Ткань живого организма, изучение, понятия профилактика заболеваний

Фагоцитарная функция фибробластов отличается от анало­гичной функции макрофагов тем, что является иммунонезави – симой из-за отсутствия на их поверхности рецепторов к им­муноглобулинам и комплементу ‘[Rabinovitsch М., 1970]. В то же время, на поверхности фибробластов обнаружены специфи­ческие рецепторы к коллагену [Postlethwaite А. Е. et al., 1978]. Все это позволяет предполагать, что возникновение в межкле­точном пространстве «дефектного» коллагена (или фибрилл), избыточных или функционально инертных коллагеновых воло­кон «опознается» фибробластами и служит сигналом к фаго­цитозу. Резорбция фиброкластами нативного коллагена проис­ходит в основном при полной или частичной инволюции соеди­нительной ткани или ее ремоделировании, происходящих без воспаления. Возможные механизмы коллагенолиза представле­ны на рис. 46. Только при весьма интенсивном и быстром кол – лагенолизе, например в послеродовой матке, вслед за клеточной резорбцией включается и внеклеточный лизис, обусловленный разрушением части фиброкластов и обогащением среды лизо – сомными ферментами. При этом часть КФ гомогенизируется, теряет исчерченность и подвергается распаду. Следует отметить, что в коллагенолизе определенное уча­стие принимают и другие клетки кроме перечисленных. В ус­ловиях воспаления, травмы, перестройки и инволюции соеди­нительной ткани отмечается заметная реакция тучных клеток, одной из функций которых является выработка стимулирующих факторов для усиления коллагенолиза i[Taylor А. С., 1971; Gross J., 1976), а также лимфоидных клеток, продуцирующих лимфокины, также усиливающих продукцию коллагеназы дру­гими клетками [Wahl L. М. et al., 1975; Pantalone R., Page R. C., 1977]. Как мы уже указывали, обнаружена коллагеназная ак­тивность и в тромбоцитах. Коллагеназа эозинофилов, появля­ющихся во время перестройки рубца, по мнению Е. G. Basset и соавт. (1977), может играть роль в подготовке коллагеновых фибрилл к их последующей резорбции фибробластами. Все это свидетельствует о том, что катаболизм коллагена обеспечивается и регулируется всеми клеточными элементами соединительной ткани, а в ряде случаев и эпителием, причем каждая из клеток играет особую роль, а степень их участия меняется в зависимости от сущности физиологического или па­тологического процесса (схема 2). В обычных условиях в зре­лом организме существует динамическое равновесие между биосинтезом и катаболизмом коллагена, причем оба противо­положно направленных процесса осуществляются фибробласта­ми. При росте соединительной ткани преобладает синтез, при инволюции — фиброклазия, а ремоделяция ткани сопровожда­ется интенсификацией обоих процессов. В этой связи особую важность приобретает изучение факторов, регулирующих аль­тернативные функции фибробластов, а в более широком пла­не— развитие, перестройку и инволюцию соединительной ткани (см. главу 5). В частности, нет сомнения в том, что вызванные различными причинами нарушения динамического равновесия между биосинтезом и катаболизмом коллагена лежат в основе многих патологических процессов в соединительной ткани.

Весьма важным представляется, что при самом тщательном анализе мы не обнаружили достоверных признаков фагоцитоза периодичных коллагеновых фибрилл макрофагами. Единичные полости, содержащие фибриллы, вероятно, являются артефак­том, так как они выглядят внутриклеточными только в танген­циальном срезе глубоких инвагинатов межклеточного вещества в клетку. Типичные же фагоцитарные вакуоли и фаголизосомы с коллагеновыми фибриллами в макрофагах отсутствуют. Од­нако это не означает, что макрофаги не принимают участия в резорбции коллагена. При остром воспалении, а также в первые дни после нанесе­ния раны вблизи макрофагов и нейтрофильных лейкоцитов на­блюдалась интенсивная внеклеточная деструкция коллагеновых волокон. Гистологически при этом отмечались набухание и пикринофилия коллагеновых волокон и пучков, затем их фраг­ментация и лизис. Ультраструктур но имела место дезинтеграция коллагеновых фибрилл с потерей ими поперечной исчерченности и распадом до зернистых масс (рис. 45). Реже этому предшест­вовало разволокнение фибрилл на субфибриллы. Подобный дезинтегрированный материал активно поглощался макрофага­ми. В пространствах между выростами макрофагов были видны отдельные коллагеновые фибриллы, но в фагосомах их уже не было. Следует отметить, что так же макрофаги фагоцитируют и пиноцитируют коллаген, введенный в брюшную полость, имплантированный под кожу или нанесенный на раневую по­верхность (см. раздел. 5.2), а также коллагеновую подложку или фибриллярный коллагеновый гель, на которых растет куль­тура клеток костного мозга. Приведенные данные свидетельствуют о том, что имеются существенные отличия в коллагенолитической функции различных клеточных элементов. Полиморфно-ядерные лейкоциты вы­зывают только внеклеточный лизис коллагена благодаря секре­ции коллагеназы, катепсина Bi и ферментов, разрушающих це­ментирующую субстанцию коллагеновых волокон. Особенно обо­гащается межклеточное вещество этими ферментами при раз­рушении лейкоцитов при остром воспалении. В инволюции и ремоделяции эти клетки практически не принимают участия, с чем, возможно, связано слабое действие лейкоцитарной кол­лагеназы на коллаген III типа. Макрофаги также вызывают внеклеточную деструкцию коллагеновых фибрилл путем секре­ции тех же ферментов и выброса лизосомальных гранул, а за­тем фагоцитируют и пиноцитируют разрушенный материал, за­канчивая полное расщепление молекул коллагена. Роль макро­фагов в основном проявляется в «очищении» ткани при остром и хроническом воспалении, при резорбции некротизированной ткани.

Результаты этих исследований согласуются с данными ряда зарубежных авторов, показавших фибробластическую природу клеток, резорбирующих коллаген в каррагениновой гранулеме [Perez-Tamajo R., 1970], в суставах при экспериментальном артрите [Cullen J. С., 1972], в десне и периодонте при проре­зывании зубов [Ten Cate A. R. et al., 1972; Garant P. R., 1976; Beirtsen W., 1977], в заживающих кожных ранах [Ten Cate A. R. et al., 1974, 1975; Uzunian A., 1979], при перестройке тра – хеального хряща [Yajima Т., 1976], в сердечных клапанах [Renteria V. G. et al., 1976], при болезни Дюпюитрена (Ne-metscher-Gansler H. et al., 1977], в матке после родов [Okamu - га Н. et al., 1976] и при менструальном цикле [Dyer R. F., Peppier R. D., 1977]. В работе J. Staubesand (1977) показано наличие фиброклазии ГМК артерий и мочеточника при их пе­ревязке, а также в варикозных венах и артериях при диабети­ческом артериосклерозе. Выявлено электронно-гистохимически наличие кислой фосфатазы в фаголизосомах с КФ, в то время как в фагосомах выявлялась щелочная фосфатаза [Ten Ca­te A. R„ Syrby S., 1974; Ten Cate A. R., Deporter D. А., 1975; Garant P. R., 1976; Yajiina Т., 1976], что свидетельствует против точки зрения ряда исследователей, рассматривающих вакуоли с коллагеновыми фибриллами как свидетельство внутриклеточ­ного фибриллогенеза [Welsh R. А., 1966; Carlson Е. С. 1973; Dearden L. С., 1975].

Чувствительность коллагенов I типа к коллагеназам из всех источников в 5 раз выше, чем у коллагенов II типа, в то время как катепсин Bi действует прямо противоположно [Burg­leigh М. С. et al, 1974; Weiss J. В., 1976]. Последний, по-види – мому, играет значительную роль в деградации хряща, особенно при артритах и артрозах. Коллагеназа полиморфно-ядерных лейкоцитов значительно сильнее (в 15 раз) действует на кол­лаген I типа, чем на коллаген III типа, и у коллагеназы из фибробластов и макрофагов такая избирательность отсутствует [Horwitz A. L. et al., 1977]. В то же время коллаген III типа в отличие от всех других расщепляется трипсином или трипси – ноподобными ферментами [Miller Е. J. et al., 1976]. Эти данные свидетельствуют о том, что не только синтез, но и протеолиз Кл различными клетками может играть роль в регуляции ти­пового состава коллагена при воспалении, регенерации и дру­гих ситуациях. Структурные аспекты катаболизма Кл в норме и патологии изучены значительно меньше, чем биохимические. Ряд важней­ших вопросов остается еще не ясным или дискуссионным. Это относится прежде всего к роли различных клеточных элементов в резорбции коллагена и их типовой принадлежности, соотно­шению внутри – и внеклеточного коллагенолиза и ультраструк­турному механизму резорбции коллагена. В то же время раз­работка этой проблемы чрезвычайно важна для решения ряда важных проблем патологии соединительной ткани: коллагено­вых болезней, костной патологии, обратимости хронических вос­палительных и склеротических изменений внутренних органов, заживления ран, формирования келоидных рубцов, спаек и др. G. Ususi и J. Gross (1965), одни из первых изучившие уль­траструктурные механизмы резорбции коллагена при метамор­фозе амфибий, выявили в мезенхимальных клетках фагоцитар­ные вакуоли, содержавшие КФ с характерной периодичностью. Авторы назвали эти клетки «фиброкластами», отнеся их к мак – рофагальным элементам. S. A. Luse и R. Hutton (1964), обна­ружив подобные клетки в матке крыс при послеродовой инво­люции, высказали предположение об их фибробластической природе, однако другие авторы [Parakkal P. F., 1969; Вгап - des D., Anton Е., 1969] на основании богатства цитоплазмы лизосомами и фагоцитарными вакуолями отнесли их к макро­фагам. R. A. Welsh (1966), показавший наличие подобных ва­куолей в фибробластах соединительнотканных опухолей, считал этот феномен результатом внутриклеточного формирования фиб­рилл при задержке секреции коллагена. Эти три точки зрения можно встретить и в современной литературе.

Известно, что коллагеновые фибриллы в физиологических ус­ловиях (нейтральный рН, температура ниже 37 °С) устойчивы к действию как экзопептидаз (трипсина, пепсина, папаина и др.), так и клеточных лизосомных и нелизосомных эндопеп – тидаз, способных разрушать только денатурированный колла­ген [Weiss I. В., 1976]. Бактериальная коллагеназа, выделяемая из культуры клостридий и расщепляющая молекулу коллагена на множество фрагментов в области специфической последова­тельности «гли-про-х», не имеет отношения к катаболизму кол­лагена в организме, если не считать анаэробную инфекцию в ране. Длительное время не могли обнаружить в организме спе­цифические коллагенолитические ферменты, что явилось осно­ванием к различным спекуляциям о механизмах катаболизма коллагена, которые сейчас представляют лишь исторический ин­терес.Новый этап в этой проблеме был начат после работы J. Gross и О. М. Lapiere (1962), которые выделили из хвоста головасти­ков во время метаморфоза фермент, обладающий способностью расщеплять молекулу коллагена в физиологических условиях. Это вызвало большое число работ, посвященных выделению тканевой коллагеназы (точнее, целой группы ферментов) из различных тканей и изучению механизма их действия. Резуль­таты этих исследований частично были суммированы в обзорах [Инсарова И. Д. и соавт., 1979; Nordwig А., 1971; Harris Е. D., Krane S. М., 1974; Weiss I. В., 1976; Gross I., 1976, 1977; Pe­rez - Tamayo R., 1978]. Коллагенолитические ферменты выделены к настоящему вре­мени из многих тканей: кожи, кости, хряща, роговицы, десны, периодонта, синовиальной оболочки, желудка, почек, матки, пе­чени. Они обнаружены в эпителиальных клетках печени, десны и эпидермиса, но главным образом в мезенхимальных клетках: полиморфно-ядерных лейкоцитах, эозинофилах, макрофагах, фибробластах, остеобластах, синовиоцитах [Donoff R. F. et al., 1971; Lazarus G. S„ 1973; Werb Z„ Reynolds J. J., 1975; Werb Z„ Gordon S., 1975; Gross J., 1976]. Коллагеназа обнаружена также в тромбоцитах [Harper Е. et al., 1975]. Коллагенолитическая активность увеличивается в условиях патологии: в опухолях, заживающих ранах, при воспалении.

Одной из форм подобных фибрилл являются так называемые симметричные фибриллы, обнаруженные R. R. Bruns (1969) вблизи базальных мембран кожи амфибий. В последнее время «симметричные» образцы скрепляющих фибрилл были обнару­жены в легких у больных с фиброзирующими процессами [Ка - wanami G. et al., 1978]. Эти фибриллы имели длину 400—600 нм, диаметр 20—60 нм и скрепляли базальные мембраны метапла-зирующего многослойного альвеолярного эпителия. В нормаль­ных легких они не обнаруживались. «Симметричные» фибриллы обнаружены также в слизистой оболочке десны человека при периодонтите [Takazada Н. et al., 1974] и шейки матки у че­ловека [Laquens R., 1972]. Природа «скрепляющих» фибрилл еще недостаточно ясна. R. A. Brigaman и С. С. Wheeler (1975) показали, что они раз­рушаются коллагеназой и играют определенную роль в пато­генезе ряда эпидермальных поражений. Следует отметить, что различные образцы «симметричных» фибрилл были обнаружены в стекловидном теле, содержащем коллаген или «витрозин» [Olsen В. R., 1965], а также в дентине зуба [Weinstock М., 1977], хотя они не были полностью подобны скрепляющим фибриллам. Все это говорит о коллагеновой природе этих фиб­рилл, а специфические особенности поперечной исчерченности могут объясняться антипараллельной упаковкой молекул кол­лагена в фибрилле [Bruns R. R., 1976]. 227 Катаболизм коллагена и фиброклазия. Представление о коллагене как об инертном белке с очень низкой скоростью обмена в настоящее время пересмотрено. Выяснено, что кол­лаген — активно обновляющийся белок, причем уровень его обмена значительно варьирует в зависимости от вида животно­го, типа ткани, возраста, условий питания и патологии [Ники­тин В. Н. и др., 1977]. Активность метаболизма коллагена оп­ределяется уровнями биосинтеза и катаболизма этого белка, которые во взрослом организме находятся в динамическом рав­новесии. Механизмы катаболизма коллагена в последние годы подверглись такому же интенсивному изучению, как биосинтез, хотя ряд вопросов еще окончательно не изучен.

Долгое время продолжалась дискуссия о том, идентичен ли ретикулин коллагену или является особым белком. Уже в ран­них работах была выявлена близость аминокислотного состава коллагена и ретикулина. Отличия заключались в основном в содержании углеводов (более 4% вместо 0,5%) и липидов [Windrum G. et al., 1955]. Электронная микроскопия показала, что РВ состоят из тонких коллагеновых фибрилл диаметром 15—50 нм с типичной периодичностью 64—67 нм, которые за­ключены в аморфный матрикс [Орловская Г. В. и др., 1959; Bai - rati A. et al., 1964; Galindo В., Freeman J., 1963; Snodgrass M„ 1977]. Фибриллы рыхло расположены в волокне и контрасти – руются часто слабее, чем в типичных коллагеновых волокнах, вследствие чего на поперечных срезах они могут выглядеть электронно-светлыми на более темном фоне матрикса. В части фибрилл поперечная исчерченность плохо выявляется. Кроме того, РВ, определяемым при световой микроскопии, на элек – тронограммах могут соответствовать пучки микрофибрилл тол­щиной 5—7 нм каждая, а в эпителиальных органах и опухолях еще и базальные мембраны или мембраноподобный грануляр­ный материал в узких межклеточных пространствах [Mata - kas F. et al., 1972]. Все это свидетельствует об ультраструк­турной гетерогенности волокнистых образований, объединенных лишь на основании признака аргирофильности. Предположение о том, что свойство аргирофилии, как и дру­гие гистохимические особенности ретикулярных волокон, обус­ловлены матриксом [Орловская Г. В. и др., 1959; Velican К-, Velican D., 1968; Puchtler H„ Waldrop F. S„ 1978], было под­тверждено ультраструктурным изучением волокон, импрегни – рованных аммиачным серебром [Snodgrass М., 1977]. Выра­женное отложение гранул серебра отмечалось только в матрик – се ретикулярных волокон (в селезенке и лимфатических узлах больше, чем в печени). В фибриллах были видны лишь немно­гочисленные мелкие гранулы. В настоящее время практически уже нет сомнения в том, что ретикулин как индивидуальный белок не существует. РВ явля­ется двухкомпонентной системой, состоящей из фибриллярного коллагена III типа (см. раздел 2.2.1) и аморфного матрикса. Последний представлен гликопротеином, выделенным из стро – мы коркового слоя почки М. Pras и L. Е. Glynn (1973) и со­держащим около 4% нейтральных углеводов — галактозу и маннозу. Очищенный гликопротеин отличался резко выражен­ной аргирофилией и не окрашивался фуксином.

Одним из практических выводов из приведенной гипотезы является то, что специализированные ткани производятся толь­ко специализированными клетками. Следовательно, в условиях регенераций, например при заживлении ран, неспециализиро­ванные фибробласты или их предшественники, мигрирующие в дефект из крови или других тканей, не могут обеспечить спе­цифическое строение новообразованной ткани и формируют в большинстве случаев рубец. С этой точки зрения воздействия на репаративный процесс должны быть направлены на создание условий, обеспечивающих преимущественный вклад специали­зированных клеток в регенерацию ткани, или поиски факторов, влияющих на дифференцировку клеток в специализированные формы. 225 Ретикулярные и аргирофильиые волокна. Кроме типич­ных коллагеновых волокон, в соединительной ткани (строме) ряда органов (лимфатические узлы и селезенка, легкие, сосуды, сосочковый слой дермы, слизистые оболочки, печень, почки, поджелудочная железа и др.) встречаются другие волокна, впер­вые обозначенные С. Купфером (1876) как ретикулярные. В оте­чественной литературе более принят термин «ретикулиновые волокна», так как считалось, что в их основе лежит особый белок — ретикулин. Ретикулярные волокна отличаются от KB меньшей толщиной, ветвистостью и анастомозированием с об­разованием сети волокон, особенно в лимфатических узлах и селезенке, что и обусловило их название. Главной особенностью ретикулярных волокон является аргирофилия, т. е. способность импрегнироваться серебром, и отсутствие фуксинофилии при окраске по Ван-Гизону; они дают также более интенсивную ШИК-реакцию и анизотропию в поляризованном свете.

Этот феномен требует объяснения, так как в ТЭМ, как пра­вило, края продольных срезов коллагеновых фибрилл неволни­сты, как можно было бы ожидать, если учитывать наружную гофрированность. Можно предположить несколько возможных причин такого несоответствия: 1) различную степень сокраще­ния коллагеновых фибрилл при подготовке тканей к ТЭМ, СЭМ Рис. 37. СЭГ соединительной тканн склеры. Видны коллагеновые волокна (KB), состоящие из спиралевидно скрученных фибрилл. Между волокнами неориентированная сеть фибрилл (КФ). X»uw-и снятии реплики; 2) отложение напыленных металлов преиму­щественно над той полосой периода, над которой больше кон­центрация заряженных групп; 3) спиралевидное «скручение» фибриллы с шагом, равным основному периоду; 4) маскирова­ние гофрированности в ТЭМ протеогликановым «чехлом» фиб­риллы. Требуются дальнейшие исследования в этом направле­нии, однако нельзя исключить, что феномен гофрированности имеет определенное отношение к возможности обратимого удли­нения и сокращения коллагеновых фибрилл, о которой мы пи­сали выше. Одним из важнейших принципов строения соединительной ткани на тканевом уровне организации, подтверждаемым СЭМ, является соответствие архитектоники функциональным особен­ностям ткани, прежде всего механической функции. Известно, что такие биомеханические свойства, как прочность на разрыв и модуль Юнга в отдельных коллагеновых волокнах, выделенных из разных тканей, различаются незначительно [Александер Р., 1970]. Следовательно, главной причиной механических разли­чий являются разные геометрические способы укладки волокон и пучков, т. е. архитектура тканей, а также характер взаимо­действия коллагена и других компонентов. Основным фактором, определяющим архитектонику волокон, являются сила и топо­графическое распределение действующих на ткань нагрузок. Так, в сухожилиях и связках, которые испытывают в основном растягивающие нагрузки, фибриллы, волокна и пучки волокон первого и второго порядка расположены в основном параллель­но длинной оси сухожилия. Исследование в СЭМ обнаруживает волнистость пучков нерастянутого сухожилия [Hunter J. A., Fin­ley J. В., 1973]. Первый этап растяжения происходит за счет сглаживания волнистости, а второй — за счет удлинения самих волокон и фибрилл [Vidik А., 1973]. В коже коллагеновые об­разования распределены в виде компактной сети дугообразных волокон и пучков, переплетающихся между собой . Сложная архитектоника этой сети определяется локальным рас­пределением механических напряжений: она меняется в зави­симости от направления лангеровских линий наименьшей рас­тяжимости, глубины и расположения в разных участках кожного покрова. Е. В. Виноградова и И. Н. Михайлов (1978) различают пластообразный, ромбовидный, сложно-петлистый и смешанные типы плетения волокон дермы. В суставном хряще обнаружено аркадное строение волокон [Clark A. R., 1971; Павлова М. Н., 1979]. Характерное переплетение дугообразных пучков с обра­зованием ячеистой сети описано в клапанах сердца [Крым­ский Л. Д. и др., 1975]. В адвентиции крупных сосудов нами обнаружена пластинчатая структура коллагеновых образований, что соответствует ее функции сопротивления растягиванию стен­ки сосуда (см. раздел 2.3.3). Та же закономерность, как пока­зали наши исследования совместно с Р. Ю. Волколаковой [Шехтер А. Б. и др., 1980], наблюдается в склере глаз че­ловека.

Основные материалы для объемной реконструкции соедини­тельнотканных структур были получены из данных световой микроскопии и трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ). В последнее десятилетие к этому прибавились возмож­ности сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), позво­ляющего непосредственно наблюдать трехмерную объемную структуру тканей и органов. Объектом подобного изучения ста­ла соединительная ткань кожи [Шехтер А. Б., Берченко Г. Н., 1976; Сагг К. Е„ 1970; Brown J. А., 1972; Hunter J. A., Fin - ley J. В., 1973; Sommerland В. С., Creasly J. M., 1975; Kemb - le J. V., 1976], сухожилий [Hunter J. A., Finley J. В., 1973; Finley J. В., Steven F. S., 1973], клапанов сердца [Крым­ский JI. Д. и др., 1975], кости [Jones S. et al., 1975], грануляци­онной и рубцовой ткани [Арутюнов В. Д. и др., 1975; Шех­тер А. Б., Берченко Г. Н., 1976; Кругликов И. Г. и др., 1977; Берченко Г. Н„ 1978; Hunter J. A., Finley J. В., 1973; 1976; Kischer С. W., Shetlar M. R., 1974; Kemble J. V., 1976; Knapp T. R„ 1977]. В наших исследованиях [Шехтер А. Б. и др., 1975, 1976, 1977] с помощью СЭМ была изучена объемная ультраструкту­ра кожи, сосудов, сосудистых протезов, склеры, грануляционной ткани ран и рубца (рис. 35, 36, 37). Используя такие ферменты, как трипсин, а-амилазу, гиалу – ронидазу и прототерризин, нам удалось значительно лучше вы­явить фибриллярное строение волокон кожи и дру­гих объектов. КФ диаметром 50 — 120 нм имеют на поверхности периодично чередующиеся утолщения, придающие им вид гоф­рированного цилиндра. Расстояние между гофрами равно 60— 70 нм, что полностью соответствует основному периоду колла­геновых фибрилл, видимому в ТЭМ. Подобная гофрированность не является артефактом, так как ее обнаруживают при исполь­зовании метода «реплик», при котором поверхность ткани на­пыляется углеродом или тяжелыми металлами, и снятый отпе­чаток («реплика») просматривается в ТЭМ [Zelickson A. S., 1967], а также при использовании метода замораживания — травления [Reed R., 1973].