Окислительные процессы в клетке и внеклеточном матриксе. Внеклеточный матрикс — состав, структура и свойства. Что нового мы узнали о внеклеточном матриксе за последний год

Высказанная точка зрения может быть дополнена положениями теории внеклеточного матрикса, разработанной в 80-х годах XX в. австрийскими учёными А. Пишингером и Х. Хайне на основании электронно-микроскопических исследований. Они пришли к выводу, что разветвлённая в межклеточном пространстве система соединительной ткани выполняет в организме многообразную (в том числе и информационную) роль.

В современной литературе данный феномен имеет несколько синонимов: внеклеточный матрикс, межуточное вещество, матрица, основная субстанция, пишингерово пространство.

Основная субстанция может быть образована собственно кожей (дермой), рыхлой соединительной тканью, типичной для подкожно-жировой клетчатки, сухожилиями и мышечно-фасциальными прослойками, внутриорганной стромой паренхиматозных органов, нейроглией, брюшиной и даже компактной костью. В сущности, внеклеточный матрикс является отдельным органом, но не локализованным, а диффузно распределенным по всему организму. Его можно представить как сеть, обеспечивающую связь и единство всех прочих анатомических структур.

С биохимической точки зрения межуточное вещество состоит из высокополимерных гликопротеиновых комплексов, образующих молекулярную решетку матрикса. Ячейки этой матрицы заполнены коллоидным раствором, консистенция которого может менять своё агрегатное состояние (гель – золь) в зависимости от деятельности нервных и эндокринных медиаторов, а также биологически активных веществ (гистамин, серотонин, кинины), выделяемых лейкоцитами, тучными или плазматическими клетками, особенностей электролитного состава и электрического заряда окружающих тканей и т.д.

Способность межуточного вещества трансформироваться в гели обусловлена глюкозаминогликанами и гиалуроновой кислотой, связывающих воду. По-видимому, подвижные клетки способны перемещаться во внеклеточном матриксе, продавливаясь сквозь этот гель.

Согласно Пишингеру активная соединительная ткань необходима для локализации общей информации. Полисахаридные структуры основного матрикса обладают выраженной способностью к конформационной изменчивости и в силу этого обладают пространственной памятью, являясь эффективными носителями информации. Так, например, 4 простых молекулы углеводов теоретически могут образовывать 35560 различных тетрасахаридов. Это позволяет восстанавливать индивидуальный гомеостаз даже при существенном отклонении системы от исходного равновесия.

Органоспецифические клетки не имеют непосредственных контактов с нервными проводниками и сосудистой сетью. Все их нервно-гуморальные связи опосредуются через окружающий их матрикс (пишингерово пространство). На поверхности клеток компоненты матрикса связываются с липидами и протеинами клеточной мембраны, а также с её рецепторами, являющимися важными компонентами передачи информации внутрь клетки.

Внеклеточный матрикс (ВКМ) - многокомпонентная субстанция, в которую погружены все клетки нашего организма. В последнее десятилетие интерес к внеклеточному матриксу значительно возрос. Это связано с установлением его роли в старении, клеточной дифференцировке, успешной терапии рака и лечении некоторых наследственных заболеваний. Мы подготовили цикл статей, в котором расскажем об организации внеклеточного матрикса, болезнях, связанных с его патологиями, роли ВКМ в старении и подходах к корректировке возрастных изменений.
В первой статье цикла мы рассказываем о компонентах и функциях внеклеточного матрикса, разбираемся, какую практическую пользу может принести его изучение, а также вкратце освещаем самые важные открытия в этой области, совершенные за последний год.

Рисунок 1. Организация ВКМ на примере кожи. Фибробласты создают ВКМ, металлопротеиназы его разрушают. Клетки эпидермиса связаны с ВКМ при помощи интегринов.

Компоненты ВКМ

Выделяют два подкласса белков, содержащих углеводы, - протеогликаны и гликопротеины. Оба подкласса входят в состав ВКМ, однако между ними есть существенные различия.

К гликопротеинам относятся такие важные структурные белки, как коллаген и эластин. За счет самого распространенного структурного белка в организме - коллагена - ВКМ приобретает прочность, а за счет эластина - гибкость и эластичность.

Интегрины улавливают химические и физические сигналы из внеклеточного матрикса и проводят их в клетку. Сигнал от интегринов передается в ядро через белки цитоскелета и сигнальные белки - так ВКМ управляет экспрессией генов и регулирует клеточную пролиферацию. При посредничестве белков цитоскелета ВКМ также управляет формой и движениями клеток.

Гиалуроновая кислота (ГК) синтезируется встроенными в мембрану белками и затем «выдавливается» через нее в межклеточное пространство. По составу ГК похожа на углеводную часть протеогликана и представляет собой полимер из остатков D-глюкуроновой кислоты и D-N-ацетилглюкозамина. ГК помогает интегринам проводить сигналы в клетку, регулирует клеточный ответ на эти сигналы и, подобно фибронектину, дает клеткам возможность закрепляться на различных поверхностях . Образно говоря, ГК выполняет задачи «интернет-провайдера» и «билета на общественный транспорт».

Почему так важно изучать внеклеточный матрикс?

Внеклеточный матрикс присутствует во всех тканях организма, поэтому сбои в его функционировании ведут к развитию болезней соединительной ткани, преждевременному старению и гибели клеток. Самый очевидный стимул для изучения ВКМ - необходимость лечения заболеваний, связанных с нарушениями структуры соединительной ткани. Таких болезней много, они могут протекать тяжело и значительно ухудшать качество жизни пациентов. Вот несколько примеров.

Мутации в генах , отвечающих за синтез структурных белков ВКМ, приводят к врожденным патологиям . Поскольку соединительная ткань - основа всех систем организма, пострадать от генетических нарушений может любой орган. Такие нарушения приводят:

• на уровне костей - к несовершенному остеогенезу ,
• на уровне кожи - к синдрому Элерса-Данлоса , при котором кожа становится слишком эластичной,
• на уровне мышечной ткани - к врожденной мышечной дистрофии (CMD).

Из всех типов генетических нарушений ВКМ лучше всего изучена врожденная миодистрофия . Это заболевание развивается из-за нескольких мутаций, нарушающих работу мышц. В результате мутации в гене ITGA7 , кодирующем интегрины мышечных клеток, нарушается связь клеток с ВКМ. Это гибельно для мышечной ткани: потеря связей с ВКМ запускает апоптоз - программируемую смерть клеток.

Преждевременное разрушение ВКМ - еще одна серьезная проблема. Здоровый внеклеточный матрикс постоянно обновляется и реструктурируется. За это отвечает семейство металлопротеиназ, белков - разрушителей ВКМ.

Металлопротеиназы - ферменты, в каталитический центр которых входят ионы металлов, в основном цинка. Отсюда и название с приставкой «металло-». Помимо каталитического центра, который отвечает за разрушение ВКМ, у металлопротеиназ есть регуляторный продомен, оберегающий фермент от преждевременной активации и ложного срабатывания.

Как именно металлопротеиназы разрушают коллаген и «отцепляют» клетки от волокон внеклеточного матрикса, рассказано в статье «Кто рубит коллагеновый лес » . Сейчас же нам важно понять, что если металлопротеиназы «выходят из-под контроля», то они начинают буквально сметать всё на своем пути. Бесконтрольное разрушение ВКМ приводит к фиброзу и может вызвать рак - например, рак предстательной железы .

Еще одна патология, вызываемая нарушениями в процессах разрушения и формирования ВКМ, - болезнь Крона (хроническое воспаление кишечника) . По мере ее развития возникает фистулизация и фибростеноз кишечника (рис. 3).

Рисунок 3. При болезни Крона происходит фистулизация и фибростеноз кишечника. Из-за избыточного разрушения ВКМ в кишечной стенке образуются отверстия, а из-за избыточного синтеза коллагена сужается просвет кишечника.

Рисунок адаптирован

Фистулизация - образование отверстий в кишечной стенке. Этот процесс связан с неконтролируемой активностью металлопротеиназ, разрушающих коллаген слизистой оболочки кишечника. Так как целостность слизистой нарушается, иммунные клетки из кровеносных сосудов проникают в кишечную стенку - так развивается воспаление, а через некоторое время появляется отверстие в стенке кишечника.

Фибростеноз - сужение кишечника. Реагируя на повреждения, фибробласты интенсивно производят коллаген. Затем активируется лизилоксидаза - внеклеточный медьсодержащий фермент, катализирующий образование сложных поперечный связей в коллагене и эластине. Лизиолоксидаза необходима для формирования зрелых коллагеновых волокон, но при ее избытке начинаются проблемы. Этот фермент создает прочную коллагеновую сеть, «запечатывающую» поврежденные кишечные стенки, но из-за избыточной жесткости коллагеновых «печатей» фиброз только усиливается. В результате возникают воспаление и (иногда) непроходимость кишечника. Фистулизация усиливает фибростеноз: неуправляемое разрушение коллагена стимулирует его столь же неуправляемый синтез.

Избыточный синтез ВКМ часто говорит о том, что у человека рак и у этого рака плохой прогноз . Кроме того, сам ВКМ может способствовать росту опухоли и распространению метастазов - это доказано для опухоли головного мозга. Особенно неприятно, что существующие методы лечения - например, лучевая терапия - способны заставить ВКМ послать клеткам сигнал, который может привести к рецидиву опухоли мозга .

Состав ВКМ головного мозга уникален: в нём очень много гиалуроновой кислоты и при этом гораздо меньше коллагена, фибронектина и других компонентов, характерных для ВКМ всех остальных тканей. Несмотря на важность ГК для нормальной работы тканей, в некоторых случаях она помогает проводить в клетки опухоли сигналы, делающие их более агрессивными. О том, как именно ГК «дразнит» раковые клетки, мы поговорим в разделе «Что нового мы узнали о внеклеточном матриксе за последний год? »

Лучевая терапия стимулирует работу мембранных белков HAS2, которые отвечают за синтез ГК. В результате они синтезируют больше гиалуроновой кислоты, а чем больше ГК, тем агрессивнее становятся опухолевые клетки. Получается, что лучевая терапия может стимулировать метастазирование опухоли. Таким образом, из-за особенностей ВКМ лучевая терапия помогает только на время: опухоль часто возвращается, становясь еще более опасной. Отчасти по этой причине некоторые виды опухолей мозга так плохо поддаются лечению.

Проблемы с ВКМ - важная причина старения

Первые признаки старения, которые сразу бросаются в глаза, - слабость, хрупкость костей, появление морщин и старческих пятен. Многие из этих проблем связаны с необратимыми изменениями во внеклеточном матриксе.

Одна из причин старения кожи - нарушение работы фибробластов (клеток, синтезирующих компоненты внеклеточного матрикса). При этом благополучие фибробластов зависит от состояния внеклеточного матрикса - получается замкнутый круг.

Рисунок 4. Микрофотография коллагеновых нитей в коже. а - «Целый» коллаген в молодой коже. б - Фрагментированный коллаген в стареющей коже. Стрелки указывают на старые, «разорванные» на кусочки нити коллагена.

Чтобы фибробласты хорошо себя чувствовали, им нужно цепляться за интактные, целые коллагеновые нити. Но со временем эти нити фрагментируются, и фибробластам становится не к чему крепиться, чтобы создать новый, целый коллаген (рис. 4) . Если бы мы научились разрывать этот замкнутый круг, то нам, вполне возможно, больше никогда не понадобились бы антивозрастные услуги косметологов и пластических хирургов.

Старение костной ткани чаще всего связано с нарушением работы остеобластов . Эти клетки создают костный ВКМ, синтезируя коллаген и особые гликопротеины, которые участвуют в первом этапе минерализации коллагена. На втором этапе коллаген превращается в прочный внеклеточный матрикс - основу кости .

С течением лет старые остеобласты погибают, а новые делятся хуже и хуже. Оставшимся в живых стареющим клеткам становится всё сложнее справляться с созданием внеклеточного матрикса. Из-за этого кости у пожилых людей становятся очень хрупкими и плохо заживают после переломов.

Если бы мы могли заставить остеобласты делиться или хотя бы выяснили, как помочь им эффективнее минерализовать соединительную ткань, у пожилых людей появилась бы возмножность быстрее восстанавливаться после переломов. Такие работы уже ведутся!

В одной из подобных работ исследователи взяли коллагеновый гель, добавили к нему два неколлагеновых белка, ответственных за минерализацию коллагена (остеокальцин и остеопонтин), и создали на их основе искусственный внеклеточный матрикс. Этот исусственный ВКМ исследователи «предложили» остеобластам, полученным из стволовых клеток костного мозга. В результате активизировалось деление остеобластов, и эти остеобласты начали производить больше компонентов внеклеточного матрикса - правда, пока только в лабораторных условиях . Чтобы искусственный ВКМ появился в кабинете травматолога и оказал содействие в восстановлении костей реальных пациентов, потребуется провести еще много исследований.

Что нового мы узнали о внеклеточном матриксе за последний год?

Над изучением ВКМ работают сотни исследовательских групп по всему миру, и каждый день появляется множество публикаций по этой теме. Давайте рассмотрим несколько свежих работ, чтобы получить представление о ключевых направлениях современных исследований. Вот что мы узнали о компонентах ВКМ в 2018 году.

Металлопротеиназы

Когда металлопротеиназы преждевременно разрушают эластин и коллаген легких, возникает соединительнотканное заболевание легких - эмфизема . Ученые давно стремились узнать, какой генетический компонент влияет на чрезмерную активность металлопротеиназ при этом заболевании.

Исследователи из немецкого Общества имени Макса Планка связали чрезмерную активность металлопротеиназ в легких со снижением активности гена Myh10 . Если этот ген «отключали» в мышиных легких, их внеклеточный матрикс формировался неправильно, разрушались межальвеолярные перегородки, с укрупнением альвеол сокращалась суммарная площадь их поверхности, а значит, должен был страдать газообмен. То есть события развивались по сценарию, типичному для человеческой эмфиземы лёгких. Кроме того, авторы работы выявили снижение экспрессии гена MYH10 в легких людей, страдающих эмфиземой.

Не исключено, что в будущем мы научимся управлять процессами, которые протекают в матриксе, используя редактирование генома и генную терапию.

Гликопротеины и металлопротеиназы

Яркий пример коварства металлопротеиназ - образование аневризм . Так, при аневризме брюшной аорты матриксные металлопротеиназы разрушают компоненты, из которых строится ВКМ этого крупного сосуда. Вскоре эта область воспаляется благодаря деятельности иммунных клеток - макрофагов. Механизмы, заставляющие металлопротеиназу разрушать аорту, долгое время оставались неизвестными.

Американским исследователям удалось выяснить, что макрофаги синтезируют нетрин-1 - белок, активирующий клетки гладких мышц сосудов . Под воздействием нетрина-1 гладкомышечные клетки активируют свободные металлопротеиназы, разрушающие соединительную ткань сосуда.

Возможно, когда-нибудь мы научимся использовать иммунные клетки, чтобы управлять разрушением внеклеточного матрикса.

Интегрины и фибронектины

Южноафриканские исследователи обнаружили, что на синтез и деградацию фибронектина влияет внутриклеточный белок теплового шока Hsp90 . Этот белок воздействует на фибронектин посредством рецептора LRP1 . Если заблокировать этот рецептор, количество фибронектина, который накапливается во внеклеточном матриксе, уменьшается. И это очень хорошо - ведь из-за избыточного накопления фибронектина развиваются многие патологии ВКМ.

Не исключено, что если мы обнаружим подобные рецепторы в клетках разных тканей и научимся на них воздействовать, то сможем предотвращать болезни, связанные с накоплением ВКМ - например, фиброз легких.

Гиалуроновая кислота

Как компонент внеклеточного матрикса гиалуроновая кислота участвует в передаче сигнала от ВКМ в клетку и даже может превратить здоровую клетку в злокачественную . Гиалуроновая кислота воздействует на клетки через рецептор CD44 .

Удалось выяснить, что интенсивность сигнала, запускающего злокачественный процесс в клетке и определяющего, насколько опасна будет получившаяся раковая клетка, зависит от концентрации гиалуроновой кислоты и от ее молекулярной массы.

Гиалуроновая кислота управляет раковыми клетками, связываясь с трансмембранным белком - интегрином CD44. Активация рецептора CD44 подавляет апоптоз, из-за чего клетка становится «бессмертной», то есть раковой. Чем больше гиалуроновой кислоты, тем больше активируется рецепторов CD44 и тем, соответственно, опаснее и агрессивнее будут раковые клетки.

Если мы научимся управлять гиалуронидазами - ферментами, которые отвечают за модификацию и деградацию гиалуроновой кислоты, - мы сможем предотвращать развитие рака и появление метастазов.

Как создавать ВКМ

Когда мы усовершенствуем технологии создания искусственного ВКМ, мы сможем производить полноценные ткани и использовать их в регенеративной медицине. Работы в этом направлении ведутся уже давно, и в прошлом году удалось сделать несколько важных шагов на пути к технологии искусственного ВКМ.

Исследователи уже научились создавать рабочие 3D-модели ВКМ (рис. 5). В отличие от традиционных 2D-моделей, которые, по сути, представляли собой клеточную культуру в чашке Петри, 3D-модели позволяют создать работающий объемный «макет» нужной нам ткани .

Рисунок 5а. Преимущества «объемной» 3D-модели соединительной ткани перед стандартной «плоской» 2D-моделью. 2D-модель . Клетки, выращенные на двумерной пластиковой подложке, ведут себя неестественно: нарастают в один слой, из-за чего нарушается межклеточное взаимодействие.

Рисунок адаптирован

Рисунок 5б. Преимущества «объемной» 3D-модели соединительной ткани перед стандартной «плоской» 2D-моделью. 3D-модель . «Живой макет» ведет себя почти так же, как функциональная ткань: клетки растут и располагаются так, как им «нравится», поэтому у них сохраняется способность к полноценному межклеточному взаимодействию.

Рисунок адаптирован

3D-модели можно модифицировать и дорабатывать. Уже созданы первые гидрогели - биосовместимые синтетические полимеры, способные удерживать воду. С появлением гидрогелей появилась и теоретическая возможность печатать внутренние органы.

Перед тем как первые напечатанные в лаборатории 3D-органы поступят в больницу, ученым придется решить еще множество проблем. Например, исследователям только предстоит разобраться с тем, как «подвести» к искусственным органам кровеносные сосуды. В этом тоже может помочь понимание биологии ВКМ - ведь мы уже знаем, что внеклеточный матрикс управляет в том числе и ростом сосудов .

Заключение

Внеклеточный матрикс - огромная тема, которую очень сложно охватить в одной статье. Ясно одно: если мы сумеем разобраться, как ВКМ функционирует и влияет на клетки, медицина сделает огромный шаг вперед.

Внеклеточный матрикс (~25% массы тела) представляет собой "решетку" из высокополимерных сахаров. Он функционирует как транзитный участок и "молекулярное сито" между кровью и специализированными клетками ткани. Функционирование матрикса обеспечивает удаление продуктов обмена клеток и других токсинов.

Давайте проследим изменения в связанные с открытием интегральной роли внеклеточного матрикса.

В таблице 1957 г. понятия внеклеточного матрикса, не было, т.к. концепция Системы регуляции Пишингера была разработана чуть позже.

Рекевег был знаком с работами Пишингера, ссылался на них, и придавал большое значение роли состояния мезенхимы в развитии заболеваний и учитывал воздействие на нее в терапевтических целях. Сам же термин матрикс был введен в Таблицу шести фаз в начале 1990-х годов.

Обратите внимание на ОЧЕНЬ ВАЖНЫЙ МОМЕНТ - матрикс составляет около 25% массы тела человека (!). Это позволяет (условно) считать его отдельным «органом». Поэтому, зная функции матрикса, не учитывать его состояние и не корригировать его при лечении любых заболеваний просто НЕ ВОЗМОЖНО! Не делая этого, специалист не имеет права говорить о полноценной патогенетической терапии!

Иногда путают понятия «матрикс» и «межклеточное пространство». Матрикс - это решетка из высокополимерных сахаров - основное вещество . Внеклеточный матрикс - это зона трансмиссии - передачи информации (сигналов) от регуляторных систем организма к клетками. Нервы, капилляры, лимфатические сосуды - все они заканчиваются или начинаются во внеклеточном матриксе. Ни один из них не заканчивается и не берет свое начало в клетке. Взаимодействие различных систем (НС, ССС, иммунной, эндокринной) происходит посредством обмена нейротрансмиттерами, которые управляются внеклеточным матриксом. Клетка окружена внеклеточным матриксом, и качество ее функционирования зависит от чистоты внеклеточного матрикса и его трансмиссионных способностей.

Межклеточное пространство и матрикс еще называют транзитным участком или «молекулярным ситом», т.к. через него осуществляется транспорт питательных веществ и кислорода из крови к клеткам, а из клеток в кровь опять же через него поступают метаболиты, токсины и углекислый газ. Также через него из крови к рецепторам клеток движутся гормоны, а от нервных окончаний - медиаторы.

Более подробно о функциях мезенхимы и матрикса можно прочитать в статьях: Боллинг Д.: Пишингер: научное обоснование акупунктуры и гомотоксикологии // Биологическая терапия. - №4. - 1997. - С.10-11. Адельверер Н.: Матрикс, значение рН и окислительно-восстановительный потенциал // Биологическая Медицина.- №2.- 2003.- с.9-10

На рисунке выше представлена структура матрикса (молекулярной решетки). Внеклеточный матрикс представляет собой тонкую трехмерную решетку протеогликанов и гликозаминогликанов. Протеогликаны состоят из молекул гиалуроновой кислоты, на которых при помощи связующих белков (трисахаридов) закрепляется коровый (core) протеин. По горизонтали в виде древовидной структуры крепятся поперечные белки, которые являются носителями дисахаридных звеньев (гликозаминогликанов, например, хондроитин сульфат).

Высокополимерные сахара (хондроитин сульфат, кератан сульфат - изображены в виде иголочек) притягивают к себе молекулы воды, образуя гидратные оболочки. Гомотоксины «застревают» («набиваются») между иголочками (сахарами) и тоже образуют гидратные оболочки. В связи с этим матрикс набухает и переходит из жидкостного состояния (золя) в состояние геля (желеобразное).

Внимание! Это важно! «Загрязнение» матрикса (набухание и переход в гелеобразное состояние) затрудняет и нарушает транспорт веществ через матрикс, а также передачу регуляторных сигналов!

Различные состояния матрикса

Здоровье и качество жизни пациента находятся в прямой зависимости от чистоты межклеточного матрикса и своевременности передачи регуляторных сигналов.

В здоровом состоянии матрикс находится в состоянии золя, при этом его структура однородная и равномерная (при гистологическом исследовании).

Под действием же различных вредных факторов в матриксе происходит накопление («застревание») гомотоксинов, показатель рН изменяется в сторону закисления; высокополимерные сахара притягивают к себе молекулы воды, образуя гидратные оболочки. Гомотоксины «застряют» («набиваются») между иголочками и тоже образуют гидратные оболочки. В связи с этим матрикс набухает и переходит из состояния золя в гель. Его структура местами уплотняется и становится неоднородной (что видно при гистологическом исследовании). В результате этого происходит замедление метаболизма - затрудняется доступ к клетке питательных веществ и кислорода, а также обратное выведение метаболитов и углекислого газа.

Описанный процесс происходит в фазах до биологического барьера.

За биологическим барьером все сложнее, т.к. гомотоксины образуют химические связи с сахарами (т.е. происходит их полимеризация со структурами матрикса) и их просто так уже не вывести. Хронические заболевания являются следствием продолжительной неспособности организма должным образом справляться с токсинам во внеклеточном, а затем и во внутриклеточном матриксе.

В такой ситуации необходимо использовать препараты, обладающие деполимеризирующим эффектом, те которые могут разрывать эти связи (среди антигомотоксических препаратов (АГТП) такие препараты есть!). помогает эффективно бороться с данной ситуацией!

Дополнительная информация

При дальнейшем накоплении во внеклеточном матриксе и поступлении гомотоксинов внутрь клетки, поражаются органеллы клетки, в частности - митохондрии, что приводит к сдвигу гомеостаза клетки в сторону анаэробного гликолиза и кислотно-щелочного равновесия - в кислую сторону. Клетка начинает функционировать в условиях энергетического дефицита, связанного с переходом на гликолиз, митохондриями передается информация в ядро для синтеза митохондриальной РНК, с целью увеличения количества митохондрий. Практически нет возможности для прохождения этой информации без искажений, поэтому неспецифически активизируется клеточное деление и клетка переходит к бесконтрольному размножению, образуется злокачественная опухоль. Для клетки опухоли характерны процессы анаэробного гликолиза, в результате которого внутри клеток образуется избыток лактата, возникает ацидоз. С помощью активных механизмов кислота удаляется во внеклеточное пространство. В условиях внеклеточного ацидоза матрикс структурно перестраивается, он становится механически менее проницаемым для иммунокомпетентных клеток, к тому же в кислой среде их метаболизм и функциональная активность снижается.

Дополнительная информация из химии: Золь - коллоидная система с жидкой непрерывной фазой и твердой дисперсной фазой, представленной частицами диаметром 0,1 - 0,001ц. Гель - студенистое состояние вещества (Словарь по геологии нефти, 1952). Гели (от лат. gelo - застываю) - дисперсные системы с жидкой или газообразной дисперсионной средой, обладающие некоторыми свойствами твердых тел: способностью сохранять форму, прочностью, упругостью, пластичностью. Эти свойства геля обусловлены существованием у них структурной сетки (каркаса), образованной частицами дисперсной фазы, которые связаны между собой молекулярными силами различной природы.

МАТРИКС - "поле", на котором по пути к клетке сходятся все регуляторные сигналы

Важно помнить об интегральной роли матрикса - места, где «сходятся» все регуляторные сигналы иммунно-нейро-эндокринной системы. От их адекватного взаимодействия зависит благополучие всего организма.

Молекулярная решетка матрикса преодолевается всеми веществами, участвующими в метаболизме, то есть играет роль «транзитного участка». Так как в матриксе заканчиваются вегетативные нервные волокна, то по нервным путям он связан с центральной нервной системой (ЦНС). Также в матриксе начинаются лимфатические сосуды и сквозь матрикс проходят кровеносные сосуды (капилляры), поэтому посредством гормонов он соединен и с эндокринной системой (прежде всего, с гипофизом, щитовидной железой и надпочечниками). Как известно, ЦНС и эндокринная системы взаимодействуют друг с другом в стволе головного мозга (гипоталамусе). В матриксе также имеются иммунокомпетентные клетки.

В матриксе взаимодействуют все три основные системы регуляции организма - нервная, эндокринная и иммунная. Матрикс пронизывает внеклеточное пространство организма и выполняет функцию молекулярной решетки, окружающей и поддерживающий клетки, и играет основную роль, как интегральная часть энергетически открытой системы организма.

5055 0

Тучные клетки загадочны

Удивительно, но многие медики с учеными степенями совершенно не знают о существовании тучных клеток, их функциях. Особенно этим славятся эндокринологи, полагающие, что все управление организмом ведется из ограниченного набора эндокринных органов («факт варикозно расширенных вен никакого отношения к эндокринологии не имеет» - с форума РМС). Тучная клетка вырабатывает около сотни разнообразных гормонов и медиаторов (гиалуроновая кислота, гистамин, серотонин, гепарин и т.д.) и составляет 50% всех соединительнотканных клеток.

Специалисты по акупунктуре важную роль в кодировании информации, полученной точкой акупунктуры, отдают тучным клеткам. Полагают, что активация функциональной активности лаброцитов приводит к выбросу в околоклеточную жидкость физиологически активных веществ -медиаторов боли или воспаления: вещества Р, брадикинина, гистамина, серотонина и др., действующих на окружающие клетки и на рецепторы нервных окончаний, где полученная информация кодируется и передается дальше уже нервным путем.

Лаброциты наиболее часто локализуются около мелких сосудов (капилляров), под эпителием и вблизи желез кожи, слизистых и серозных оболочек, в капсуле и трабекулах паренхиматозных (почки, печень) органов, в лимфоидных органах.

В гранулах лаброцитов обнаружены гепарин, гистамин, серотонин, допамин, хондроитинсульфаты, гиалуроновая кислота, гликопротеиды, фосфолипиды, хемотаксические факторы и фактор активации тромбоцитов. В состав гранул лаброцитов входят ферменты - липаза, эстераза, триптаза (активирующая кининоген), ферменты цикла Кребса, анаэробного гликолиза и пентозного цикла.

Межклеточное вещество (матрикс) вездесуще

Таким образом, межклеточное вещество чрезвычайно разнообразно как по химическому составу, так и по выполняемым функциям. Так как внеклеточное соединительнотканное пространство образует с клеткой функциональное единство, клетка может реагировать на раздражение лишь в том случае, когда информация поступает к ней из межклеточного пространства. Динамическая структура этого пространства и принципы ее регуляции (система основной регуляции) определяет эффективность вне- и внутриклеточных каталитических процессов.

А они зависят от структуры основной субстанции (называемой также матриксом или внеклеточным матриксом). Матрикс представляет собой молекулярную решетку, состоящую из высокополимерных углеводов и протеинов (протеогликанов-гликозаминогликанов), структурных протеинов (коллагена, эластина) и связующих гликопротеинов (фибронектина). Протеогликановые/гликозамино-гликановые комплексы имеют отрицательный электрический заряд и способны связывать воду и участвовать в ионном обмене.

Заканчивающиеся в матриксе вегетативные нервные волокна обеспечивают подключение к ЦНС, капиллярное русло - к эндокринной системе.

Протеогликаны и гликоаминогликаны - властелины

ГК - гиалуроновая кислота; СБ - скрепляющий белок; БС - белковый стержень протеогликановой единицы; ХС - цепи хондроитин-сульфата; КС - цепи кератан-сульфата.

Схема основной регуляции. Взаимосвязи между капиллярами, лимфатическими сосудами, основной субстанцией, терминальными вегетативными аксонами, клетками соединительной ткани (тучными клетками, иммунокомпетентными клетками, фибробластами и т. п.) и клетками паренхимы органов. Эпителиальные и эндотелиальные клеточные комплексы расположены под базальной мембраной, сообщающейся с основной субстанцией. На поверхности всех клеток имеется соединяющийся с основной субстанцией слой, гликопротеиновая или липидная мембрана, здесь располагаются и комплексы гистосовместимости. Основная субстанция функционально связана через капиллярное русло с эндокринной системой, а через аксоны - с ЦНС. Фибробласт является центром обменных процессов

Остеокласты

Остеоциты

Остеобласты

КЛЕТКИ КОСТНОЙ ТКАНИ

ФункциИ костной ткани

ЛЕКЦИЯ №

Тема: Биохимия костной ткани

Факультеты: стоматологический.

Костная ткань является разновидностью соединительной ткани с высокой минерализацией межклеточного вещества.

1. Формообразующая

2. Опорная (фиксация мышц, внутренних органов)

3. Защитная (грудная клетка, череп и т.д.)

4. Запасающая (депо минеральных веществ: кальция, магния, фосфора, натрия и т.д.).

5. Регуляция КОС (при ацидозе отдает Na + , Ca 3 (PO 4) 2)

В организме человека выделяют 2 типа костной ткани: ретикулофиброзная (губчатое костное вещество) и пластинчатая (компактное костное вещество). Из них образованы различные виды костей: трубча­тые, губчатые и т. п.

Как и любая ткань, костная ткань состоит из клеток и межклеточного матрикса.

В костной тканивыделяются 2 типа клеток мезенхимального происхождения.

1 тип:

а) стволовые остеогенные клетки;

б) полустволовые стромальные клетки;

в) остеобласты (из них образуются остеоциты);

г) остеоциты;

2 тип:

а) стволовые кроветворные клетки;

б) полустволовые кроветворные клетки (из них образуются миелоидные клетки, макрофаги);

в) унипотентная колонеообразующая моноцитарная клетка (из нее образуется монобласт → промоноцит → моноцит → остеокласт);

Молодые, не делящиеся клетки, создающие костную ткань. Имеют различную форму: кубическую, пирамидальную, угловатую. Содержат 1 ядро. В цитоплазме хорошо развиты широховатая ЭПС, митохондрии и комплекс Гольджи. В клетке много РНК, высокая активность щелочной фосфатазы, активен биосинтез белка (коллагена, протеогликаны, ферменты).

Встречаются только в глубоких слоях надкостницы и в местах регенерации костной ткани. Покрывают всю поверхность развивающейся костной балки.

Преобладающие клетки костной ткани, образуются из остеобластов. Не способны к делению, имеют отросчатую форму, крупное ядро в центре клетки, содержат мало органелл, не имеют центриолей. Располагаются в лакунах, вырабатывают компоненты межклеточного вещества.

Гигантские многоядерные клетки гематогенной природы. В клетке выделяют 2 зоны. В клетке много вакуолей, митохондрий, лизосом. Немного рибосом, слабо развит шероховатый ЭПС.

Активность остеокластов регулируются Т-лимфоцитами через цитокины. Остеокласты способны разрушать обызвествленный хрящ или кость. Они выделяют в межклеточную жидкость СО 2 и карбоангидразу. Н 2 О + СО 2 = Н 2 СО 3 Накопление кислот приводит разрушение кальциевых солей и органической матрицы.

В состав межклеточного матрикса костной ткани входят органические и неорганические вещества. В компактной кости неорганический компонент составляет 70% массы кости, органический компонент - 20% массы кости, вода – 10% массы кости. При этом по объе­му на неорганический компонент приходится только около ¼ кости; остальную часть занимает органический компонент и вода.

В губчатой костной ткани неорганический компонент составляет 33-40% массы кости, органический компонент - 50% массы кости, вода – 10% массы кости.

Органический компоненткостной ткани состоит в основном (90-95%) из коллагеновых волокон (коллаген 1 типа), которые содержат много оксипролина, лизина, фосфата, связанного с серином, и мало гидроксилизина.

Органический компонент костной ткани содержит незначительное количество протеогликанов и ГАГ. Основным представителем является хондроитин-4-сульфат, немного хондроитин-6-сульфата, кератансульфата, гиалуроновой кислоты.

В костной ткани находятся неколлагеновые структурные белки остеокальцин, остеонектин, остеоронтин и др. Остеонектин является посредником кальцификации, он связывает кальций и фосфор с коллагеном. Пептид (49АК), содержащий 3 остатка γ-карбоксиглутаминовой кисло­ты. В синтезе этого пептида участвует витамин К, он обеспечивает карбоксилирование глутаминовой кислоты.

В косной ткани содержатся ферменты: щелочная фосфатаза (много в растущих костях), кислая фосфатаза (мало), коллагеназа, пирофосфатаза. Фосфотазы выделяют фосфат из органических соединений. Пирофосфатаза разрушает пирофосфат, который является ингибитором кальцификации.

Также органический компонент представлен различными органическими кислотами фумаровой, яблочной, молочной и т.д. Присутствуют липиды.

Минеральный компонент костной ткани взрослого человека состоит глав­ным образом из гидроксиапатита (приблизительный состав Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2), кроме того, он включает фосфаты кальция (Са 3 (РО 4) 2), магния (Mg 3 (РО 4) 2), карбонаты, фториды, гидроксиды, цитраты (1%) и т.д. В состав костей входит большая часть Mg 2+ , около четверти Na + и небольшая часть К + , содержа­щихся в организме. У детей раннего возраста в минеральном компоненте костной ткани преобладает аморфный фосфат кальция (Са 3 (РО 4) 2), он является лабильным резервом кальция и фосфора.

Кри­сталлы гидроксиапатита имеют форму пластинок или палочек толщиной около 8-15Å, шириной 20-40Å, длиной 200-400Å. В кристаллической решетке гидроксиапатита Са 2+ может замещаться другими двухвалентными катионами. В растущую кристал­лическую решетку гидроксиапатита могут внедряться ионы тяжелых металлов: свинец, радий, уран и тяжелые элементы, образующиеся при рас­паде урана, например стронций.

Анионы, отличные от фосфата и гидроксила, либо адсорбируются на большой поверхности, образуемой малень­кими кристаллами либо растворяются в гидратной оболочке кри­сталлической решетки. Ионы Na + адсорбируются на поверхности кристаллов.

Между собой кри­сталлы гидроксиапатита связываются через Са 2+ с помощью остатков γ-карбоксиглутаминовой кисло­ты пептида (49 АК).

Вследствие кристаллической структуры образованной органическими и неорганическими компонентами модуль упругости кости сходен с бетоном.