Февраль 2011
Уменьшение количества хлопьевидного материала
Уменьшение количества хлопьевидного материала по мере созревания ткани, очевидно, связано с частичным разрушением протеогликанов и включением оставшихся протеогликанов в состав волокон. Действительно, наши данные с использованием рутениевого красного подтверждают это предположение. В развивающейся соединительной ткани, кроме упомянутых хлопье-видного материала и микрофибрилл, определяется несколько других рутениевоположительных протеогликановых структур, непосредственно связанных с коллагеновыми фибриллами: 1) аморфный «чехол» вокруг фибрилл; 2) пояса над большими периодами фибрилл; 3) тонкие микрофиламенты диаметром 3—4 нм, обычно прикрепляющиеся к коллагеновым фибриллам в участках больших периодов и соединяющие соседние фибриллы (рис. 33). Подобные рутениевоположительные структуры были обнаружены не только в развивающейся [Merker U., Gun - ter Т., 1973], но и в зрелой соединительной ткани кожи [Омель - яненко Н. П., 1977; Kajikawa К-, 1970; Graniowska М., 1976], в синовиальной оболочке и роговице [Myers D. В. et al., 1969, 1973], аорте [Myers D. В. et al., 1973; Eisenstein R. et al., 1976], хряще [Thyberg J., 1977]. По-видимому, стабилизирующие поперечные связи между коллагеновыми фибриллами осуществляются, за счет тонких микрофиламентов. Близкие результаты были получены при использовании других методов выявления протеогликанов (см. раздел 2.1.3). Менее ясным является вопрос о микрофибриллярных элементах. К ним причисляют структуры толщиной менее 20 нм, в которых не обнаруживается периодичность 64 нм; наименьшие из них имеют диаметр 3—4 нм [Low F. W., 1962; 1968; На - ust М. D., 1965; Anderson Н. С., Sajdera S. W., 1971; Morse D. Е„ Low F. N., 1974]. В развивающейся соединительной ткани они содержатся в большем количестве, чем в тканях зрелого организма. Первоначально эти структуры относили к первичным агрегатам коллагена [Karrer Н. Е., I960; Chapman J. А., 1961; Zellickson A. S. et al., 1963; Haust M. D., 1965; Gieseking R., 1966], считая, что коллагеновые фибриллы образуются в результате их соединения. Однако серией работ F. В. Low и соавт. [Frederickson R. G., Low F. N. 1971; Neuman Т. L., Low F. N., 1972; Morse D. E„ Low F. N. 1974; Frederickson R. G. et al, 1977], использовавшими предварительное ферментативное разрушение, было показано, что микрофибриллы устойчивы к кол – лагеназе, но разрушаются гиалуронидазой, «-амилазой и трипсином. На этом основании авторы считают, что микрофибриллы состоят не из коллагена, а из белково-полисахаридных комплексов. Путем аккумуляции на них молекул растворимого коллагена и соединения между собой они формируют коллагеновые фибриллы. В определенной степени это противоречит представлениям о самосборке коллагеновых фибрилл из молекул коллагена. Представляется более вероятным, что микрофибриллы служат «матрицей», направляющей агрегацию молекул и образование первичных филаментарных агрегатов коллагена, соединяющихся затем в фибриллу. Возможно, часть наиболее тонких микрофибрилл (4—5 нм) представлена именно этими филаментами. В принципе, это соответствует представлениям L. Robert и В. Robert (1974) о структурных гликопротеинах как о «матрице» для агрегации коллагена, подобному тому, как гликопро – теиновые микрофибриллы служат такой же «матрицей» для отложения эластина при формировании эластических волокон (см. разделы 2.1.2 и 2.3.2). При образовании коллагеновых волокон, согласно моделям D. S. Jackson и J. P. Bentley (1968) и Н. В. Mathews (1965), гликопротеины и протеогликаны входят в их состав, причем первые скрепляют между собой первичные агрегаты (филаменты или протофибриллы), а вторые — фибриллы . D. С. Pease и М. Bouteile (1971) действительно выявили с помощью окраски фосфорно-вольфрамо – вой кислотой углеводные компоненты внутри диспергированных коллагеновых фибрилл (в межфиламентарном пространстве). Таким образом, гликопротеины и протеогликаны не только регулируют рост и ориентация коллагеновых фибрилл, но и стабилизируют структуру волокон.
При окраске
Фазе фуксинофильных при окраске по Ван-Гизону волокон (рис. 31) соответствует преобладание «зрелых» коллагеновых фибрилл, их упорядочение с постепенным приобретением одинаковой ориентации (рис. 32). Можно видеть образование «зрелых» фибрилл путем соединения более тонких «незрелых» коллагеновых фибрилл, однако агрегации микрофибрилл в фибриллы не обнаруживается. Хлопьевидный материал и небольшое число микрофибрилл остаются внутри волокон между рыхло расположенными коллагеновыми фибриллами, но главным образом между волокнами. По мере созревания и все более компактного расположения коллагеновых фибрилл и волокон количество хлопьевидного материала и микрофибрилл заметно уменьшается, что отмечается также при развитии тканей в эмбриогенезе [Haust М. D., 1965; Morse D. Е., Low F. N., 1974]. Однако и в зрелой ткани рубца, кожи и других органов микрофибриллы и хлопьевидный материал остаются непременным компонентом, составляя, по-видимому, ультраструктурную основу основного цементирующего вещества. Природа хлопьевидного материала и микрофибрилл еще не совсем ясна, однако данные электронной гистохимии в сочетании с ферментативным анализом указывают на то, что они в основном состоят из гликопротеинов и протеогликанов. Так, например, данные С. W. Kischer и соавт. (1974), R. Eisenstein и соавт. (1976) свидетельствуют об исчезновении хлопьевидного материала при обработке ткани гиалуронидазой и хондроитин – азой. Кроме того, хлопьевидный материал частично разрушается коллагеназой, что, по-видимому, свидетельствует о наличии в нем и растворимого коллагена [Friederickson R. G., Low F. N., 1971; Neuman Т. L„ Low F. N. 1973].
Исследования
Некоторые из этих положений подтверждаются при ультраструктурном и гистохимическом анализе развивающейся соединительной ткани. Как показывают наши исследования, в процессе фибриллогенеза в межклеточном веществе наблюдаются следующие основные компоненты: 1) аморфный хлопьевидный материал, 2) микрофибриллы диаметром 4—12 нм без периодичности, но с четкообразной структурой, 3) тонкие коллагеновые фибриллы диаметром 14—30 нм с нечеткой периодичностью 64—67 нм и 4) «зрелые» коллагеновые фибриллы диаметром 40—150 нм (чаще 50—90 нм) с четким периодом, в котором видны дополнительные полосы (рис. 30). Первые два компонента ярко окрашиваются рутениевым красным, что свидетельствует о том, что в их составе преобладают протеогликаны и гликопротеины; незрелые и зрелые КФ имеют узкий рутениево – положитёльный «чехол», особенно четко выявляющийся на поперечных срезах. По мере созревания соединительной ткани соотношение между перечисленными компонентами резко изменяется. В самые начальные периоды роста, когда между пролиферирующими фибробластами при световой микроскопии толуидиновым или алциановым синим обнаруживается накопление ГАГ и видны лишь единичные аргирофильные волокна, при ультраструктурном анализе преобладает хлопьевидный материал, в котором беспорядочно расположены микрофибриллы и тонкие коллагеновые фибриллы с нечеткой периодичностью. Фазе аргирофиль – ных и метахромазирующих (так называемых преколлагеновых) волокон’ на ультраструктурном уровне соответствует накопление тонких коллагеновых фибрилл и появление более толстых«зрелых» коллагеновых фибрилл с четким периодом . Отмечается тенденция к формированию волокон (пучков фибрилл), последние на этом этапе состоят из слабо ориентированных коллагеновых фибрилл, микрофибрилл и хлопьевидного материала. Соотношение этих компонентов различается даже в близлежащих волокнах; преобладают или микрофибриллы, или хлопьевидный материал, или коллагеновые фибриллы, что, по-видимому, отражает степень созревания волокон.
Трофическая функция
Трофическая функция соединительной ткани определяется присутствием ее во всех других тканях. Вместе с сосудами и прилегающими паренхиматозными клетками соединительной ткани формирует функциональные элементы, микрорайоны и другие единицы, в которых и происходит диффузия питательных веществ и метаболитов (см. раздел 3.1.1). В этом процессе особенно активное участие принимают гликозаминогликаны, тучные клетки, макрофаги и фибробласты, регулирующие метаболизм ткани (см. соответствующие разделы). В рамках функциональных элементов реализуются сложные, основанные на обратных связях взаимоотношения между структурными элементами, в частности между эпителием и мезенхимой. Ярким выражением нарушений трофической функции соединительной ткани являются дистрофические процессы. При этом их разнообразие (мукоидное набухание, фибриноидные изменения, гиалиноз, кальциноз, амилоидоз и др.) отражает прежде всего «варианты полома» механизмов трофики (клетки, транспортных или интегративных систем), а не причины, ведущие к нарушению деятельности этих механизмов. В то же время особенности патогенеза каждого вида мезенхимальной дистрофии, устанавливаемые при помощи современных методов морфофункционального анализа, позволили выявить среди этих «устоявшихся» общепатологических процессов разнообразные формы. Так, фибриноид, считающийся «структурным проявлением» дезорганизации соединительной ткани, неоднороден и представлен, по нашему мнению, по крайней мере двумя формами: фибриноидом деструкции («фибриноид иммунных комплексов») и фибриноидом инсудации («фибрин – фибриноид»), В зависимости от особенностей патогенеза могут образовываться различные виды сосудистого гиалина, отличающиеся тинкториально, иммуногистохимически и электронно – микроскопически. На этом основании следует различать гиалин инсудации и плазмореи («простой гиалин»), гиалин нарушенного липидного обмена («липогиалин») и гиалин иммунокомплексного повреждения сосудистой стенки («сложный гиалин»). Неоднороден кальциноз в зависимости при преобладании механизмов внутриклеточного или внеклеточного обызвествления. Еще более разнообразен амилоидоз в связи с различной клеточной принадлежностью амилоидобласта, «тяготением» амилоидных фибрилл к разным волокнам соединительной ткани (периретикулярный и периколлагеновый амилоидоз), преимущественным поражением паренхиматозных или мезенхималь – ных органов (паренхиматозный и мезенхимальный амилоидоз), определенных систем (апудамилоид) или определенных органов (кардиопатический, нефропатический и др.). 6 Защитная функция соединительной ткани проявляется как в создании механического барьера организма и органов, так и в реакциях микроеосудов, макрофагов, фибробластов и эндотелия, в «иммунной защите» с участием макрофагов и лимфоцитов.
Воспаление
В других ситуациях, когда воспаление отсутствует, развитие склероза при повреждении связано не с пролиферацией фибробластов, а в основном с усилением их коллагенсинтезиру – ющей функции. Этот механизм склероза наиболее ярко представлен при хроническом венозном застое, причем в качестве индуцирующего фактора коллагеногенеза выступает гипоксия. Подобный механизм хорошо прослежен при хроническом венозном застое легких [Серов В. В. и др., 1972] и печени [Фи - Хлиппова Л. А., Тихонова Г. Н., 1975]. Однако и в этих случаях, как_4гоказало электронно-микроскопическое исследование, отмечается увеличение числа септальных клеток в легких и клеток Ито (специализированных фибробластов) в печени. Необходимо отметить, что склероз не является «застывшим» процессом. По нашему мнению, следует различать три основные формы склероза (фиброза): инволюционирующий (обратимый), стабилизированный и прогрессирующий (необратимый) с исходом в цирроз. Развитие прогрессирующего необратимого склероза возникает при определенных условиях. Такими условиями являются, по нашему мнению: 1) массивное и (главное) диффузное повреждение паренхимы, которое вед^т к разрушению структурно – функциональных элементов (микрорайонов) и дезинтеграции паренхиматозно-стромального взаимодействия; 2) длительное постоянное или возобновляющееся действие внешних или эндогенных факторов (персистирующей вирусной или бактериальной инфекции, токсинов и др.), что приводит к перманентным дистрофическим процессам, расстройству кровообращения, хроническому воспалению; 3) поломка общих и локальных регу – ляторных систем; 4) врожденные или приобретенные дефекты системы синтеза и катаболизма коллагена. В конечном счете нарушается ауторегуляция роста соединительной ткани, индукция пролиферации клеток и коллагеногенеза начинает преобладать над ингибицией, а синтез коллагена над его катаболизмом, что н приводит к прогрессированию склероза, завершающегося структурной перестройкой органа (цирроз). По существу речь идет о нарушении структуре (формо) образования, т. е. о патологической регенерации. Подобная ситуация является извращением структурообразовательной функции соединительной ткани, которая как бы «отмежевывается» от паренхимы и действует в своих интересах и в интересах сохранения формы органа, «жертвуя» его функцией,
Примерами стабилизации соединительной ткани
Примерами стабилизации соединительной ткани, при которой устанавливается относительное равновесие между анаболизмом и катаболизмом, являются рубцы на месте дефектов кожп, сухожилий, обширных инфарктов внутренних органов, очаги пневмосклероза после излеченного туберкулеза и т. д. Инволюция вплоть до полного рассасывания соединительной ткани имеет место после окончания воспалительного процесса в подкожной клетчатке, при обратимых склерозах во внутренних органах, после удаления инородного тела и в других случаях. Причиной инволюции является, по-видимому, функциональная инертность соединительной ткани, которая не несет механической или другой нагрузки. Такое состояние через коллагеновые волокна рецептируется фибробластами, которые усиливают фиброкластическую функцию. Лизис коллагеновых волокон может осуществляться и внеклеточно путем повышенной секреции коллагенолитических ферментов в межклеточное пространство эпителиальными и мезенхимальными клетками. В других случаях происходит нарушение динамического равновесия между продукцией и распадом коллагена, что может лежать в основе многих патологических процессов. Основные пути подобных нарушений представлены нами на прилагаемой схеме 7. Примером могут служить разнообразные склеротические процессы, в том числе во внутренних органах (пневмосклероз, ге – патосклероз, нефросклероз, кардиосклероз и др.). При всем разнообразии этиологических факторов, которые вызывают эти процессы, можно выделить два основных механизма склероза. Первый и наиболее частый из них представлен следующими патогенетическими звеньями: повреждение — воспаление — ре – паративный (заместительный) фиброз. При этом преобладает пролиферация фибробластов, индуцированная воспалением, а нарастание массы коллагена является следствием увеличения числа коллагенпродуцирующих клеток. Такой механизм приложим не только к случаям типичных воспалительных процессов, но и к организации инфарктов и некрозов другого генеза, при которых всегда имеется перифокальное (реактивное) воспаление.
Механизм местной ауторегуляции
Таким образом, механизм местной ауторегуляции репаратив – ного роста СТ на основе обратной связи между распадом и биосинтезом коллагена имеет гомеостатический характер (см. схему 5). На ультраструктурном уровне он реализуется в два этапа: 1) резорбция макрофагами коллагеновых волокон детрита, индукция фиброгенеза макрофагами, в том числе путем клеточных контактов с фибробластами; 2) ингибирующее влияние контактирующих с фибробластами новообразованных зрелых коллагеновых волокон на биосинтез коллагена с одновременной индукцией фиброклазия и разрушения клеток. Действие второго звена ауторегуляции постепенно приводит к установлению нового равновесия между синтезом и катаболизмом коллагена в фибробластах, между клеточными и волокнистыми элементами в рубцовой ткани. Начинается заключительный этап стабилизации соединительной ткани, хотя медленно протекающие процессы перестройки могут наблюдаться еще несколько месяцев, а у человека — несколько лег. Следует помнить, что изложенный регуляторный механизм обратной связи, действующий на клеточно-тканевом уровне, является лишь частью значительно более сложного интегрального гомеостатического процесса, действующего на разных уровнях и складывающегося из нейротрофических, эндокринных, иммунных, гуморальных и других регулирующих влияний (об уровнях регуляции см. раздел 3.1.1). По вертикали и горизонтали он связан с другими регуляторными механизмами, также действующими на основе обратной связи и в совокупности определяющими рост, перестройку, инволюцию или стабилизацию соединительной ткани. Поломка этого регулирующего комплекса в одном или нескольких звеньях приводит к срыву ауторегу – ляции, обусловливая возникновение незаживающих ран или язв, гипертрофических или келоидных рубцов. Необходимо также подчеркнуть, что описанные выше в применении к заживлению ран кожи основные закономерности развития соединительной тканн в той или иной мере относятся к другим многочисленным случаям ее роста: образованию рубцов и спаек в разных областях, заживлению переломов костей, а’ также ранений и травм внутренних органов и сосудов, организации кровоизлияний и некрозов, исходу хронических воспалительных процессов, склерозу и циррозу органов различной Этиологии. Эти общие черты сводятся к следующему: 1) во всех ситуациях имеется патогенетическая цепь: повреждение — воспаление — восстановление (за счет роста соединительной ткани); 2) новообразование соединительной ткани включает в себя фагоцитоз поврежденных тканевых элементов, пролиферацию фибробластов и образование новых сосудов, продукцию ГАГ, синтез и фибриллогепез коллагена, контракцию (сжатие) соединительной ткани при ее созревании за счет функции мио – фибробластов, ремоделирование (перестройки) за счет деятельности фибробластов и внеклеточного коллагенолиза; 3) в регуляции этих процессов значительную роль играет гуморальное или контактное межклеточное и коллаген-клеточное взаимодействие, в том числе обратная связь между распадом и продукцией коллагена. Различие заключается в интенсивности и длительности фаз в преимущественном вкладе той или иной клеточной формы и в исход процесса: стабилизации, инволюции или прогрессирующего роста соединительной ткани (схема 6).
Действия продуктов
Возвращаясь к заживлению ран, можно представить себе несколько возможных механизмов действия продуктов разрушения коллагена на его синтез фибробластами. 1) Фагоцитоз коллагена значительно усиливает выработку описанных выше митогенных и/или фибриногенных факторов макрофагами. 2) Продукты фагоцитоза коллагена аккумулируются на поверхности макрофага и «предъявляются» фибробластам при описанных выше контактах этих клеток, подобно аналогичному механизму иммунозависимого взаимодействия макрофагов и лимфоцитов (см. раздел 1.2.4). В этом случае продукты разрушения коллагена реагируют с соответствующими мембранными рецепторами фибробластов. В последние годы действительно обнаружены специфические рецепторы к коллагеновым молекулам и пептидам на мембранах фибробластов [Postleth - waite А. Е. et al., 1978]. 3) Фиброгенным действием обладают продукты глубокого разрушения коллагена (аминокислоты, пептиды), проникающие через цитолемму фибробласта и влияющие на трансляцию или транскрипцию. 4) Продукты распада коллагена связывают коллатеназу макрофагов и других клеток, что ведет к преобладанию синтеза над катаболизмом и накоплению коллагена. Будущие исследования должны выявить, какой из этих механизмов или их сочетаний имеют место. В настоящее же время можно лишь утверждать, что продукты разрушения коллагена н взаимодействие клеток играют важную роль в осуществлении первого этапа местной ауторегуляции роста соединительной ткани. Несомненно, имеют значение также другие компоненты межклеточного матрикса. Известны данные о стимулировании заживления ран протеогликанами хряща [Касавина Б. С., Зенкевич Г. Д., 1966; Baggi G. et al., 1970; Prudden I. F. et al.,1965]. При этом Т. Suyama и др. (1966) получили эффект даже от продуктов распада хондроитиисульфатов с относительной молекулярной массой 4000 дальтон. В наших исследованиях комплекс коллагена с хондроитинсульфатами оказывал более сильное стимулирующее действие, чем каждый из компонентов. В последнее время показано, что структурные гликопротеины также усиливают синтез коллагена в культуре фибробластов [Randoux A. et al, 1978]. Нельзя, исключить, что при заживлении ран эндогенные углеводные продукты разрушения соединительной ткани оказывают определенное стимулирующее действие. Наконец, продукты распада клеток, как мы уже отмечали (см. раздел 3.1.2), в виде нуклеопротеидных, липидных и полипептидных комплексов также могут способствовать пролиферации клеток. Таким образом, имеется целый комплекс обратных связей, регулирующих рост соединительной ткани. Выделенные из этого комплекса механизмы регуляции коллагенового метаболизма представляются практически важным потому, что позволяют дать теоретические объяснения коллагенотерапии.
Наблюдения
Мнотие наблюдения свидетельствуют о тесном взаимодействии процессов эпителизации и роста соединительной ткани [Ross R, 1970; Peacock Е. Е„ van Winkle W„ 1970; Holbrook К. A. ef al., 1975]. Эпителий обладает способностью стимулировать рост СТ, а также вырабатывает коллагеназу, участвующую в перестройке рубца. Задержка эпителизации ведет >к преждевременному склерозированию грануляционной ткани, что в свою очередь замедляет эпителизацию таких участков. Рост эпителия может происходить на любой поверхности, однако прочный эпидермальный пласт образуется только на грануляционной ткани определенной стадии зрелости. Регенерация эпителия и СТ регулируется в значительной мере гуморальным путем с помощью фибробласт – ных и эпидермальных факторов роста разного происхождения, а также ингибиторов роста (кейлонов) этих клеток [Gospodaro - wicz D„ 1976, 1978]. Эпителизация играет основную роль в закрытии небольших или поверхностных ран. Для заживления полнослойных, ран существенное значение имеют два других взаимосвязанных процесса: 1) контракция, т. е. концентрическое стягивание краев раны к центру за счет миграции окружающей кожи >на грануляционную ткань, и 2) внераневой вставочный рост, под которым понимается гиперплазия окружающей кожи, близкая к регенерационной гипертрофии внутренних органов. Вклад контракции в заживление зависит от вида и возраста животных, площади и локализации раны, причем главным фактором является степень подвижности кожи. У крыс и кроликов скорость контракции ран на спине (0,65 мм/ч по Van Den Brenk Н. А., 1956) втрое превосходит скорость эпителизации. Почти на 90% раны на опине у них уменьшаются за счет контракции, в то время как на ушной раковине кролика и на подошве у крыс на 4— 8% [Ефимов Е. А., 1975]. У человека на предплечье раны сокращаются за счет контракции на 20—25% [Catty R. Н., 1965]. У молодых животных контракция и вставочный рост идут быстрее, чем у половозрелых [Billingham R. Е„ Russel P. S., 1956].
ЗАЖИВЛЕНИЕ РАН КАК МОДЕЛЬ РОСТА СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ
Понятие «ращ!>>, как и большинство подобных понятий в медицине, ие имеетТюлностью согласованного определения. В узком смысле под рамой понимается механическое повреждение с нарушением целостности наружного покрова (кожи, слизистой оболочки), а в более широком — повреждение из-за воздействия не только механических, hid и других факторов: тепловых, лучевых, химических или эндогенных (трофическая язва), а также повреждения внутренних органов. Заживление ран является важ – I нейшей общебиологической, медицинской и даже социальной проблемой, которая остается актуальной от глубокой древности до настоящего времени. Изучению биохимических, морфологических, физиологических и особенно лечебных аспектов этой проблемы посвящено чрезвычайно большое число экспериментальных’ и клинических исследований (до 1500 публикаций в год). Эти данные частично обобщены в ряде монографий и обзоров [Аничков И. Н. и др, 1951; Давыдовский И. В, 1952; Еси - пова И. К, 1966; Костюченок Б. М„ 1975; Ефимов Е. А, 1975; AUgower М„ 1956; Ross R, 1968, 1971; Raekalio J, 1970; Hernander-Richter H„ Struck H, 1970; Lindner J. et al, 1973]. Раневой процесс — весьма сложное многоплановое явление, в котором выделяется три обязательных компонента: повреждение— воспаление — восстановление. Они настолько тесно связаны между собой, что разделить их во времени и по морфологическому субстрату представляется весьма сложным [Чернух A. iM, Кауфман О. А, 1979]. Существуют многочисленные классификации раневого процесса, отражающие его фазовый характер. Они отличаются положенными в их основу критериями: хирургическими, биологическими, тензиометричеокими, морфологическими и др. С точки зрения морфолога нам кажется удачной классификация R. Ross (1968), который делит процесс на три фазы: воспалительную, пролиферативную, реорганизации рубца. Учитывая, что пролиферация клеток является лишь одним из элементов роста, мы предложили модифицированную классификацию [Шехтер А. Б, 1971]: 1) травматическое воспаление, 2) новообразование соединительной (грануляционной) ткани, регенерация эпителия, 3) формирование и перестройка рубца. По времени эти фазы ‘накладываются друг на друга.