Разновидностью структурных медиаторов
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.
Два главных вида
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
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.
В ТЭМ
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
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
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.
Основное свойство белка
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].
Молекулярный механизм
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.
В зрелых фибриллах
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
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.