Ткань живого организма, изучение, понятия профилактика заболеваний

Архив рубрики «Свойства»

Трафаретной защитной реакцией соединительной ткани на повреждение является воспаление. Его разновидности отража­ют прежде всего реактивные возможности соединительной тка­ни, хотя безусловное значение имеет и характер повреждаю­щего агента. Воспалительная реакция соединительной ткани на повреждение неразрывно связана с иммунным ответом орга­низма и нередко представляет собой его морфологическое про­явление (ГНТ, ГЗТ, гранулематоз и др.). Поэтому воспаление и гиперчувствительность являются лишь разными характери­стиками (форма и содержание) реактивного состояния соеди­нительной ткани. Участие ее в «иммунной защите» объясняет ярко представленную иммунопатологию соединительной ткани при нарушениях иммунологического гомеостаза. Это не столь­ко «болезни иммунного дефицита», крайним выражением ко­торых являются мезенхимальные опухоли (синдром Луи-Бар), сколько проявления реакций гиперчувствительности при многих болезнях антигенной стимуляции (ревматические и аутоиммун­ные заболевания).

Если коллагеновые структуры «отвечают» прежде всего за прочность СТ, то эластичность ее (способность к обратимой деформации) определяется в основном эластическими волок­нами. Поэтому больше всего эластических волокон там, где подобное свойство функционально необходимо: в сосудах, лег­ких, коже, связках. Как и в коллагене, важнейшая механиче­ская функция эластических образований обеспечивается бук­вально на всех уровнях структурной организации: а) наличием десмозинов в первичной молекулярной структуре, б) корпуску­лярной или филаментарной третичной молекулярной и надмо­лекулярной структурой, в) двухкомпонентным ультраструктур­ным строением волокон и, наконец, г) специализированной, во­локнисто-мембранной тканевой организацией (см. раздел 2.3). Количественное отношение и способ взаимодействия эластиче­ских и коллагеновых волокон определяют оптимальное соотно­шение прочностных и упруго-эластических свойств каждой ткани. Важнейшую роль в механических свойствах соединительной ткани играют также состав и пространственная структура про – теогликановых комплексов и структурных гликопротеинов, а также способ их взаимоотношений с коллагеновыми и эласти­ческими волокнами. Каждая из тканей (хрящ, кость, сосуды, клапаны, кожа и др.) имеет свои особенности в этом отноше­нии, что связано с прочностными и упругими свойствами тка­ней. Особую роль играют гликопротеиновые микрофибриллы и протеогликаны как «матрица» и «каркас» для формирования эластических и коллагеновых волокон, как «склеивающая» субстанция, соединяющая их отдельные элементы и объединя­ющая весь межклеточный матрикс в единое целое (см. раздел 2.1.2; 2.2.4; 2.3.2). Такое единство обеспечивается тем, что все перечисленные структурные компоненты продуцируются клеточной популяцией (фибробластами или гладкими мышцами). Те же клетки сек – ретируют ферменты, благодаря которым происходит дальней­шая внеклеточная модификация структурных белков (отщеп­ление концевых пептидов коллагена, развитие поперечных свя­зей в коллагене и эластине и др.). Мало того, эти же клетки продуцируют ферменты, катаболизирующие эти белки и угле­воды: коллагеназу, эластазу, протеиназы и гиалуронидазы, т. е. несут обе противоположные по отношению к матриксу обмен­ные функции (см. разделы 2.2.7 и 2.3.3). Все это позволяет клеткам, синхронизируя на разных эта­пах и координируя в пространстве продукции всех этих веществ, регулировать образование и обмен единого межклеточного мат – рикса. Особенно сложным является вопрос о том, каким обра­зом формируется весьма точная архитектоника специализиро­ванных тканей. Несомненно, информация о ней записана в генетической программе клеток, однако неясно, как эта про­грамма реализуется на всех уровнях организации. По нашему мнению, это происходит благодаря двум взаимодополняющим механизмам: а) кодированию определенной информации об архитектонике высших уровней в первичной молекулярной структуре, например, благодаря типовым и внутритиповым раз­личиям коллагенов, и б) постоянной деятельности клеток (специализированных фибробластов и гладких мышц) не толь­ко как «строителей», но и как «архитекторов» своего матрикс – ного микроокружения. На этом основании была сформулирована концепция «био­механического контроля морфогенеза» (см. раздел 2.2.4), по которой фибробласт, используя микрорельеф клеточной по­верхности, ориентацию отростков и траекторию движения клетки, определяет микроархитектонику своего окружения, а популяция клеток — архитектонику всей ткани. «Архитектурный надзор» осуществляется также путем «выбраковки неправиль­ных деталей» путем фиброклазии. Контрольным механизмом, по-видимому, является соответствие структур и биомеханиче­ской функции. Волокна, которые, не соответствуют линиям ме­ханического напряжения, т. е. не несут функциональной нагруз­ки, резорбируются, а другие увеличиваются в объеме до тех пор, пока не достигнут «биомеханического соответствия». Так, путем обратных связей между клетками и матриксом осуще­ствляется конструирование тканей.

Важнейшее значение в реализации всех трех перечисленных механизмов имеет взаимоотношение фибробластов с коллагеновыми волокнами, продуктом своего био­синтеза. Подвергаются разрушению в основном фибробласты, находящиеся в тесном окружении коллагеновых волокон, при­чем фибриллы плотно прилегают к плазмолемме. Разрушение Рис. 82. Разрушение фибробластов (Фб), окруженных полями кол­лагеновых фибрилл (КФ). В одной из клеток видно образование крупных вакуолей на границе с коллагеном (стрелками). Внизу раз­рушенные. Я —ядро. Фб. ЭГ. X18 ООО. начинается, как правило, не с появления аутолнзосом, а с де­струкции наружной мембраны. При этом на границе клеток и волокон часто образуются крупные пустые вакуоли, а органел­лы перемешиваются с коллагеновыми фибриллами (рис. 82). Деструкция плазмолеммы нарушает жизнедеятельность клет­ки, приводит к распаду цитоплазмы, пикнозу и разрушению яд­ра. Вряд ли можно свести это явление к механическому сдав – лению клетки, так как в рубце на более поздних стадиях и в других плотных тканях тесная связь клеток с волокнами являет­ся обычной. Нельзя исключить, что на мембранах «короткожи – вущих» фибробластов имеются особые рецепторы, чувствитель­ные к зрелым коллагеновым фибриллам. Следует отметить, что не все окруженные волокнами клетки подвергаются разрушению, часть их превращается в неактивные формы. Активные фибро­бласты остаются в основном в участках, где нет сплошных коллагеновых полей. В связи с этим возникает мысль о меха­низме своеобразного «контактного инг-ибирования» жизнедея­тельности фибробластов, подобно контактному ингибированию клеток в культуре, однако в этом случае играют роль не меж­клеточные, а клеточно-коллагеновые контакты. Другой важный механизм ауторегуляции, направленный на уменьшение избыточной соединительной ткани и перестройку рубца — фиброклазия, также связан с воздействием кол­лагеновых волокон на фибробласты. Ультраструктурные ос­новы фиброклазии изложены в главе 2 (см. раздел 2.2.7), здесь лишь необходимо отметить, что отдельные фиброкласты появ­ляются уже на ранних этапах роста соединительной ткани. Это свидетельствует о том, что ремоделирование идет параллельно новообразованию соединительной ткани, но большинство фибро – кластов возникает лишь на 10—14-й день в период активной перестройки грануляционной ткани. Аналогичные явления в за­живающей ране были отмечены также A. R. Ten Cate и соавт. (1975, 1976).

Рассмотренные выше процессы направлены на возможно бо­лее быстрое заполнение раневого дефекта новообразованной соединительной ткани. После ее созревания в действие вступает второй этап ауторегуляции, биологическим смыслом которого является защита от избыточного роста ткани. Как показали наши исследования, это достигается тремя одновре­менно действующими механизмами: ингибицией биосинтеза коллагена путем превращения фибробластов в неактивные фор­мы — фиброциты, разрушением большей части клеток и частич­ной резорбцией волокон фибробластами, которые превраща­ются в фиброкласты. Часть фибробластов разрушается в ре­зультате клазматоза на высоте своей биосинтетической деятель­ности. В других клетках вследствие гиперфункции происходит «изнашивание» клеточных структур, которое уже не восполня­ется внутриклеточной и молекулярной регенерацией. В таких клетках появляется большое число аутофаголизосом и сегрессом, затем клетки распадаются. Часть фибробластов подвергается «естественной» гибели в соответствии с генетически запрограм­мированным сроком жизни. К ним, возможно, относятся так на­зываемые «короткоживущие» фибробласты (см. раздел 1.1.2).

Изучение взаимодействия макрофагов и фибробластов име­ет свою историю. Впервые A. G. Heppelston и Т. A. Styles (1967) показали, что макрофаги, фагоцитирующие кварцевую пыль, выделяют фиброгенетический фактор, значительно уси­ливающий синтез коллагена в культуре фибробластов. Впос­ледствии это было подтверждено другими исследователями [Шнайдман И. М., Райхлин Н. Т., 1976; Nourse L. D. et al, 1975; Aalto M. et al, 1976; Aho S„ Kulonen E„ 1977]. Было об­наружено, что, усиливая синтез коллагена, фактор не действу­ет на пролиферацию фибробластов, причем были эффективны как нерастворимые продукты разрушения макрофагов, так и супернатант культуральной среды. D. Kilroe-Smith и соавт. (1973) показали, что разрушенные ультразвуком альвеолярные макро­фаги, выделенные из легкого, в которое вводилась кварцевая пыль, при подкожном введении вызывали гранулему. Фагоцитоз кварца не является обязательным условием фиб – рогенного действия макрофагов. М. Aalto и соавт. (1976) об­наружили, что культуральная среда макрофагов, предварительно индуцированных тиогликолятом или парафином, стимулируют синтез Кл и без добавления кварца. R, F. Richards и F. S. Wus – terman (1974) показали, что интактные макрофаги так же эф­фективны, как и обработанные кварцем, причем в отличие от предыдущих авторов, по их данным, культуральная среда и раз­рушенные клетки менее действенны, чем жизнеспособные мак­рофаги. Инъекция взвеси макрофагов, особенно стимулированных, в роговицу, в отличие от других клеток (лимфоциты, гранулоци – ты), вызывала воспаление и образование рубца, усиливала синтез коллагена [Clark A. et al, 1976]. Эффективны были и продукты ультразвукового разрушения макрофагов. S. J; Leihovi’Ch и R. Ross (1975), продемонстйровавшие за­держку заживления раны при’ действии антимакрофагальйойсыворотки, в последующих работах выделили из культуральной Среды макрофагов термостабильный полипептидный фактор, усиливающий синтез ДНК и пролиферацию фибробластов в культуре. При разрушении клеток уровень активности умень­шался, т. е. фактор выделяли жизнеспособные клетки [Leibo - vich S„ Ross R„ 1976; Leibovich S. J., 1978]. J. Calderon, E. R. Unanue (1975) выделили из культуры перитонеальных макрофагов два противоположных по действию фактора: ин­гибитор синтеза ДНК различных клеток, в том числе макрофа­гов, и диализуемый стимулятор синтеза ДНК. Учитывая эти данные, можно думать, что макрофаги в разных условиях вы­рабатывают как растворимые, так и нерастворимые факторы различной природы, одни из которых действуют на пролифера­цию фибробластов, а другие на синтез в них коллагена.

Механизм контракции окончательно еще не ясен. Представле­ние о ведущей роли образования коллагеновых волокон при со­зревании грануляционной ткани в рубцовую было отвергнуто опытами М. Abercrombie и соавт. (1954), показавшими, что при резком торможении коллагеногенеза у скорбутных крыс конт­ракция не нарушается. Часть авторов считают, что контракция в первую очередь обусловлена обезвоживанием тканей вследст­вие испарения [Cuthberston А. М., 1959; Zahir М., 1964]. Luc – cioli G. М. и соавт. (1964) выделяют: 1) раннюю контракцию или редукцию (2—3-й день), которая следует за расширением раны в первый день после операции, связывая ее с дегидрата­цией и 2) вторичную контракцию, наступающую после латент­ного периода и связанную с развитием грануляций. Роль грану­ляционной ткани в контракции подтверждается опытами с уда­лением части грануляций [Grillo Н. et al., 1958; Charlton С. А. et al., 1961]. Сила контракции пропорциональна толщине грану­ляционной ткани [Higton D. I., Jawes D. W., 1964]. В последние годы сокращение раны связывают прежде всего с функцией спе­циальных клеток грануляционной ткани — миофибробластов или •контрактильных фибробластов (ом. раздел 1.1.3). Третья фаза заживления ран — формирование и перестройка (ремоделирование) рубца во времени накладывается на вторую фазу. Начиная с 10—14-го дня сосу­ды грануляционной ткани постепенно редуцируются, хаотически расположенные Тонкие коллагеновые ‘Волокна исчезают в резуль­тате деятельности фиброкластов (см. раздел 2. 2. 7), одновре­менно образуются толстые волокна и пучки, направленность которых определяется функциональной нагрузкой на данный участок кожи. Уменьшается не только число клеток по отноше­нию к коллагеновому матриксу, но и активность фибробластов: снижается активность ферментов, содержание РНК в цитоплазме [Raekallio J, 1970]. В ткани, которая приобретает фиброзный, рубцовый характер, продолжается дальнейшая инволюция, уси – \ ливающаяся после окончания эпителизации.

Морфологически связь между ростом сосудов и пролифераци­ей фибробластов несомненна. Эндотелиальные тяжи и капилляры являются основой, по которой (или из которой) происходит миграция фибробластов и развитие грануляционной ткани. При этом митозы чаще видны в эндотелиальных клетках, чем в фибробластах. Первоначально капилляры и фибробласты распо­лагаются беспорядочно, часто следуя ходу волокон фибрина, играющих роль каркаса. Затем капилляры под ‘влиянием гемо – динамических сил приобретают характер вертикальных петель. Одни фибробласты сопровождают капилляры, располагаясь параллельно их ходу, другие принимают горизонтальное направ­ление, параллельное поверхности раны. Соответственно ориенти­руются и коллагеновые волокна. Грануляционная ткань, таким образом, принимает характерную для нее архитектонику, кото­рая изменяется только при перестройке рубца. В конце проли – феративной фазы, когда завершается рост и созревание соеди­нительной ткани, большинство новых капилляров регрессирует и исчезает. Следует думать, что их образование, которое стиму­лируется кислородным градиентом, гипоксией, необходимо для пластического и энергетического обеспечения клеток во время их пролиферации и активной биосинтетической деятельности. Параллельно развитию соединительной ткани и васкуляриза – ции раны осуществляется эпителизация дефекта, изученная Н. Н. Аничковым и соавт. (1961), Е. А. Ефимовым (1975), G. Odland, R. Ross (1968), Е. Е. Peackock, W. Van Winkle (1970). W. S. Krawozyk (1971) и др. Регенерация эпителия характери­зуется тремя взаимосвязанными процессами: миграцией клеток, пролиферацией и дифференцировкой. Включение метки в ДНК определяется уже через 48 часов [Diegelmann R. E. et al, 1978]. Миграция клеток на раневую поверхность начинается уже через сутки, причем скорость эпителизации по Н. A. Van Den Brenk (1956) составляет 0,207 мм/ч, опережая скорость роста грану­ляций (0,094 мм/ч). Регенерирующий эпителий характеризуется наличием гранул гликогена в цитоплазме, увеличенным содер­жанием РНК и окислительно-восстановительных ферментов. По мере дифференцировки и образования многослойного эпи – дермального пласта эти качества утрачиваются. Нередко (осо­бенно у человека) образуются глубокие врастания эпителиаль­ных тяжей в подлежащую соединительную ткань.

К морфологическим проявлениям первой фазы заживле – I ния, т. е. травматического воспаления, относятся ‘ гиперемия сосудов, усиленная серозно-фибринозная экссудация, нейтрофильная инфильтрация, сменяющаяся макрофагальной реакцией. Эта фаза продолжается от 2 до 7 дней в зависимости от величины и типа раны. Биологическим смыслом этого этапа, по мнению И. В. Давыдовского (1969), является очищение раны от микробов, инородных тел и продуктов распада тканей. Неза­вершенность этого процесса тормозит заживление [Peacock Е. Е, 1 van Winkle W., 1970]. Важную роль в этом процессе играют ПЯЛ (нейтрофнды)^ которые до 3—4-го дня преобладают на поле воспаления: Они мигрируют из сосудов в первые часы и достигают максимума к 1— 2-му дню, что согласуется и с данными R. Ross (1968). Прог­рессирующее их уменьшение начинается лишь с 5—6-го дня (в неосложненных ранах). Нейтрофилы фагоцитируют микробов, секретируют антибак­териальную субстанцию, лизоцим, кислые лизосомные гидролазы, коллагеназу и эластазу. Особенно обогащается среда этими ве­ществами при распаде нейтрофилов, начинающемся уже со 2- го дня. Все это должно способствовать очищению раны и под­готовке следующего этапа заживления. Конкретные данные о роли нейтрофилов ‘в заживлении оста­ются противоречивыми. R. М. Donati и соавт. (1971), сравнивая заживление ран у безмикробных крыс, отметили у последних большую выраженность нейтрофильной инфильтрации, а также ускоренное формирование грануляционной ткани и эпителизации, хотя на сроки заживления это существенно не влияло, J. К. Co­hen и соавт. (1976) отметили, что некоторое усиление воспаления в ранах ‘влечет за собой увеличение синтеза коллагена. D. M. Simpson и R. Ross (1972), вызывавшие «ейтролению и резкое снижение нейтрофилов в ране, не обнаружили при элек­тронной микроскопии заметных изменений в заживлении. По их мнению, нейтрофилы обеспечивают местный барьер против ин­фекции, но не играют заметной роли в очищении раны путем фагоцитоза или освобождения ферментов. Более значительное влияние на следующие этапы заживления оказывают макрофаги, которые начинают мигрировать в рану из сосудов вместе с гранулоцитами, но максимального уровня достигают только к 3-му дню [Ross R, 1968], снижаясь после 6—7-го дня. S. J. Leibovich и R. Ross (1975), вызывавшие моноцитопению и резкое снижение уровня макрофагов в ране путем сочетанного действия антимакрофагальной сыворотки и глюкортикоидов, продемонстрировали значительное торможение пролиферативной реакции фибробластов и удлинение сроков заживления ран. Влияние макрофагов связано не только с их функцией очищения раны путем фагоцитоза эритроцитов, рас­падающихся лейкоцитов, жировых клеток, фибрина и т. д, но и с секрецией ими специфических субстанций, усиливающих про­лиферацию фибробластов (см. 5. 2). Цитохимические, ультра­структурные и функциональные характеристики, а также данные о происхождении макрофагов в ране изложены нами ранее (см. раздел 1. 2). Здесь же мы акцентируем внимание на их роли врезорбции коллагена и во взаимодействии с фибробластами.

Нагноение рассматривается И. В. Давыдовским (1952, 1969) как процесс биологического очищения раны с участием ‘бактериаль­ных дротеаз. Жировая клетчатка в течение короткого периода атрофируется и замещается грануляционной тканью, глашшм компонентом которой являются вертикальные сосудистые петли. Постепенно грануляционная ткань превращается в фиброзно – рубцовую. Процесс этот начинается в глубоких слоях и в краях раны, затем распространяется к поверхности и к центру. Н. А. Аничков и соавт. (1951) выделяют в развитой грануля­ционной ткани обширных инфицированных ран у человека шесть слоев: 1) поверхностный лейкоцитарно-некротический, 2) слой сосудистых петель, 3) слой вертикальных сосудов, 4) созреваю­щий слой, 5) слой горизонтальных фибробластов, 6) фиброзный слой. По мере созревания толщина глубоких слоев увеличива­ется. Мы наблюдали подобное строение грануляционной ткани в нейтрофических пролежнях у человека, в осложненных ранах у кролика, реже у крысы (рис. 77). В неосложненных ранах у экспериментальных животных, осо­бенно у крыс, площадью до 4—5 см2, грануляционная ткань имеет менее сложную структуру и состоит, по нашим наблюдениям, из трех слоев: 1) поверхностного фибринозно-лейкоцитарного слоя, 2) слоя созревающей грануляционной ткани и 3) ‘фиброзного слоя. Такие заживающие «под струпом» раны зани­мают промежуточное положение между заживающими первич­ным и вторичным натяжением: они защищены от окружающей среды струпом, в них не развивается нагноение, но относительно крупный дефект заполняется грануляционной тканью с верти­кальными сосудами. У человека заживление «под струпом» отмечается при небольших повреждениях или, при обширных, но поверхностных дефектах, например, при ‘больших ссадинах или ранах, нанесенных дерматомом, снимающим только эпидермис и сосочковый слой дермы. Для раневого процесса в целом и начальной стадии в отдель­ности характерна определенная последовательность клеточных реакций.

В наиболеее «чистом» виде новообразование соединительной ткани осуществляется при заживлении ран. Изучение на этой природной «модели» регуляции роста СТ и возможностей влияния на него различных лечебных факторов является чрезвычайно важным, так «ак основные закономерности репаративного роста соединительной ткани остаются общими для всех патологиче­ских процессов, ведущих к склерозу. Многолетнее изучение за­живления ран и других фиброзирующих процессов позволило нам выдвинуть концепцию ауторегуляции роста соеди­нительной ткани, основан, ной на взаимодействии клеточных элементов (фибробластов и макро – ф a i\o в) и коллагена, которая изложена в этом разделе.