Ткань живого организма, изучение, понятия профилактика заболеваний

Март 2011

Эластические волок­на, образованные, как и коллагеновые волокна, фибробластами и ГМК, являются весьма стабильными структурами и не под­вергаются воздействию большинства тканевых протеаз, в связи с чем долгое время считалось, что во взрослом организме они метаболически инертны. Однако патоморфологам хорошо из­вестна деструкция (фрагментация и лизис) эластических воло­кон кожи и мембран артерий при старении, сахарном диабете н атеросклерозе [Анестиади В. X., 1967; Loeven W. А, 1969; Robert L, 1977], а также в легких при эмфиземе [Hages R. et al, 1975; Mandl J. et al, 1977]. Эластические структуры разрушаются также при воспалительных изменениях, например в аорте при сифилитическом мезаортите, неспецифическом ги – гантоклетючном аортите [Голоссовская М. А, 1967]. Изучая совместно с Г. В. Нестайко аорту при неспецифическом арте­риите электронно-микроскоппчески, мы обнаружили в участках клеточной инфильтрации неравномерное истончение, узурацию и фрагментацию эластических волокон как вблизи полиморф – ноядерных лейкоцитов и макрофагов, так и вблизи гладких мышц (рис. 50), по-видимому, под влиянием выделяемых клет­ками эластолитических ферментов. S. Cajander и О. Hassler (1976) выявили узурацию внутренней эластической мембраны вблизи атеросклеротической аневризмы только со стороны про­света и в тех же участках скопления лизосомоподобных гранул. На этом основании авторы считают причиной деструкции эла – стазу распадающихся полиморфноядерных лейкоцитов. При синдроме Марфана, связанном с недостаточностью лизилоксид – азы в участках аневризмы аорты обнаруживается деструкция мембран, а при ультраструктурном анализе — глыбчатый рас­пад эластических структур и образование микрофибриллярного компонента без эластина [Saruk М, Eisenstein R, 1977].

Изучение распределения всех типов волокон в различных тканях показало, что микрофибриллярный компонент преобла­дает там, где требования к механической прочности выше, чем к проявлению эластичности. Наши наблюдения о том, что в раз­личных слоях медии артериальной стенки встречаются эластиче­ские мембраны с разным соотношением компонентов, по-види – мому, также свидетельствуют о функциональной гетерогенности эластической ткани сосудов, связанной со сложной биомехани­кой сосудистой стенки [Шехтер А. Б. и др., 1978]. Ранее мы уже говорили, что механическое влияние является одним из определяющих морфогенетических факторов в син­тезе склеропротеинов и формировании всех волокон соедини­тельной ткани. Для эластогенеза, особенно в сосудах, важней­шее значение имеет пульсационный эффект, что показано на примере образования эластических волокон в неоинтиме про­тезов [Шехтер А. Б, 1971]. В протезах с жесткой конструкцией в которых пульсовая волна «проскакивала», эластогенез не был практически выражен в отличие от длинных протезов с мягкой стенкой, пульсировавших при кровотоке. По данным D. Y. Leung и соавт. (1976), рост гладких мышц и синтез эластина в них значительно усиливался, когда их культивировали на ритмично растягивавшейся эластиновой подложке.

Другой функцией микрофибриллярного компонента, по-види­мому, является его влияние на биомеханические свойства эла­стических структур. Учитывая, что каркас из относительно жестких (не эластиновых) фибрилл, вероятно, ограничивает степень растяжимости эластинового матрикса, нами было выска­зано предположение, что от соотношения обоих компонентов зависит соотношение эластомерных и прочностных свойств во­локон и мембран ([Шехтер А. Б, 1971; Шехтер А. Б. и др., 1978]. Это нашло подтверждение в работе Cotta-Pereira и соавт. (1977) относительно структуры так называемых окситалановых и элауниновых волокон. Окситалановые волокна были впервые описаны Н. М. Fullmer и R. D. Lillie (1958) как новый тип соединительнотканных во­локон, однако позже Fullmaer (1960) предположил, что они могут быть незрелыми или модифицированными эластическими волокнами. Эти волокна были обнаружены в периодонте, в коже (в области дермоэпителиальных соединений), сухожилиях, ад – вентиции сосудов и других тканях и отличаются от обычных эластических волокон тем, что они устойчивы к эластазе и не окрашиваются железным гематоксилином Вергофа, а ор – сеином и резорцин – (или альдегид-) фуксином окрашиваются только после окисления надуксусной кислотой (отсюда их на­звание). Позднее L. Gawlik (1965) описал в хряще и сухожили­ях другой тип волокон, окрашивающихся вышеназванными кра­сителями без окисления, но не воспринимающих железный ге­матоксилин. Автор назвал эти волокна «элауниновыми» и пред­положил, что окситалановые и элауниновые волокна отражают различные стадии развития эластических волокон. Впоследствии это было хорошо обосновано в исследовании Cotta Pereira Н. и соавт. (1977), показавшими, что окситалановые волокна со­стоят только из пучков микрофибрилл диаметром 10 — 12 нм. Элауниновые волокна, кроме того, содержат пакеты аморфного компонента (около 30—40% от всей массы волокон), а зрелые эластические волокна состоят на 90% из аморфного компонента.

Ни одна из предложенных моделей молекулярного строения эластина до сих пор не может считаться окончательной, по­скольку каждая из них не вполне соответствует всем имею­щимся экспериментальным данным. По мнению ряда исследо­вателей молекулярная структура эластина отличается как от беспорядочной сети, так и от конденсированной корпускулярной или филаментарной модели, а включает в себя оба эти типаорганизации, [Gosline J. M., 1976, 1977; Sandberg L. В., 1976; Partridge S. M„ 1977]. 232 Ультраструктура эластических волокон. В настоящее время достигнут определенный прогресс в изучении надмоле­кулярного уровня организации эластической ткани. Ультраструк­турное изучение эластических волокон позволило установить, что они состоят по крайней мере из двух различных компонен­тов: фибриллярного и аморфного, отличающихся восприятием катионовых и анионовых красителей. В электронном микроскопе зрелые эластические волокна и мембраны выглядят на продольном срезе в виде лентовидных структур различной толщины (от 200 до 5000 нм), в электрон – но-прозрачном аморфном матриксе которых при окраске ура – нилацетатом и цитратом свинца видны электронно-плотные мик­рофибриллы диаметром 10—12 нм (рис. 47). Они образуют ча­сто густую сеть в краевых зонах волокна и сравнительно реже встречаются в центральных слоях [Шехтер А. Б. и др., 1978; Greenle Т. К - et al., 1966; Ross R., 1973]. При использовании фосфорно-молибденовой кислоты, железного гематоксилина, се­ребряного тетрафенилпорфирина выявляется электронно-плот – ный аморфный компонент эластической ткани [Haust М. D. et al, 1965; Albert Е. N. 1972; Brissie В. М. et al, 1975].

Эластические волокна уже около 100 лет привлекают вни­мание исследователей, что обусловлено их значением для реали­зации биомеханической функции ряда органов, особенностями химического состава и тинкториальных свойств, специфичностью изменений при патологических процессах. Интерес к изучению эластической ткани, связанный с разработкой новых методов исследования, особенно возрос в последние годы, что нашло отражение во множестве экспериментальных работ и многочис­ленных обзорах, освещающих разные аспекты исследований этого уникального объекта [Мороз Ю. А., 1977; Ross R., 1973; Sandberg L. В., 1976; Gotte L„ 1977; Partridge S. M., 1977; Hoeve C. A, 1977; Robert L„ 1977; Urry J. W., 1978; Nitto J., 1979]. Термин «эластические» обычно применяется для волокнистых или мембранных структур, основным компонентом которых яв­ляется эластин — белок со специфическими физико-химическими и биомеханическими свойствами. В настоящее время установ­лено, что эластин главный, но не единственный компонент эла­стических волокон, в состав которых входят также микрофиб­риллы, сформированные из гликопротеина, отличающегося от эластина по аминокислотному составу [Ross R., Bornstein P., 1969]. Поэтому термин «эластиновые волокна», используемый в некоторых оригинальных исследованиях, является не вполне точным. Так же как и в случае коллагена и коллагеновых во­локон, следует делать разграничения между эластином — белком с определенным химическим составом и эластическими волок­нами —двухкомпонентной системой, биомеханические, биохими­ческие, ультраструктурные и гистохимические характеристики которой определяются обоими компонентами, хотя и в большей степени эластином. Анализ данных литературы и результатов собственных иссле­дований [Шехтер А. Б., 1971; Шехтер А. Б. и др., 1976, 1978] позволяет выделить несколько уровней организации эластиче­ской ткани: молекулярный, ультраструктурный и органноткане-вой, причем на каждом из этих уровней специфика структур­ной организации определяет фундаментальное свойство этой ткани: способность к обратимой деформации под влиянием ме­ханического воздействия.

Наблюдая в условиях резорбции соединительной ткани акти­визацию клеток фибробластического ряда и усиление в них активности лизосомных ферментов, а также учитывая данные о наличии в Фб коллагеназы, мы предположили, что при опре­деленных условиях фибробласты могут функционировать как фибродсласты, играя существенную роль в катаболизме колла­гена [Шехтер А. Б., 1968, 1971]. Для проверки этого положения были проведены электронно-микроскопические исследования ин – волютивных процессов («обратного развития») соединительной ткани на ряде экспериментальных моделей: 1) послеродовой инволюции матки, 2) рассасывании соединительнотканной капсулы, образовавшейся при имплантации инородного тела после удаления последнего, 3) рассасывании подкожной грану­лемы и рубца, 4) перестройки рубца на месте заживающей кож­ной раны, 5) обратного развития цирроза печени [Шехтер А. Б., Милованова 3. П., 197^3, 1975; Шехтер А. Б., Берченко Г. И., 1977, 1978; Милованова 3. П., 1975, 1979]. Во всех этих ситуациях. коллагеновые фибриллы резорбиро – вались фиброкластами, количество которых варьировало в за­висимости от темпа инволюции соединительной ткани: наи­большее число клеток было в матке, наименьшее — в печени. Ультраструктурный механизм внутриклеточного лизиса колла­гена включал в себя: 1) захват клеткой фрагментов KB (от 1 до 10—15 фибрилл) путем инвагинации цитолеммы; 2) обра­зование фагоцитарных вакуолей (фагосом); 3) слияние фаго – сом и первичных лизосом с образованием вторичных лизосом (фаголизосом); 4) постепенную деградацию коллагеновых фиб­рилл— набухание, фрагментацию, потерю поперечной исчерчен – ности и лизис (рис. 43). Часто этому предшествовали гомоге­низация и усиление электронной плотности фагоцитированных коллагеновых фибрилл, по-видимому, за счет сорбции лизосом­ных ферментов. При этом в фиброкластах гистохимически от­мечалось усиление активности лизосомных маркеров — кислой фосфатазы и неспецифической эстеразы. На месте фаголизосом

Ряд заболеваний, по-видимому, связан с нарушениями дегра­дации коллагена. Например, в суставах при ревматоидном арт­рите, в различных опухолях, в тканях ротовой полости при периодонтите, в кожи при epidermolisis bullosa и других кожных заболеваниях, в роговице при язвенных кератитах, в костях при остеопорозе и болезни Педжета обнаружено увеличение коллагенолитической активности. При других заболеваниях (цирроз печени, склеродермия, остеопетроз, легочный фиброз и др.), напротив, отмечается недостаточность коллагенолиза, что может вести к фиброзу не в меньшей мере, чем усиленный синтез коллагена [Harris Е. D., Krane S. М., 1974; Perez-Ta - majo R., 1978]. Коллагеназа, действуя при рН 7—9 в присут­ствии ионов кальция, расщепляет молекулу нативного коллаге­на на два неравных фрагмента на расстоянии четверти длины молекулы от С-конца в области связи глицин — лейцин или глицин—изолейцин. Образующиеся термолабильные фрагмен­ты при температуре тела теряют спиральную конфигурацию и становятся доступными для действия неспецифических экзо – и эндопротеаз. Последние расщепляют связи в полярных областях молекулы, а в неполярных областях а-цепей расщепление после­довательностей «гли-про-х» осуществляется более специфичными ферментами, которые называются желатиназами. PZ-nen – тидазами или коллагенпептидазами [Weiss J. В., 1976]. Большое число работ посвящено регуляции коллагенолиза [Jeffret J. J., 1975; Werb Z. et al., 1975; Gross J., 1976; Birkedal - Hansen H. et al., 1976; Ohlsson K-, Ohlsson J., 1977]. Установ­лено, что коллагеназа вырабатывается в форме неактивного зимогена (проколлагеназы), которая отличается наличием «лишнего» пептида. Активация фермента происходит путем огра­ниченного протеолиза, т. е. отщепления части молекулы под влиянием лизосомных ферментов, нейтральной пептидазы или экзопептидаз. Кроме того, установлено, что активность колла – геназы ингибируется рядом сывороточных факторов, среди ко­торых главную роль играет аг-макроглобулин. Коллагенолиз регулируется, по-видимому, сочетанием следующих трех меха­низмов: 1) стимуляции синтеза коллагеназы в клетках гормо­нами, простагландинами, факторами, секретируемыми тучными клетками, лимфоцитами, эпителием и другими факторами, 2) активированием проколлагеназы и 3) ингибированием ак­тивной коллагеназы [Gross J., 1977; Perez-Tamajo R., 1978].

Выявление нами подобных фибрилл в склере при выраженной близорукости, возникновение которой связано с семейной пред­расположенностью, позволило высказать гипотезу о том, что у этих больных имеется локальная недостаточность проколлаген – пептидазы или другие молекулярные дефекты коллагена. Это приводит к недостаточности межмолекулярного скрепления и несовершенному фибриллогенезу в склере, вследствие чего кол­лагеновые образования оказываются нестойкими даже к фи­зиологическому механическому напряжению. Следствием этого являются описанные выше изменения в фибриллярной и во­локнистой структуре и патологическое растяжение склеры. Воз­можно, аналогичный генез имеет варикозное расширение вен и многие другие случаи «слабости» соединительной ткани. Этот вопрос заслуживает, безусловно, дальнейшего изучения. Следует указать еще на так называемые скрепляющие, или «якорные» (anchoring), фибриллы, обнаруженные в коже и слизистых оболочках в тесной ассоциации с базальной мемб­раной эпителия [Palade G. Е., Farquar М. G., 1965; Susi F. R. et al., 1967; Swanson J. L. et al., 1968; Brigaman R. A. et al., 1978; Heappy M. R., Winkelman R. K-, 1977]. Эти образования имеют вид тонких фибрилл толщиной 20—75 нм и длиной 250— 500 нм с нерегулярной (асимметричной) поперечной исчерчен – ностью. Каждая фибрилла в свою очередь состоит из плотно соединенных тонких филаментов диаметром около 2—4 нм. Эти фибриллы, дугообразно изгибаясь, вплетаются своими кисте­образными концами в базальную мембрану, а в образуемую ими петлю проходят типичные коллагеновые фибриллы. Такое устройство свидетельствует о том, что «якорные» фибриллы играют значительную роль во взаимоотношениях эпителия с соединительной тканью. Иногда фибриллы вплетаются в ба­зальную мембрану лишь одним концом.

Изложенные выше наблюдения заставляют думать, что в склере при высокой миопии, как и при болезни Дюпюитрена и других случаях, когда встречаются множественные «полоса­тые» нитевидные агрегаты, последние образуются в результате дезорганизации коллагеновых фибрилл. Однако это не исклю­чает того, что в опухолях, культуре фибробластов, вблизи нерв­ных образований и в ряде других случаев они все же могут быть следствием «дефектного» синтеза или фибриллогенеза. В склере при миопии была обнаружена еще одна необычная форма КФ, так называемые диспластические фибриллы . На поперечном сечении они имеют неровные, изрезан­ные, бухтообразные контуры, что соответствует глубоким про­дольным бороздам на их поверхности. С этим связано еще одно их название: бороздчатые (notches) фибриллы. Толщина бо­роздчатых фибрилл вариабельна, но средний диаметр их вдвое больше, чем у неизмененных коллагеновых фибрилл. На про­дольном сечении они, как правило, сохраняют периодичность 64 им, не всегда выраженную достаточно четко, форма этих фибрилл связана с тем, что входящие в их состав субфибриллы, как это видно на диагональном сечении , не пол­ностью агрегированы в правильный цилиндр, как в неизменен­ных коллагеновых фибриллах, в которых индивидуальные суб­фибриллы неразличимы.

Другая точка зрения сводится к тому, что описанные агрега­ты являются стадиями дезорганизации и лизиса коллагеновых волокон [Nemetsche К-, Gansler Н. et al., 1977]. Эти авторы обосновывают свое положение наличием последовательных ста­дий перехода интактных КФ в поперечно-полосатые нитевидные агрегаты, а затем в беспорядочные агрегаты нитей как в меж­клеточном веществе, так и во внутриклеточных фагоцитарных вакуолях при болезни Дюпюитрена. При этом происходит раз – волокнение коллагеновых фибрилл вплоть до первичных фила­ментов. Появление периодичности 90—100 нм авторы считают следствием одновременного воздействия на молекулу коллагена ферментов и механического напряжения. На значение механических факторов в возникновении «зебро – видных» агрегатов указывают также P. A. Pillai (1964), Sil – berberg et al. (1963), J. Gartner (1966). Следует отметить, что, кроме агрегатов с периодом 90 — 120 нм, имеется также описание нитевидных агрегатов с перио­дами 38 нм [Ramsey A. J., 1965], 27 нм [Sun С. N. et al., 1975] и нативным периодом 64—67 нм [Kobayasi Т., Asboe-Hansen G., 1972; Брагина Е. Е. и др., 1979]. В наших исследованиях разрушения коллагеновых структур при инволюции соединительной ткани и воспалении (см. раздел 2.2.7) нитевидные агрегаты не встречались. Распад коллагено­вых фибрилл имел другой характер, хотя разволокнение их отмечалось часто. Однако при изучении склеры больных с вы­сокой прогрессирующей миопией [Шехтер А. Б., Волколако - ва Р. Ю., 1979, 1980], для которой характерно значительное растяжение заднего отдела склеры, мы обнаружили ряд из­менений, напоминающих описанные выше. Как показали эти исследования, первой стадией дезинтеграции фибрилл, вызы­ваемой механическими факторами, можно считать выявление обычно маскированной спиральной конфигурации субфибрилл в фибрилле (рис. 39), что связано с разрывом водородных свя­зей между ними (см. раздел 2.2.3). Затем происходит «разво­рачивание» и дезагрегация фибрилл на субфибриллы толщиной до 14 нм. Между последними часто остаются «перемычки», по – видимому, протеогликановой природы и образуются структуры типа «веревочной лестницы», которые мы часто наблюдали в разных случаях патологии соединительной ткани (рис. 40, 41). В дальнейшем субфибриллы подвергаются зернистому распаду, но предварительно они могут образовывать «зебровидные агре­гаты» с периодичностью 64 нм . Это происходит за счет более слабого окрашивания светлых полос, вероятно, вследствие уменьшения концентрации групп, связывающих тя­желые металлы. В других конгломератах в результате набуха­ния и дезинтеграции коллагеновых фибрилл перестает выявлять­ся каждая вторая темная полоса и образуются агрегаты с пе­риодом 120—130 нм, близкие к CBFA (рис. 42).