Волокнистые соединительные ткани

Для волокнистых соединительных тканей характерно высокое содержание межклеточного вещества, состоящего из волокон и основного аморфного вещества, заполняющего пространства между волокнами.

Классификация волокнистых соединительных тканей основана на соотношении клеток и межклеточного вещества, а также степени упорядоченности волокнистого компонента. Различают рыхлую и плотную волокнистые соединительные ткани.

Рыхлая волокнистая соединительная ткань (РВСТ) характеризуется:

• сравнительно невысоким содержанием волокон в межклеточном веществе;

• относительно большим объемом основного аморфного вещества;

• многочисленным и разнообразным клеточным составом.

Плотная волокнистая соединительная ткань характеризуется:

• преобладанием в межклеточном веществе волокон;

• незначительным объемом основного аморфного вещества;

• малочисленным и однообразным клеточным составом.

Подтипы плотной волокнистой соединительной ткани:

• оформленная плотная волокнистая соединительная ткань, в которой все волокна ориентированы в одном направлении – образуют параллельные пучки, как в сухожилиях, связках, или переплетаются в одной плоскости, как в апоневрозах;

• неоформленная плотная волокнистая соединительная ткань, в которой волокна ориентированы случайным образом, образуя сеть (сетчатый слой дермы, капсулы различных органов).

РЫХЛАЯ ВОЛОКНИСТАЯ СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ (РВСТ) – самый распространенный вид соединительной ткани: эта ткань входит в состав слизистых и серозных оболочек, кожи, образует строму органов, прослойки, заполняет пространства между функциональными элементами в других тканях, сопровождает кровеносные сосуды и нервы. РВСТ «связывает», «соединяет» между собой ткани.

Клетки РВСТ разнообразны по своему происхождению, строению и функциям, и в ткани взаимодействуют между собой.

ФИБРОБЛАСТЫ – наиболее распространенные, функционально ведущие клетки РВСТ.

Происхождение: стволовой клеткой фибробластов является особая стволовая клетка мезенхимной природы – так называемая стромальная или стволовая клетка линии механоцитов. Как и другие стволовые клетки, это самоподдерживающаяся популяция клеток, которые редко делятся и устойчивы к повреждающим факторам. Морфологически, по-видимому, соответствует адвентициальным клеткам СТ. Адвентициальные клетки - мелкие веретеновидные клетки с тёмным ядром, базофильной цитоплазмой и слабо развитыми органеллами, локализуются преимущественно вдоль мелких кровеносных сосудов.

Функции фибробластов:

• продукция всех компонентов межклеточного вещества (гликозамингликаны, коллаген, эластин, фибронектин, ламинин и другие белки и гликопротеины);

• поддержание структурной организации межклеточного вещества (контролируют баланс выработки и разрушения, обновления межклеточного вещества, в частности секретируя фермент коллагеназу);

• регуляция деятельности других клеток соединительной ткани и влияние на другие ткани (выделяют гуморальные факторы, влияющие на рост, дифференцировку, функциональную активность макрофагов, лимфоцитов, гладкомышечных клеток, эпителия, так называемые цитокины, например, колониестимулирующий фактор гранулоцитов и макрофагов, интерлейкины-3 и -7).

Дифферон фибробластов: стромальная стволовая клетка → коммитированная (полустволовая) клетка → малодифференцированный (юный) фибробласт → дифференцированный (зрелый) фибробласт → фиброцит.

Малодифференцированный фибробласт - клетка с базофильной цитоплазмой, с умеренно развитым синтетическим аппаратом (в основном – свободные рибосомы); с небольшим количеством отростков, обладает высокой способностью к делению (пролиферации) и миграции, что важно в репаративных процессах.

Зрелый фибробласт – наиболее многочисленный тип данного дифферона. Это крупная клетка (40-50 мкм в поперечнике), с нерезкими очертаниями границ, с клетками. Характерно светлое овальное ядро; ядрышки; слабо базофильная цитоплазма. Периферическая часть цитоплазмы - эктоплазма - более светлая (представлена, в основном, элементами цитоскелета). Фибробласт имеет сильно развитый синтетический аппарат, что отражает их основную функцию: активный синтез макромолекул (гликозамингликаны, коллаген, гликопротеины, актин). Фибробласты – подвижные клетки, способны изменять форму, прикрепляться к другим клеткам и волокнам.

Фиброцит – конечная форма дифферона, малоактивная, долгоживущая, не способная к пролиферации клетка. Для фиброцитов характерна узкая, веретенообразная форма, с тонкими отростками. Ядро плотное. Синтетический аппарат развит слабо, много лизосом. Функция фиброцитов – регуляция метаболизма и поддержание стабильности межклеточного вещества.

Фиброкласты – клетки, специализирующиеся на разрушении межклеточного вещества, обеспечивают его перестройку. Встречаются в молодой соединительной ткани (грануляционной) и в рубцах. Для цитоплазмы характерны цитоплазматические вакуоли с коллагеновыми фибриллами на разных стадиях лизиса. Осуществляют вне- и внутриклеточное расщепление компонентов межклеточного вещества.

Миофибробласты – особые формы фибробластов: более половины их цитоплазмы занимают элементы сократительного аппарата (актиновые микрофиламенты). Активно участвуют в репаративных процессах: отвечают за контракцию раны: сокращаясь, они стягивают края раны и образуют коллаген (III типа), который заполняет поврежденный участок (в грануляционной ткани в условиях раневого процесса).

МАКРОФАГИ (гистиоциты) – вторые по численности клетки РВСТ.

Происхождение: макрофаги являются потомками стволовой гемпопоэтической клетки, образуются из моноцитов крови; особенно многочисленны в собственной пластинке слизистых и серозных оболочек.

Функции макрофагов:

• Фагоцитоз - распознавание, захват и переваривание поврежденных, зараженных, опухолевых и погибших клеток, компонентов межклеточного вещества, экзогенных микроорганизмов и субстанций (на поверхности макрофагов имеются рецепторы для иммуноглобулинов, антигенов опухолевых клеток);

  • неспецифический фагоцитоз характерен для лёгочных макрофагов, захватывающих частицы пыли, сажи и т д.

  • специфический фагоцитоз – сначала иммуноглобулины и белки комплемента плазмы крови (объединенные названием опсонины) окружают (опсонизируют) бактерию. Макрофаг имеет рецепторы к опсонинам и легко захватывает опсонизированные бактерии и образует фагосомы. Лизосомы содержат лизоцим, разрушающий бактериальную стенку, и гидролитические ферменты. Макрофаги могут секретировать содержимое лизосом за пределы клеток в инфицированных зонах.

• Индукция иммунных реакций – макрофаги играют роль антиген-представляющих клеток; осуществляют обработку (процессинг) антигенов: переваривают антигены в своих лизосомах и выделяют эпитопы антигенов (небольшую последовательность из 8-11 аминокислот) вместе с молекулами главного комплекса гистосовместимости II типа на поверхность клетки – только после этого иммунокомпетентные клетки (например, Т хелперы) способны распознать «генетически чужой» антиген.

• Регуляция деятельности других типов клеток: фибробластов, лимфоцитов, тучных клеток и других, путём секреции биоактивных факторов - монокинов, (таких как интерлейкин-1, фактор хемотаксиса нейтрофилов, эндогенные пирогены, которые через центр терморегуляции вызывают повышение температуры; интерферон (с противовирусным действием), активные метаболиты кислорода).

• Участие в противоопухолевом иммунитете: макрофаги вырабатывают фактор некроза опухолей с цитотоксическим действием на онкоген-трансформированные клетки.

• Регуляция тканевого гомеостаза: уничтожают старые элементы тканей (например, поврежденные и старые эритроциты), участвуют в тканевом обмене веществ (особенно в обмене жиров), регулируют состояние межклеточного вещества.

• Участие на определенной стадии в воспалительных процессах: макрофаги – главные клетки макрофагической фазы воспаления (фагоцитируют разрушенные части тканей, бактерии и выделяют факторы, стимулирующие фибробласты).

Морфология макрофагов

Активные макрофаги обладают высокой подвижностью, изменчивой, обычно отростчатой формой (микровыросты, псевдоподии) с неровными, но чёткими краями. Ядра темнее, чем у фибробластов, характерны инвагинации. Для цитоплазмы типичны многочисленные лизосомы и крупные фаголизосомы, пиноцитозные пузырьки, развитые элементы цитоскелета. Остальные органеллы развиты умеренно.

В очаге повреждения могут превращаться в особые виды – гигантские многоядерные клетки и эпителиоидные клетки.

ТУЧНЫЕ КЛЕТКИ (лаброциты, тканевые базофилы).

Происхождение: тучные клетки являются, по-видимому, потомками стволовой клетки крови, но линия дифференцировки этих клеток иная, чем у базофильных гранулоцитов крови; они имеют сравнительно большую продолжительность жизни в отличие от базофилов крови.

Функции тучных клеток:

• регуляторная: поддержание гомеостаза ткани путём медленного выделения малых доз биоактивных веществ, которые влияют на проницаемость и тонус сосудов и подержание баланса жидкости в тканях;

• защитная – важная роль в развитии реакции воспаления: осуществляют быстрое, локальное выделение медиаторов воспаления и хемотаксических факторов, которые привлекают нейтрофилы и эозинофилы.

• участие в аллергических реакциях: тучные клетки имеют рецепторы к иммуноглобулинам класса Е (IgE – образуются в ответ на проникновение некоторых антигенов-аллергенов) на плазмолемме. При повторной встрече с антигеном-аллергеном происходит массовое выделение биоактивных веществ из гранул и синтез ряда новых веществ (простагландины, тромбоксан и т.д). Тучные клетки привлекают эффекторные клетки, участвующие в так называемых реакциях поздней фазы (длительной иммунной стимуляции, которая развивается через несколько часов после контакта с аллергеном).

Локализация тучных клеток – чаще всего периваскулярная (вблизи мелких сосудов); очень много тучных клеток в дерме кожи; в собственной пластинке слизистой пищеварительного, дыхательного, выделительного трактов, в строме тимуса. Наблюдается локальное нарастание числа тучных клеток в строме органов при повышении функциональной активности органа (щитовидная железа, молочная железа, матка), вблизи очагов воспаления. Возможно, тучные клетки способны к делению (крайне редко).

Морфология тучных клеток

Клетки удлиненной или округлой формы с неровной поверхностью, могут иметь тонкие отростки и выросты. Средний диаметр клетки - 20-30 мкм (в 1.5 – 2 раза крупнее базофилов крови). Ядра небольшие, округлые, несегментированные, с преобладанием гетерохроматина; на световом уровне ядра часто замаскированы гранулами. В цитоплазме отмечается умеренное развитие органелл, липидные капли и гранулы. Наиболее характерной отличительной чертой тучных клеток является наличие крупных гранул.

Гранулы тучных клеток сходны, но не идентичны гранулам базофилов крови. Гранулы метахроматические (окрашиваются не в цвет красителя), многочисленные, крупные, различаются по величине, плотности, составу; у человека иногда содержат слоистые включения, похожие на завиток («скроллы»).

Состав гранул тучных клеток:

• гепарин (30% содержимого – мощный антикоагулянт, обладает противовоспалительным действием);

• гистамин (10% - антагонист гепарина, важнейший медиатор воспаления и немедленных аллергических реакций (вызывает отёк при аллергическом рините, некоторых формах астмы, анафилактический шок);

• дофамин, факторы хемотаксиса эозинофилов и нейтрофилов, гиалуроновая кислота, гликопротеины, фосфолипиды, энзимы (протеазы, кислые гидролазы).

Выброс биогенных аминов приводит к изменению состояния межклеточного вещества и проницаемости гемато-тканевого барьера (что играет важную роль на первых этапах воспаления).

При анафилактической дегрануляции (анафилаксия – аллергическая реакция немедленного типа, вызванная повторным введением аллергена) происходит массированный выброс содержимого гранул тучных клеток. При этом мембраны секреторных гранул сливаются в цепочки, образуя внутрицитоплазматический канал, происходит сложный экзоцитоз. Выброс гистамина приводит к резкому сокращению (спазму) гладких мышц бронхиол и затрудненному дыхания; быстрому расширению капилляров и венул и падению кровяного давления. Другие симптомы дегрануляции: острый ринит, отеки, зуд, понос.

Вещества, угнетающие дегрануляцию тучных клеток, с различными механизмами фармакологического действия (антигистаминовые препараты) широко распространены в качестве профилактики и лечения аллергических реакций.

ЖИРОВЫЕ КЛЕТКИ (адипоциты)

Происхождение. Жировые клетки образуются из малодифференцированных фибробластов путем накопления в цитоплазме мелких липидных капель (стадия липобластов), которые сливаются в одну крупную (однокапельные адипоциты).

Локализация. Жировые клетки встречаются повсеместно, в виде скоплений (дольки) или по отдельности, вдоль сосудов.

Морфология. Адипоциты РВСТ - крупные клетки сферической формы. В центре клетки большая капля жира. Цитоплазма с органеллами и уплощенное ядро расположены в тонком ободке на периферии клетки, поэтому адипоциты называют перстневидными клетками.

Функции жировых клеток:

• участие в метаболизме липидов, углеводов;

• депо жирорастворимых витаминов, стероидных гормонов;

• эндокринная функция: адипоциты вырабатывают ряд гормонов, таких как эстрогены и лептин, контролирующий потребление пищи.

ЛЕЙКОЦИТЫ

Из крови в РВСТ попадают все виды лейкоцитов: гранулоциты, лимфоциты, моноциты, которые превращаются здесь в макрофаги. Эти «пришлые» клетки осуществляют свои защитные реакции (воспаление, иммунный ответ) в соединительной ткани.

ПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ

Происхождение. Плазматические клетки (плазмоциты) образуются при делении активированных В-лимфоцитов.

Морфология. Плазмоциты – клетки округлой или овальной формы с эксцентрично расположенным ядром, около которого находится комплекс Гольджи и центриоли (этот участок цитоплазмы слабо окрашивается и называется «дворик» или «макула»). Базофильная цитоплазма содержит хорошо развитую гранулярную эндоплазматическую сеть, в которой синтезируются белки-антитела.

Функция. Единственная функция плазмоцитов – выработка иммуноглобулинов – антител, инактивирующих антигены. Благодаря этой функции они участвуют в гуморальном иммунитете. Плазмоциты – единственные в организме клетки, синтезирующие антитела.

ПИГМЕНТНЫЕ КЛЕТКИ

Происхождение. Пигментные клетки имеют нейральное происхождение (предшественники пигментных клеток выселились из нервного гребня).

Морфология. Клетки имеют отростчатую форму и содержат пигменты меланины. Пигментные клетки численно преобладают и играют ведущую функциональную роль в специальном типе соединительной ткани - пигментной ткани (радужка и сосудистая оболочка глаза).

Функция. Важнейший защитный эффект меланина – способность поглощать свободные радикалы. Пигментоциты принимают также участие в регуляции тонуса кровеносных сосудов (выделяют биоактивные амины).

АДВЕНТИЦИАЛЬНЫЕ КЛЕТКИ

Адвентициальные клетки – малодифференцированные клетки, имеют уплощенную форму, слабобазофильную цитоплазму, овальное ядро. Локализуются в наружной оболочке мелких кровеносных сосудов. Дифференцируясь, Адвентициальные клетки способны превращаться в фибробластоциты, миофибробласты и жировые клетки.

ПЕРИЦИТЫ - клетки отростчатой формы в стенке гемокапилляра. Участвуют в регуляции просвета капилляров и в трофике.

МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ВЕЩЕСТВО РВСТ состоит из белковых волокон и основного (аморфного) вещества.

В межклеточном веществе выделяют три основных типа волокон:

• коллагеновые;

• ретикулярные;

• эластические.

КОЛЛАГЕНОВЫЕ ВОЛОКНА

Коллагеновые волокна образованы белками коллагенами, которые являются наиболее распространенными белками организма. Характерная структура молекулы коллагена - длинная жесткая тройная спираль, которая состоит из 3-х скрученных спирально полипептидных цепей (α-цепей). Известны более 30 вариантов цепей, различных по химическому составу (типичные аминокислоты α-цепи: глицин, пролин, лизин, гидроксипролин). Варианты дают около 19 типов коллагена. Наиболее значение имеют пять первых типов (I-V). Коллагены I, II, III и Y типов являются фибриллярными, то есть они способны формировать нитевидные структуры - филаменты и фибриллы. Остальные коллагены, включая IY тип, этой способностью не обладают и являются аморфными (образуют плоские сети). Помимо фибробластов, коллаген могут синтезировать остеобласты, хондробласты, одонтобласты, цементобласты, ретикулярные клетки, гладкие миоциты.

Коллаген I типа характерен для рыхлой волокнистой соединительной ткани, дермы, костей, дентина, цемента, связок, сухожилий;

Коллаген II входит в состав хрящи, стекловидное тело глаза;

Коллаген III – ретикулярные волокна;

Коллаген IY – (нефибриллярный) образует базальные мембраны, капсулу хрусталика;

Коллаген Y – определяется в мышечных базальных мембранах, в стенках кровеносных сосудов, в коже, дентине.

Биосинтез коллагена включает внутриклеточный и внеклеточный этапы.

• Внутриклеточный этап включает: поглощение и транспорт необходимых аминокислот → синтез полипетидных α-цепей, посттрансляционные изменения, сборка трех α-цепей и образование проколлагена (в просвете грЭПС) → перенос в комплекс Гольджи, где происходит терминальное гликозилирование и упаковка в секреторные пузырьки → экзоцитоз молекул проколлагена в межклеточную среду.

• Внеклеточный этап включает отщепление регистрационных пептидов с помощью специфических протеаз, связанных с плазмолеммой и образование молекул тропоколлагена толщиной 1,5 нм – нерастворимых, способных к самосборке. Далее происходит упорядоченная внеклеточная агрегация коллагеновых фибрилл толщиной 20-120 нм. Молекулы тропоколлагена связываются в продольные цепочки (микрофибриллы), располагаясь параллельно друг другу. При этом внутри каждой цепочки есть зоны зазора (промежутки); при этом в соседних цепочках молекулы тропоколлагена сдвинуты друг относительно друга на четверть длины. При окраске выявляется поперечная исчерченность (период 64-68 нм) коллагеновых фибрилл вследствие отложения красителя в зонах зазора. Коллагеновые фибриллы образуют коллагеновые волокна толщиной 1-20 мкм, которые могут объединяться в коллагеновые пучки (первичные, вторичные, третичные)

Морфология. Коллагеновые волокна - оксифильные, продольно исчерченные, извитые тяжи, лежат в ткани поодиночке или образуют пучки.

Основные функции коллагеновых волокон:

• обеспечивают высокие механические свойства ткани (поскольку эти волокна - прочные и нерастяжимые);

• обеспечивают структурную организацию (архитектонику) соединительной ткани;

• обеспечивают взаимодействие между клетки и межклеточным веществом;

• влияют на пролиферацию, дифференцировку, миграцию и функциональную активность различных клеток.

Поскольку ферментное гликозилирование пролина и лизина зависит от витамина С, наряду с другими симптомами, авитаминоз (цинга) характеризуется расшатыванием и выпадением зубов, из-за нарушения обновления коллагеновых волокон периодонтальной связки – главного элемента поддерживающего аппарата зуба.

РЕТИКУЛЯРНЫЕ ВОЛОКНА

Основа ретикулярных волокон – коллаген III типа. Ретикулярные волокна имеют малый диаметр (0.1-2 мкм) и образуют тонкие трехмерные сети. Каждое волокно образовано пучком коллагеновых микрофибрилл, заключенных в оболочку из гликопротеинов и протеогликанов. Из-за такой оболочки ретикулярные волокна, в отличие от коллагеновых, не окрашиваются эозином, а окрашиваются солями серебра, поэтому их часто называют аргирофильными волокнами.

Функция ретикулярных волокон - опорная: они образуют каркас миелоидной и лимфоидной тканей, оплетают базальные мембраны, окружают капилляры и нервные волокна, гладкомышечные клетки, образуют поддерживающую строму гепатоцитов.

ЭЛАСТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА

Эластические волокна наиболее многочисленны в участках, обладающих подвижностью: в подслизистой основе пищеварительного канала, в стенках артерий. Толщина эластических волокон 0.2-10 мкм; эти волокна ветвятся и анастомозируют друг с другом, образуя сети. В рыхлой соединительной ткани эластические волокна не образуют пучков.

Функция эластических волокон – обеспечение способности к обратимой деформации.

Главный белковый компонент эластических волокон – белок эластин. Молекулы эластина имеют в состоянии покоя форму скрученных нитей. При растяжении молекулы распрямляются, после нагрузки – закручиваются. Молекулы ковалентно сшиты в комплексы, формируют волокна и пластины (мембраны – в артериях).

Структура на электронно-микроскопическом уровне: в зрелом эластическом волокне выявляется центральный светлый аморфный компонент (эластин) и периферический микрофибриллярный компонент (тонкие волоконца гликопротеина фибриллина). Кроме зрелых собственно эластических волокон в эластическую систему входят волокна с меньшей степенью зрелости:

• окситалановые, образованные микрофибриллами, сходными с периферическим компонентом зрелого волокна;

• элауниновые, более зрелые, которые имеют островки микрофибрилл среди аморфного вещества.

По мере зрелости (в ходе эластогенеза) на фибриллярный компонент откладывается эластин, эластин накапливается, а микрофибриллярный компонент постепенно оттесняется на периферию и разрушается.

ОСНОВНОЕ АМОРФНОЕ ВЕЩЕСТВО

Основное аморфное вещество заполняет промежутки между волокнами и окружает клетки. Имеет аморфное строение, прозрачно, базофильно, с низкой электронной плотностью. На молекулярном уровне состоит из макромолекулярных гидратированных комплексов протеогликанов и структурных гликопротеинов.

Протеогликаны состоят из пептидной цепи (так называемый сердцевинный, или осевой белок), связанной с гликозамингликанами.

Гликозамингликаны (ГАГ) – крупные (до 200 сахаров в цепи), неразветвленные, отрицательно заряженные, гидрофильные полисахаридные молекулы (хондроитинсульфат, дерматан-, кератан-, гепаран-сульфаты и гепарин). За исключением гиалуроновой кислоты (единственный ГАГ, который не содержит сульфатных групп) ковалентно связываются с белками, образуя протеогликаны. ГАГ синтезируются в грЭПС и комплексе Гольджи фибробластов и других клеток и выделяются в межклеточное пространство, где объединяются в агрегаты. Гиалуроновая кислота – очень длинная молекула - до 5000 дисахаридных субъединиц, - через связывающие белки связывает протеогликаны, формируя трёхмерную молекулярную основу матрикса.

Основные особенности ГАГ заключаются в том, что:

• они очень гидрофильны и, соединяясь с водой, могут образовывать подвижное гелеподобнное вещество, упругое как резина; даже при низкой концентрации образуются гели, занимающие большой объём. Эта способность к набуханию позволяет матриксу противостоять сжимающим силам. Например, когда вы подпрыгиваете, ГАГ коленных и голеностопных суставов амортизируют силу удара, получаемого в момент приземления. Коллагеновые волокна, погруженные в гелевый матрикс, обеспечивают его прочность подобно стальным стержням, укрепляющим бетон.

• благодаря высокой плотности отрицательного заряда они прочно связывают катионы.

• формируют буферную среду.

Функциональная роль протеогликанов:

• играют важную роль в транспорте электролитов и воды;

• связывают и накапливают факторы роста;

• взаимодействуют с молекулами коллагена и способствуют их правильной укладке;

• обеспечивают связь между поверхностью клеток и компонентами межклеточного вещества.

Структурные гликопротеины: фибронектин, ламинин, энтактин и другие - в отличие от протеогликанов в своей основе имеют разветвленную пептидную цепь, с которой связано небольшое количество простых гексоз.

Роль структурных гликопротеинов:

• организация межклеточного вещества;

• посредники во взаимодействиях между клетками и компонентами межклеточного вещества,

• образование базальных мембран.

Фибронектин обеспечивает связь клеток с внеклеточным матриксом (коллагеном и ГАГ), - через трансмембранные белки плазмолеммы клеток (цепочка: коллаген/ГАГ – гепаран сульфат – фибронектин - интегрины – актиновые филаменты цитоскелета) обеспечивает прикрепление к нему фибробластов и других клеток, влияя на их функции, подвижность.

Ламинин – важнейший компонент базальной мембраны, связывает через молекулы клеточной адгезии клеточной мембраны базальную плазмолемму и IY коллаген («сшивает» клетку с базальной мембраной).

Энтактин, другой нефибриллярный гликопротеин, связывает («сшивает») ламинин с коллагеном 4-го типа.