Сполучна тканина (будова, функції, метаболізм)

Сполучна тканина (СТ) будь-якої локалізації складається з клітинних елементів і міжклітинного матриксу. Серед клітин СТ найбільш важливими є власні сполучнотканині - фібробласти і такі їх спеціалізовані разновидності, як хондробласти, остеобласти, синовіоцити, а також хмаркові клітини (лаброцити). Крім того, виявляються приходячі з крові клітини - макрофаги і лімфоцити. У свою чергу міжклітинний матрикс, що значно перевершує кількісно клітинну масу, включає колагенові, подібні з ними ретикулярні та еластичні волокна і основну речовину, яка складається з різних протеогліканів (ПГ). Така будова СТ дозволяє зрозуміти різноманіття її функцій в організмі - механічної (опорною), трофічної, пластичної (репаратиної) і захисної.

Опорна функція пов'язана з тим, що СТ складає скелет, зовнішні покриви (шкіру) і інтерстицій (каркас) всіх органів і тканин. Основу механічної функції СТ визначають міцні колагенові волокна, концентрація, щільність та архітектоніка, яких забезпечують стійкість до навантаження.

Важливе значення для підтримки гомеостазу має трофічна (метаболічна) функція, пов'язана в першу чергу з клітинними елементами і протеогліканами. Так, фибробласти, що є головною фабрикою синтезу колагенового білка (колагену), також синтезують ліпіди, простагландини, циклічні нуклеотиди. Хмаркові клітини регулюють проникливість капілярів. Макрофаги, крім фагоцитозу, продукують монокіни, беручи участь таким чином в імунному процесі. Протеоглікани в свою чергу регулюють водний обмін, транспорт метаболітів у тканинах.

Захисну (бар'єрну) функцію виконують, з одного боку, шкірні покриви, серозні оболонки і капсули внутрішніх органів, безпосередньо захищаючи їх від пошкоджень (як і організм в цілому), з іншого боку, численні клітини сполучної тканини гістіоцити (макрофаги) і «прийшлі» (лімфоцити, плазмоцити), які здійснюють імунологічний захист организму.

І, нарешті, репаративна функція СТ полягає в ліквідації дефектів тканини, що виникають в результаті травми, запалення, порушення циркуляції та ін. Слід підкреслити, що в реалізації кожної з цих функцій беруть участь всі компоненти сполучної тканини. У цьому відношенні СТ-уявляє з себе класичний приклад функціональної системи, всі елементи якої перебувають у взаємозв'язку і взаємозалежності, тому будь-яке порушення в структурній системі, що виникає при патологічному процесі, призводить до зміни функціональної активності СТ в цілому.

СТ являє собою єдину систему незалежно від локалізації і спеціалізації. Всі сполучнотканині клітині елементи - похідні мезодерми, всі вони наділені здібністю синтезувати волокнисті структури і ПГ основної речовини. Існуючі ж різновиди СТ розрізняються співвідношенням перерахованих вище компонентів, що визначаються в першу чергу функцією органу і структурою, яку СТ утворює.

Суттєвою складовою частиною СТ є клітини. У кількісному відношенні і за своїм функціональним значенням на першому місці стоять фібробласти і їх спеціалізовані форми - хондробласти, остеобласти, кератобласти, синовіоцити та ін. Фібробласти здійснюють біосинтез колагену - білка, з якого в подальшому вже позаклітинно форнормуються колагенові волокна. При ССД надлишкова продукція фібробластами колагену призводить до нестримного розвитку фіброзу в першу чергу в шкірі, в якій зосереджені майже половина всього колагенового білка.

Хмаркові клітини розташовані переважно у пухкій СТ, периваскулярно. Головною функцією хмаркових клітин є продукція гепарину - одного з біохімічних типів глікозаміногліканів (ГАГ). При дегрануляції хмаркових клітин, крім гепарину, викидаються фізіологічно активні речовини, в першу чергу гістамін, а також простагландини, еозинофільний хематоксичний фактор та інші медіатори запалення. Вибіркова активація всіх цих речовин спостерігається при запаленні, включаючи і характерне для багатьох хвороб СТ «імунне запалення». Участь хмаркових клітин в метаболічних процесах в СТ пов'язана з продукцією ними протеолітичних ферментів, калікреїну.

Макрофагам (гістіоцитам) притаманна здатність поглинати і перетравлювати чужорідний для організму матеріал, що визначає захисну і метаболічну функції. Вони відіграють важливу роль в природному і специфічному імунітеті, запаленні, регенерації. Макрофаги є клітинами, секретуючими в позаклітинне середовище монокіні, лізоцим та інтерферон, спрямовані на боротьбу з бактеріальною та вірусною інфекцією, а також фактори взаємодії з лімфоцитами (інтерлейкіни), декілька компонентів комплементу, простагландини та циклічні нуклеотиди. Але особливо велика роль макрофагів у кооперативній з Т- і В-лімфоцитами імунній відповіді і в розвитку аутоімунітету при порушенні цієї кооперації.

Перераховані вище клітини СТ поряд з волокнами оточені основною речовиною, головними компонентами якого є ПГ, що складаються з полісахаридів і білка. Ці структурні макромолекули утворюють основну речовину СТ. ПГ відірають важливу роль у функціонуванні СТ, підтримуючи рівень гідратації, сприяючи організації колагенових волокон, контролюючи антикоагулянтні і дифузійно-бар'єрні її особливості. Саме ПГ визначають в’язко-еластічні властивості СТ, особливо тих структур, які піддаються механічним навантаженням, наприклад, хрящів суглобів. Не дивно, що хрящі дуже багаті ПГ, і зміна в функціонуванні цих макромолекул виявляється вже на ранніх етапах розвитку остеоартрозу і, можливо, артритів.

Полісахаридні ланцюги ПГ називають глікозаміногліканами (ГАГ) ,найважливіші з яких - гіалуронова кислота і сульфатовані ГАГ (табл. 1).

Всі ГАГ у нормі існують тільки у формі протеогліканів. Кожен орган характеризується певним вмістом ГАГ та їх співвідношенням. Відзначаються виразно виражені вікові зміни в ГАГ. ПГ, які входять до складу основної речовини, обумовлюють багато в чому його морфологічні та функціональні властивості.

Таблиця 1.

Типи глікозаміногліканів (ГАГ) та їх тканинна локалізація

ГАГ	Локалізація
Гіалуронова кислота	Практично по всій СТ. Хрящ, шкіра, кістки, рогівка.
Хондроітин-4-сульфат	Хрящ, шкіра, аорта, пульпозне ядро.
Хондроітин-6-сульфат Дерматансульфат	Шкіра, зв'язки і сухожилля, клапани серця, стінки кровоносних судин.
Гепарансульфат,	Легкі, артерії, клітинні мембрани.
Гепарин,	Хмаркові клітини (легені, шкіра, печінка, кишечник).
Кератансульфат	Кісткові тканини, рогівка, хрящ.

Важливу роль в організмі відіграє гіалуронова кислота - основна речовина, яка визначає проникність тканинних мембран. Деполімерізуючись під впливом гіалуронідази, вона втрачає гідратаційну здатність і в'язкість, внаслідок чого підвищуєся судинна і тканинна проникність, послаблюється бар'єрна функція СТ. Гіалуронідаза гальмує інгібітори, одним з яких є гепарин, що впливає на систему гіалуронідаза - гіалуронова кислота. Оскільки перелічені речовини відіграють важливу роль в обміні СТ, їх полімеризація або деполімеризація не може не відбиватися на її структурі та функції, зокрема при РХ. При цьому необхідно підкреслити, що гіалуронова кислота - найважливіший полісахаридний компонент синовіальної рідини і організуючий елемент хряща.

Серед інших білків СТ в останні роки особлива увага приділяється фібронектину, який в значній кількості виявляється в СТ на поверхні клітин і в міжклітинному матриксі. Фібронектин забезпечує взаємодію клітин, переважно фібробластів з фібрилярними структурами, що, мабуть, є чинником підвищення метаболічної активності клітини, її проліферації і, можливо, диференціації. Фібронектин збільшує контакт з мітогеном, забезпечує транспорт поживних речовин, необхідних для метаболічної активності СТ. Відзначається істотне підвищення вмісту фібронектину при РА в синовіальній оболонці, особливо при формуванні паннуса, і в синовіальній рідині, що свідчить про його роль у розвитку надлишкового фіброзувания та хронізації запалення при цьому захворюванні.

Основну масу волокнистих структур міжклітинного матриксу складають колагенові волокна, які мають як опорну, так і обмінну функцію. Фібробласти секретують проколаген, а колагенові волокна формуються вже у позаклітинному просторі поблизу поверхні фібробласта, оскільки проколагенпептідаза, необхiдна для цього процесу, знаходиться позаклітино.

Колагенові волокна складаються з паралельно розташованих фібрил товщиною 50-100 нм, пов'язаних між собою цементуючою речовиною. Під електронним мікроскопом і при рентгеноструктурному аналізі колагенових фібрил виявляється поперечна смугастість з періодом повторюваності 64-70 нм. Ці поперечні зв'язки, що утворюються на останньому етапі дозрівання колагенового волокна, надають їм додаткову міцність. Кількість і тип поперечних зв'язків в колагенових волокнах залежать від функції та віку тканини.

В даний час виділяють 10 генетично різних типів колагенових білків, що відрізняються один від одного амінокислотним складом, хімічною структурою α-ланцюгів і їх набором в молекулах, які синтезуються різними клітинами. Так, похідними фібробластів є колагенові молекули I, III і VI тип, хондробласти, стимулюючі другий тип колагенового білка, а хондроцити - VIІІ, IX і Х типи. У синтезуванні других типів колагенових молекул беруть участь остеобласти (I тип), епітеліальні та ендотеліальні клітини (IV і VIII типи), гладком'язові клітини (V тип).

Перераховані типи колагену виявляються у різних структурах суглобів. Колаген I типу переважно виявляється в суглобовій капсулі, зв'язках, менісках, кістковому матриксі, в той час як основним компонентом гіалінового хряща є колаген II типу, який синтезується хондроцитами, поряд з ПГ та структурними глікопротеїдами. Класичним складовим елементом базальних мембран є колагенові молекули IV типу і т. д.

Різні порушення в синтезі колагену або в його складі супроводжуються розвитком різноманітних захворювань, як приклад генетично зумовлене порушення метаболізму колагену можна навести синдром Елерс - Данло, так, при порушенні синтезу гідроксипроліну розвивається IV тип цієї хвороби, що характеризується розривами судин, гіпермобільністю пальців. При порушенні конверсії проколагену в колаген відзначається III тип синдрому Елерс-Данло, проявляючийся переважно гіпермобільністю суглобів і розвитком пролапсу мітрального клапана. Враховуючи, що за останні роки істотно почастішало виявлення доброякісно поточного, нерідко сімейного, синдрому гіпермобільності суглобів, можна припускати, що в основі його розвитку лежать генетично обумовлені порушення колагеноутворення.

ССД, навпаки, є істинно колагеновою хворобою набутого характеру, при якій відзначається надмірна активація фібробластів і надмірне утворення незрілих колагенових волокон з розвитком нерегульованого фіброзу, а потім і склерозу.

При розвитку деструктивних процесів у суглобі змінюється поширення в ньому різних типів колагену, при цьому визначення їх у синовіальній рідині має діагностичне значення, оскільки в нормі в ній не міститься колаген. Так, при виявленні колагену II типу, специфічного для хряща, можна думати про його пошкодження і прогресуючу деструкцію, що особливо характерно для РА, проте колагеногенез порушений і при остеоартрозі.

Еластичні волокна містять білок еластин та інші глікопротеїнові фібрили. У еластині є високе утримання валіну та аланіну, що відрізняє його від інших білків СТ. Електронно-мікроскопічні дослідження показали, що зрілі еластичні волокна мають стрічкоподібні структури товщиною 200-5 000 нм, складові фібрилярного компоненту еластичного волокна. Еластичні волокна легко розтягуються і скорочуються і мають у порівнянні з колагеновими волокнами меншу міцність. Кількість і розподіл їх неоднаковий в різних органах і тканинах. Найбільша кількість еластичних волокон у зв'язках (до 70-80%), в стінці великих судин (аорта містить до 50% еластину), в той час як в шкірі його лише 2-5%. Можна припустити, що синтез еластину проходить ті ж етапи, як і синтез колагену, ті ж закономірності спостерігаються при синтезі еластази та інших ферментів, що регулюють метаболізм і структуру еластичних волокон.

Ретикулярні волокна виявляються в СТ стромі ряду органів. Як вже вказувалося, ретикулярні волокна, за сучасними уявленнями, близькі до колагенових, відрізняючись від останніх меншою товщиною, схильністю до гіллястості і анастомозування, що й обумовило їх найменування - рети-кулярних.

Представлена ​​морфофункціональна характеристика власних компонентів СТ була б неповною, якби не була відзначена ключова роль кооперативної взаємодії всіх клітинних і неклітинних елементів у здійсненні гомеостатичної функції (Серов В. В., Шехтер А. Б., 1981], яка притаманна СТ як цілісній фізіологічній системі.

Взаємодія основних компонентів СТ представляє двобічну взаємодію (за принципом зворотного зв'язку).

Так, за принципом зворотного зв'язку взаємодіють фібробласти і макрофаги, хмаркові клітини і фібробласти і т. д. Ці зв'язки носять характер міжклітинних або опосередковані медіаторами. Однак, за даними В. В. Сєрова та О. Б. Шехтера (1981), активація будь-якої з клітинних систем зовнішніми стимулами включає весь каскад клітинних взаємодій, специфічних і неспецифічних, спрямованих на інактивацію зовнішнього агента і відновлення гомеостазу. У випадку слабкої взаємодії (або короткотривалої) ланцюгова реакція швидко загасає. При сильному або повторному впливі розвивається каскад клітинних і гуморальних порушень, що призводять до запалення та регенерації. Дослідження виявлених закономірностей має велике значення для розуміння механізмів розвитку запалення при ревматичних захворюваннях.