Ткань живого организма, изучение, понятия профилактика заболеваний

Разновидностью структурных медиаторов можно считать так называемые матриксные везикулы — небольшие везикулы диа­метром 50—100 нм, образуемые плазмолеммой остеобластов, хондробластов, одонтобластов и недифференцированных мезен – химных клеток. По мнению Н. С. Slavkin и соавт. (1976), мат­риксные везикулы, помимо своей функции в остеогенезе, пе­реносят необходимую для развития эпителия информацию. г) Регуляция с помощью продуктов распада клеток и меж­клеточного матрикса. Этот тип ауторегуляции основан на об­ратных связях между разрушением и продукцией молекул и клеток как в физиологических условиях, так и при патологии. Еще A. Carrel и A. Ebeling (1922, 1929) выдвинули представ­ление о том, что при распаде тканей и клеток образуются ве­щества, названные ими трефонами, которые стимулируют рост фибробластов. В 30—50-е годы появилось большое количество работ, авторы которых показали, что продукты разрушения раз­личных тканей и клеток, экстракты и гомогенаты из свежих, автоклавированных и различным образом обработанных тканей обладают стимулирующим (реже ингибирующим) эффектом, в основном не тканевоспецифичным, на рост и интенсификацию функций различных клеточных систем (в том числе клеток сое­динительной ткани) и на заживление ран. Считалось, что про­дукты распада содержат определенные вещества, обозначенные авторами работ как некрогормоны, тканевые гормоны, цитопо – этины, десмоны, биогенные стимуляторы и др. Однако эти ве­щества не были химически идентифицированы и выделены в очищенном виде.

Следует выделить два главных вида медиаторов: локальные и циркулирующие. Первые секретируются клеткой в очень ма­лых количествах и эффект их действия ограничен местом син­теза и диффузией к ближайшим клеткам. Это связано с тем, что концентрация их быстро уменьшается по мере отдаления от клетки и соответственно ослабляется эффективность. К ним относятся производные арахидоновой кислоты (простагландин – тромбоксановая система), в которую, помимо простагландинов всех клеток соединительной ткани, входят тромбоксаны тром­боцитов и простациклины эндотелиальных клеток; кислые ли – зосомные протеазы и нейтральные протеиназы, в том числе коллагеназа и эластаза; ряд монокинов и лимфокинов, различ­ных факторов тучных клеток, фибробластов, полиморфноядер – ных лейкоцитов, тромбоцитов. К циркулирующим в крови медиаторам относятся прежде всего вещества фактора Хагемана, связанные с плазминовой, тромбиновой и калликреин-кининовыми системами плазмы, и система комплемента с ее многочисленными физиологически­ми функциями. К промежуточной группе относится гепарин, который, с одной стороны, является фактором антикоагулянтной системы, а с другой—-локальным клеточным медиатором (см. раздел 1.4.3); циркулирующие в крови вещества, выделяемые при воспалении полиморфноядерными лейкоцитами; некоторые монокины и лимфокины, имеющие большой радиус действия, например влияющих на дифференцировку и выброс клеток-пред­шественников из костного мозга (см. раздел 1.2.4). б) Контактная клеточная регуляция имеет место в тех слу­чаях, когда факторы, несущие информацию, не секретируются во внешнюю среду, а остаются связанными с наружной поверх­ностью клеток. Они «представляются» клеткам-мишеням путем воздействия на их поверхностные рецепторы только при непо­средственных межклеточных контактах. Важную роль при этом, вероятно, играет комплементарность и тропность экзомембран – ных пространств контактирующих клеток. Такой способ регу­ляции позволяет клеткам осуществлять целенаправленную и точную передачу информации, обходясь самой минимальной концентрацией эффекторных веществ. В одних случаях, по-ви – димому, имеется однонаправленное действие, а в других — обмен информацией, что и обусловливает ауторегуляцию системы.

Биохимические аспекты катаболизма эластина изучены еще недостаточно. Фермент, который специфически расщеплял эла­стин (эластаза или панкреатопептидаза Е), впервые был вы­делен из поджелудочной железы I. Balo и I. Banga в 1949 г. Хотя этот фермент обнаружен в экскрете железы и, следова­тельно, относится к пищеварительным ферментам, авторы вы­двинули концепцию о том, что эластаза принимает участие в метаболизме эластина и имеет отношение к механизмам старе­ния и патогенезу атеросклероза. В 1968 г. A. Janoff и J. Scherer сообщили о выделении эласта – зы, относящейся к классу нейтральных протеиназ, из нейтро – фильных лейкоцитов человека. Впоследствии она была обнару­жена в макрофагах [Werb Z, Gordon S, 1975] и тромбоцитах [Legrand D, Robert L, 1975]. Этот фермент отличается от пан­креатической эластазы отношением к ингибиторам, аминокис­лотным составом и характером расщепления молекулы эласти­на [Senior R. М. et al, 1977]. Эти авторы считают, что в пато­логии, особенно при эмфиземе легких, эластолиз обусловлен влиянием эластазы лейкоцитов и макрофагов, а не панкреати­ческого фермента. Лейкоцитарная эластаза не отличается вы­раженной субстратной специфичностью и расщепляет также про­теогликаны и гликопротеины, в том числе микрофибриллярный компонент. В последнее время были выделены два новых эла­столитических фермента из аорты и раковой опухоли молочной железы [HornebeCk W, Robert L, 1977], причем в первом слу­чае энзиматическая активность увеличивалась линейно со сте­пенью атеросклеротического поражения и экспоненциально с возрастом больных. Известно, что в старости процесс прогрессирующего образо­вания поперечных связей в эластине прекращается; последние могут даже разрушаться, подвергаясь воздействию окислитель­ных агентов [Мороз Ю. А., 1977]. Кроме того, вследствие от­ложения липидов и солей кальция эластин в старости и при атеросклерозе в большей степени подвергается разрушающему действию эластолитических ферментов, а также становится ме­нее эластичным, т. е. более чувствительным к механическим факторам [Robert L. et al, 1970; Gordon S. et al, 1974]. Это приводит к фрагментации эластических волокон и нарушению биомеханических свойств кожи, сосудов и других тканей.

Проведенное нами [Шехтер А. Б. и др, 1976, 1978; Нестай - ко Г. В, Шехтер А. Б, 1976] детальное изучение структуры коллагенэластического каркаса магистральной артерии у чело­века, собаки и быка с помощью ТЭМ – и СЭМ-микроокопии по­зволило получить новые данные и выявить некоторые основные принципы стереоультраструктуры стенки сосуда. Обнаруживае­мые в ТЭМ в виде лент эластические волокна в СЭМ представ­ляют собой цилиндрические или слегка сплюснутые образования с диаметром от 0,5 до 3 мкм и гладкой поверхностью. Как от­дельные волокна они обнаруживаются в интиме, адвентиции и в межмембранных промежутках медии. Эластический каркас медии в основном состоит из концентри­ческих мембран, но не непрерывных, а образованных дугооб­разными пластинками, соединяющимися между собой конец в конец и бок в бок (черепицеобразно), иногда через коллаге­новые волокна или отростки гладких мышц. При этом было выявлено упорядоченное волокнистое строение мембран (рис. 48), которые состоят из эластических волокон толщиной 1—3 мкм, тесно прилегающих друг к другу и ориентированных в одном направлений у человека под углом 30—45° к длинной оси сосуда, у животных — 75—90°, т. е. имеющих спиралевидный ход. Волокна, составляющие пластину, могут сливаться, образуя гомогенные пластины или трехслойные пластины, в которых волокна внешних слоев частично погружены в средний гомоген­ный слой (рис. 49). У быка и свиньи мембраны всегда волок­нистые, у человека и собаки — разных типов. Все это подчер­кивает принципиально важное положение о том, что эластиче­ская ткань имеет волокнистое строение даже в мембранах сосудистой стенки. Структурная гетерогенность мембран, по – видимому, отражает сложную биомеханику их сокращения. Выявлено также «расщепление» мембран и анастомозирова – ние их с выше – и нижележащими, как и соединение мембран с помощью отходящих от их поверхности отдельных эластиче­ских волокон. Все это объединяет эластический каркас стенки артерии в единую систему, реагирующую на импульс как одно целое. Эластические мембраны соединены оплетающими их тон­кими коллагеновыми волокнами, а также гладкими мышцами, которые имеют спиралевидную ориентацию, совпадающую с направлением эластических волокон, входящих в состав мембран. Подобная стереоультраструктура оптимальна, по нашему мнению, для главной функции средней оболочки — передачи пульсовой волны вдоль сосуда, так как она приводит к тому, что сокращение гладких мышц высказывает однонаправленное растяжение элементов эластических мембран и скольжение их относительно друг друга, но не отражается значительно на изменении расстояния между мембранами, т. е. предотвращает сужение просвета сосуда. Коллагеновые волокна при этом огра­ничивают степень натяжения эластических элементов и предох­раняют гладкие мышцы от перерастяжения. Такая структура в целом обеспечивает оптимальное сочетание эластичности и прочности сосудистой стенки.

Функциональное значение двухкомпонентной структуры эла­стического волокна еще не вполне ясно. Считают, что одной из функций микрофибрилл является морфогенетическая [Robert L., Robert В, 1974]. Многочисленные исследования установили, что у эмбриона в развивающихся аорте, связках, легких, коже сна­чала появляются пучки микрофибрилл. Пространство между ни­ми постепенно заполняется сливающимися глыбками аморфного матрикса, которое затем оттесняет микрофибриллы на перифе­рию эластического волокна и занимает более 90% объема [Haust М. D. et al., 1965; Greenle Т. К. et al., 1966; Kadar A. et al, 1969, 1973; Albert E. N, 1972; Fierer I. A. et al, 1977; Ross R. et al, 1977; Marsch W. et al. 1979]. Аналогичная кар­тина наблюдалась и при эластогенезе в опухолях молочной железы [Martinez-Hernandez A. et al, 1977]. Однако в условиях патологии может осуществляться и дру­гой путь формирования эластических волокон. При атероскле­розе ГМК, мигрирующие из медии в интиму, первоначально продуцируют материал, по структуре близкий к материалу ба – зальной мембраны, но разрушающийся эластазой [Katsuda Т, Kajikawa К, 1977]. Затем агрегаты этого материала, который, по мнению авторов, содержит предшественник эластина, окру­жаются микрофибриллами и формируются волокна. Аналогич­ную картину мы наблюдали при изучении эластогенеза в ре­генерирующей сосудистой стенке и при формировании неоинти­мы сосудистого протеза [Шехтер А. Б, 1971]. Вблизи наружных мембран ГМК скапливался мембраноподобный гранулярный материал; последний формировал глыбки, появлялись микро­фибриллы и затем типичные лентовидные волокна . В других участках наблюдался обычный путь: скопление микро­фибрилл и затем аморфного материала.

Вопрос о природе компонентов эластических волокон дли­тельное время подвергался обсуждению. В настоящее время установлено [Ross R, 1973], что аморфный компонент иденти­чен эластину, а микрофибриллярный образован гликопротеином, относящимся к классу структурных гликопротеинов (см. раздел 2.1.2). Это подтверждается отсутствием в изолированном R. Ross и P. Bornstein (1969) микрофибриллярном компоненте аминокислот, характерных для эластина (десмозинов) и для коллагена (оксипролина и оксилизина), наличием в нем боль­шого количества углеводных остатков и цистина, резистент­ностью микрофибрилл к действию эластазы и коллагеназы и, напротив, растворением под влиянием трипсина, хемотрипсина и пепсина <[kadar a. et al, 1971, 1977; bodley н. d, wood r. l, 1972]. доказательства этой точки зрения получены и в исследова­ниях патологически измененных эластических волокон. так, в аорте свиней при дефиците меди в пище [waissman i, car­ries w. н, 1967] и у больных синдромом менке, который также характеризуется дефицитом меди [oakes в. w. et al, 1976], у крыс, находящихся на латирогенной диете [keech м. к, 1960; наш к,- 1962], в биопсиях кожи больных эластической псев - доксантомой [ross r. et al, 1977] ив аорте больных с синдромом марфана [saruk м, sisenstein r, 1977] электронно-микроско - пически нашли резкое уменьшение концентрации аморфного компонента без изменения содержания микрофибрилл, что со­ответствует биохимически обнаруженному "в этих случаях на­рушению биосинтеза эластина.

Rucker R. В. et al., 1977]. Для того чтобы объяснить основное свойство белка — обратимую деформацию, были предложены различные модели его молекулярной организации. В основе «энтропической» модели, предложенной в 40-х годах [Lloyd D. J., Garrot М., 1948], лежат представления, согласно которым об­ратимая деформация эластина, подобно другим резиновоподоб – ным материалам, основана на наличии гомогенной сети беспо­рядочно ориентированных полимерных молекул, которые в расслабленном состоянии обладают значительной степенью ки­нетической «свободы». При натяжении упорядоченность такой структуры возрастает, что приводит к уменьшению степени «свободы» и стремлению к возрастанию энтропии, и это явля­ется причиной сокращения эластина при ослаблении физической нагрузки [Cosline J. М., 1978]. Эта модель в известной степени согласуется с данными рентгеноструктурного анализа и ядер­но-парамагнитного резонанса, а также с результатами термоди­намических и физико-химических исследований эластина по­следних лет ‘[Torchia D. A., Sullivan С. Е., 1977; Hoeve С. А., 1977].

Если молекулярный механизм коллагенолиза относительно ясен, то не решен еще окончательно вопрос о месте и способе действия коллагеназы на коллагеновые волокна. Так как во­локна представляют собой сложный комплекс коллагена, гли­копротеинов и протеогликанов, то, естественно, в их деграда­ции, кроме коллагеназы, должны участвовать и другие протео – и гликолитические ферменты. Действительно, в фибробластах, макрофагах и нейтрофильных лейкоцитах обнаружены нелизо – сомные нейтральные протеиназы, разрушающие протеогликаны и гликопротеины при тех же значениях рН, при которых дей­ствует коллагеназа [Werb Z., 1975; Werb Z., Gordon S., 1975; Ohlsson K. et al., 1975]. Оба этих фермента, по-видимому, од­новременно секретируются и межклеточную среду и содруже­ственно воздействуют на макромолекулярные агрегаты соеди­нительной ткани. Действительно, меченая антиколлагеназная сыворотка показывает наличие фермента в тесной связи с кол­лагеновыми волокнами в культуре фибробластов и в различных тканях [Reddick М. Е. et al., 1974; Montfort J., Perez-Tamajo R., 1975, 1978]. Предполагают, что коллагеназа накапливается в тканях в неактивном, связанном с волокнами состоянии и за­тем активируется [Vater С. A. et al., 1978]. Однако важную роль, по-видимому, играют и лизосомные ферменты, особенно катепсин Bi и так называемый коллагено – литический катепсин, способные атаковать спиральную часть молекулы при кислом рН, расщепляя ее сразу до низкомоле­кулярных пептидов [Burgleigh М. С. et al., 1974; Ethering - ton D. J. et al., 1977]. Катепсииы D и F атакуют только концевые неспиральные участки молекулы или отдельные а-цепи. Вероятно, катепсины основную роль играют при фагоцитозе и пиноцитозе коллаге­нов, хотя по иммуноморфологическим данным эти ферменты также способны к секреции в межклеточную среду [Poole А. К., 1975]. По данным P. Scott и Н. Pearson, катепсин D способен солюбилизировать около 10% нерастворимого коллагена.

Следует отметить, что и в зрелых фибриллах величина пе­риода не является постоянной: в различных образцах тканей, реже в одном образце, длина периода может колебаться от 55 до 72 нм, что составляет укорочение или удлинение Основного периода 64 нм на 14%. Иногда величина периода варьирует на 7—8 нм даже на протяжении одной фибриллы. По-видимому, это объясняется неравномерным сокращением фибрилл при фик­сации, обезвоживании и заливке тканей, но в ряде случаев может отражать и условия механического напряжения in vivo. По данным М. Н. Flint и соавт. (1977), при фиксации сухожи­лия и кожи в растянутом и расслабленном состоянии различие в средней величине периода составляло около 13%, что связы­вается авторами с конформационными изменениями в молекуле коллагена. G. С. Gillard и соавт. (1977) обнаружили, что пе­риод в растягивающейся области сухожилия в среднем на 13— 15% длиннее, чем в более ригидной области прикрепления к кости. Все это свидетельствует о том, что коллагеновые фиб­риллы не являются абсолютно жестким стержнем, а способны к определенной обратимой деформации, а следовательно, рас­тяжение плотных коллагенсодержащих тканей происходит не только за счет распрямления волнистых участков, что подтверж­дается и биомеханическими исследованиями этого процесса [Vi - dick А., 1973].

Приведенные выше данные литературы и результаты собст­венных исследований позволяют объяснить некоторые гистохи­мические особенности растущей соединительной ткани. Аргиро – филия «незрелых» коллагеновых волокон и их метахроматиче – ское окрашивание определяется богатством углеводных компонентов в межфибриллярном матриксе. По мере созрева­ния ткани протеогликаны частично разрушаются, частично свя­зываются КФ и перестают выявляться на уровне световой мик­роскопии. Фуксинофилия, напротив, усиливается вследствие бо­лее компактного расположения коллагеновых фибрилл и, следовательно, повышения в волокнах концентрации связываю­щего фуксин коллагена. По мнению R. Z. Lillie (1964), за та­кое связывание ответственны аминогруппы лизина и оксили – зина. Следует отметить, что гистохимические свойства KB in vitro также связаны с их структурой. В наших исследованиях было показано, что осаждение коллагена из раствора при добавлении хондроитинсульфата ведет к образованию сначала тонких воло­кон, для которых была характерна аргирофилия и метахромазия. Затем, по мере формирования из волоконец более толстых во­локон и пучков волокон, аргирофилия и метахромазия исчеза­ют, а фуксинофилия, ШИК-реакция, реакции на белковые ами­ногруппы, а также устойчивость их к коллагеназе и анизотропия в поляризованном свете усиливаются, что связано с упорядо­чением молекулярно-фибриллярной структуры волокон [Шех­тер А. Б., 1971]. Эти исследования указывают также на то, что самосборка, возможно, играет значительную роль не только при формировании фибрилл, но и на более высоких уровнях орга­низации коллагеновых структур.