

Под базальной мембраной находится собственная пластинка слизистой оболочки (lamina propria), богатая кровеносными и лимфатическими капиллярами, а также пучками аксонов обонятельных нейронов. Здесь же расположены обонятельные (боуменовы) железы — простые трубчатые или альвеолярно-трубчатые железы, выделяющие секрет, который покрывает поверхность эпителия. Этот секрет (слизь) содержит воду, муцины, соли, антибактериальные ферменты (например, лизоцим) и белки, связывающие пахучие вещества (OBP — odorant-binding proteins). Слизь создаёт водную среду, необходимую для растворения молекул запаха и их транспорта к рецепторам на ресничках нейронов, а также выполняет защитную функцию.

Физиология обоняния

Процесс восприятия запаха начинается с попадания молекул пахучего вещества в носовую полость при вдыхании. Молекулы достигают обонятельной щели — узкого пространства между верхней носовой раковиной и носовой перегородкой, где расположен обонятельный эпителий. Для эффективного восприятия запаха необходимо, чтобы воздух турбулентно проходил через эту область, что обеспечивается анатомией носовых ходов и формой носовых раковин.

Трансдукция сигнала

1. Растворение и связывание. Молекула запаха растворяется в слое слизи и связывается с белками-переносчиками (OBP), которые доставляют её к рецептору на мембране реснички обонятельного нейрона.
2. Активация рецептора. Обонятельные рецепторы относятся к суперсемейству рецепторов, сопряжённых с G-белком (GPCR). У человека экспрессируется около 350–400 функциональных типов таких рецепторов (из более чем 900 генов, кодирующих обонятельные рецепторы, остальные являются псевдогенами). Каждый обонятельный нейрон экспрессирует только один тип рецептора. Связывание молекулы запаха с рецептором вызывает конформационные изменения и активацию G-белка (Golf).
3. Каскад вторичных мессенджеров. Активированный G-белок стимулирует аденилатциклазу, которая превращает АТФ в циклический АМФ (цАМФ). Повышение уровня цАМФ открывает циклические нуклеотид-зависимые ионные каналы (CNG-каналы) в мембране реснички.
4. Деполяризация. Открытие CNG-каналов приводит к входу ионов натрия (Na⁺) и кальция (Ca²⁺) в клетку, вызывая её деполяризацию. Вход кальция дополнительно активирует кальций-зависимые хлорные каналы, через которые выходят ионы хлора (Cl⁻), усиливая деполяризацию.
5. Генерация потенциала действия. Если деполяризация достигает порогового уровня, в начальном сегменте аксона генерируется потенциал действия, который распространяется по аксону к обонятельной луковице мозга.
6. Адаптация и дезактивация. Для предотвращения постоянного возбуждения существуют механизмы адаптации: фосфодиэстераза разрушает цАМФ, а кальций-кальмодулиновый комплекс инактивирует CNG-каналы. Сами молекулы запаха метаболизируются ферментами (например, цитохромами P450) в поддерживающих клетках и клетках обонятельных желёз.

Кодирование запаха

Каждый обонятельный нейрон экспрессирует только один тип рецептора, но один рецептор может распознавать несколько структурно сходных молекул, а одна молекула может активировать несколько разных рецепторов. Таким образом, запах кодируется не отдельным нейроном, а комбинаторным паттерном активации множества различных типов нейронов. Аксоны нейронов, экспрессирующих одинаковый рецептор, сходятся в одни и те же клубочки (гломерулы) обонятельной луковицы, создавая пространственную карту активности. Эта карта затем обрабатывается в высших обонятельных центрах мозга (грушевидная кора, миндалевидное тело, энторинальная кора) для формирования восприятия запаха, его идентификации, оценки эмоциональной значимости и запуска поведенческих реакций.

Регенерация и возрастные изменения

Обонятельный эпителий обладает уникальной для нервной системы способностью к постоянной регенерации. Базальные клетки, особенно глобальные, делятся и дифференцируются в новые обонятельные нейроны, которые прорастают свои аксоны к обонятельной луковице и устанавливают синаптические контакты. Этот процесс происходит на протяжении всей жизни, однако с возрастом его эффективность снижается. У пожилых людей наблюдается уменьшение площади обонятельного эпителия, его частичное замещение респираторным (дыхательным) эпителием, а также снижение числа обонятельных нейронов и скорости их обновления. Это является одной из причин возрастного снижения обоняния (пресбиосмии).

Повреждения и патологии

Обонятельный эпителий уязвим для различных повреждающих факторов, что может приводить к нарушениям обоняния (дисосмии, аносмии, гипосмии).

• Вирусные инфекции. Респираторные вирусы (включая вирусы гриппа, парагриппа, риновирусы, а также коронавирус SARS-CoV-2, вызывающий COVID-19) могут напрямую инфицировать и повреждать поддерживающие клетки и обонятельные нейроны, вызывая временную или стойкую потерю обоняния. При COVID-19 потеря обоняния является одним из характерных симптомов, часто связанным с повреждением поддерживающих клеток, а не самих нейронов.
• Травмы головы. Черепно-мозговые травмы, особенно с переломом основания черепа в области решётчатой кости, могут приводить к разрыву аксонов обонятельных нейронов (отрыв от обонятельной луковицы), что вызывает необратимую аносмию.
• Токсические вещества. Вдыхание паров некоторых химических веществ (например, формальдегида, аммиака, тяжёлых металлов) может вызывать химический ожог и гибель обонятельного эпителия.
• Хронические заболевания. Хронический риносинусит, аллергический ринит, полипы носа могут приводить к отёку и нарушению доступа пахучих веществ к обонятельной щели (кондуктивная аносмия), а также к хроническому воспалению и повреждению самого эпителия.
• Нейродегенеративные заболевания. Потеря обоняния часто является ранним симптомом таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера, что связывают с отложением патологических белков (альфа-синуклеина, бета-амилоида) в обонятельной луковице и обонятельном эпителии.

Сравнительная анатомия

Обонятельный эпителий присутствует у большинства позвоночных животных. Его строение в целом сходно, однако размеры и степень развития сильно варьируют в зависимости от роли обоняния в жизни вида. У млекопитающих с высокоразвитым обонянием (макросматики, например, собаки, грызуны) обонятельный эпителий занимает большую площадь носовой полости и содержит значительно большее число нейронов (у собак — до 200–300 миллионов). У человека, относящегося к микросматикам, обонятельная система относительно редуцирована по сравнению со зрительной и слуховой. У некоторых видов рыб обонятельный эпителий может быть расположен не только в носовой полости, но и на других участках тела.

Источники

• Привес М. Г., Лысенков Н. К., Бушкович В. И. Анатомия человека. — 12-е изд. — СПб.: Издательский дом СПбМАПО, 2006.
• Сапин М. Р., Билич Г. Л. Анатомия человека: в 2 т. — М.: Оникс, 2009.
• Гистология, цитология и эмбриология: учебник / под ред. Ю. И. Афанасьева, Н. А. Юриной. — 6-е изд. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2016.
• Гайтон А. К., Холл Дж. Э. Медицинская физиология. — 13-е изд. — М.: Логосфера, 2018.
• Doty R. L. (ed.). Handbook of Olfaction and Gustation. — 3rd ed. — Wiley-Blackwell, 2015.
• Buck L., Axel R. A novel multigene family may encode odorant receptors: a molecular basis for odor recognition // Cell. — 1991. — Vol. 65, No. 1. — P. 175–187.
• Moran D. T., Rowley J. C., Jafek B. W., Lovell M. A. The fine structure of the olfactory mucosa in man // Journal of Neurocytology. — 1982. — Vol. 11, No. 5. — P. 721–746.