Глава 6

·   Ткани внутренней среды

Система тканей внутренней среды включает кровь, соединительные ткани и скелетные ткани (хрящевую и костную). Несмотря на разнообразие тканей и клеточных типов, в системе тканей внутренней среды имеются общие черты: мезенхимный генез, большое количество межклеточного вещества, множество разных клеточных типов.

· Множество разных клеточных типов. В качестве примеров назовём лишь некоторые — фибробласты, макрофаги, перициты, форменные элементы крови, клетки плазматические, жировые, пигментные, тучные, эндотелиальные.

· Обновляющиеся клеточные популяции — существенная характеристика многих клеток системы тканей внутренней среды.

· Подвижность клеток. Многие клетки системы обладают способностью к активному перемещению (например, фагоцитирующие — макрофаги и микрофаги).

· Функция. В общем виде — обеспечение гомеостаза. Функции крови, соединительной и скелетных тканей рассмотрены в соответствующих подглавах, иммунные — в главе 11, эндотелия и сосудов — в главе 10. Примеры разнообразия функций: поддержание структурной организации других тканей и разных органов; среда для обмена питательными веществами, метаболитами, газами и др.; защита (например, иммунная); восстановление повреждённых органов; энергетические запасы организма (размещение и хранение жира).

Кровь

Кровь — одна из тканей внутренней среды. Жидкое межклеточное вещество (плазма) и взвешенные в нём клетки — два основных компонента крови. Свернувшаяся кровь состоит из тромба (сгустка), включающего форменные элементы и некоторые белки плазмы, и сыворотки — прозрачной жидкости, сходной с плазмой, но лишённой фибриногена. У взрослого человека общий объём крови около 5 л; около 1 л находится в депо крови, преимущественно в селезёнке. Кровь циркулирует в замкнутой системе сосудов и переносит газы, питательные вещества, гормоны, белки, ионы, продукты метаболизма. Кровь поддерживает постоянство внутренней среды организма, регулирует температуру тела, осмотическое равновесие и кислотно-щелочной баланс. Клетки участвуют в уничтожении микроорганизмов, в воспалительных и иммунных реакциях. Кровь содержит тромбоциты и плазменные факторы свёртывания, при нарушении целостности сосудистой стенки образующие тромб, препятствующий потере крови.

Плазма

Плазма состоит из воды (90%), органических (9%) и неорганических (1%) веществ. Белки составляют 6% всех веществ плазмы. Среди сотен различных белков плазмы выделяют три главных группы: белки системы свёртывания крови, участвующие в иммунных реакциях, транспортные.

Белки системы свёртывания крови. Различают коагулянты и антикоагулянты. Обе группы белков обеспечивают равновесие между процессами формирования и разрушения тромба. Коагулянты участвуют в формировании тромба. К коагулянтам, например, относят фибриноген (синтезируется в печени и при гемокоагуляции превращается в фибрин). Антикоагулянты — компоненты фибринолитической системы, препятствующие свёртыванию (например, антитромбин III).

В плазме крови, как в норме, так и в патологии, присутствуют прокоагулянтные микрочастицы, содержащие тканевый фактор. Микрочастицы могут происходить из тромбоцитов, лейкоцитов, эндотелиальных клеток, гладкомышечных клеток и участвуют в тромбообразовании.

Белки, участвующие в воспалительных и иммунных реакциях. К этой группе относят Ig, белки комплемента, a₂-макроглобулины. Белки комплемента (C1–C9) участвуют в неспецифической защите (врождённый иммунитет) и инициируют реакции воспаления (табл. 6-1). a₂-Макроглобулины плазмы — гликопротеины, сходные с белками комплемента по функциям и структуре. Эти антипротеазы нейтрализуют токсическое действие ферментов, выделяющихся при реакциях воспаления и повреждения, в частности, ингибируют протеазы, связывают цитокины (ИЛ1, ИЛ6) и факторы роста.

Таблица 6-1. Болезни системы комплемента

Компонент	Дефект	Клиническая картина	Диагностика
C1r, C1q, C2	Нарушение элиминации иммунных комплексов	Васкулиты, волчаночно-подобный синдром, полимиозит, пойкилодерма	CH50
C4	Нарушение элиминации иммунных комплексов	СКВ и волчаночно-подобный синдром, синдром Шёгрена, болезнь Шёнляйна-Геноха	CH50
C3	Дефект опсонизации	Рецидивирующие тяжёлые инфекции	CH50
C5 - C9	Нарушения мембраноатакующего комплекса	Рецидивирующие менингококковые и гонококковые инфекции, некоторые вирусные инфекции, ревматические заболевания	CH50
Факторы H, I	Дефект опсонизации	Рецидивирующие пиогенные инфекции	Лизис эритроцитов

Примечания. Наследование дефектов — аутосомно-кодоминантный признак, определяемый молчащим аллелем; CH_50 — определение общей гемолитической активности комплемента (CH₅₀) с последующим измерением концентраций отдельных компонентов

Транспортные белки — альбумины, аполипопротеины, трансферрин, гаптоглобин, церулоплазмин, транскортин, транскобаламины и др.(табл. 6-2). Альбумины (M_r » 60–65 кД) составляют основную часть белков плазмы, связывают и переносят мало- или нерастворимые метаболиты (например, жирные кислоты), многие гормоны, переносят билирубин в печень для последующей экскреции.

Таблица 6-2. Важнейшие транспортные белки плазмы

Белок	Лиганд
Альбумин	Жирные кислоты, билирубин, гем, тироксин, кортизол, тестостерон
Аполипопротеины	Триглицериды, фосфолипиды, холестерин
Гаптоглобин	Гемоглобин, поступающий в плазму из разрушенных эритроцитов
Трансферрин	Железо
Церулоплазмин	Медь
Преальбумин	Тироксин, витамин А
Транскортин	Кортизол
Транскобаламин II	Кобаламин (витамин B12)
Связывающий ретинол белок	Ретинол
Витамин D–связывающий a-глобулин	Витамин D
Гемопексин	Свободный гем из разрушенных эритроцитов

Клетки крови

Клетки крови (форменные элементы) — эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Обычно клетки крови изучают микроскопически на мазках (рис. 6-1А), окрашенных гематологическими красителями (например, по Романовскому–Гимзе; методики окрашивания мазков крови см. «Окраска мазков крови» в «Справочнике терминов»).

Рис. 6-1А. Мазок крови. 1 — эритроциты; 2 — сегментоядерный нейтрофил; 3 — палочкоядерный нейтрофил; 4 — эозинофил; 5 — базофил; 6 — лимфоцит; 7 — моноцит. Окраска по Романовскому–Гимзе.

Эритроциты

Зрелый эритроцит — безъядерная клетка диаметром 7–8 мкм (нормоцит). Количество эритроцитов: у женщин — 3,9–4,9´10¹²/л, у мужчин — 4,0–5,2´10¹²/л. Более высокое содержание эритроцитов у мужчин обусловлено стимулирующим эритропоэз влиянием андрогенов. Продолжительность жизни (время циркуляции в крови) — 100–120 дней. Форма эритроцита — двояковогнутый диск. Такая конфигурация создаёт наибольшую площадь поверхности по отношению к объёму, что обеспечивает максимальный газообмен. Разброс размеров эритроцитов — анизоцитоз, клетки диаметром >9 мкм — макроциты, <6 мкм — микроциты. При ряде заболеваний крови изменяются размеры и форма эритроцитов (см. табл. 6-3.).

· Анизоцитоз — появление эритроцитов аномальных размеров. Причины — дефекты некоторых ферментов в эритроцитах (например, аденозиндезаминазы и 4-гидроксифенилпируватгидроксилазы).

à Макроцитоз в сочетании с анемией и появлением мегалобластов наблюдают при дефиците фолата и витамина B₁₂, применении некоторых лекарственных средств и при наследственных заболеваниях (например, оротовая ацидурия, синдром Леша–Найена). Макроцитоз без появления мегалобластов — признак заболевания печени, наблюдают, например, при злоупотреблении алкоголем, гипотиреоидизме.

Лекарственные средства. К появлению макроцитов и развитию мегалобластной анемии могут привести препараты, применяемые при болезнях злокачественного роста (метотрексат), бактериальных (триметоприм) и паразитарных (пириметамин) инфекциях.

à Микроцитоз. Эритроциты диаметром <6 мкм наблюдают при гемоглобинопатиях и талассемии.

à Эритроцитометрическая кривая (кривая Прайса–Джонса). По оси абсцисс откладывают диаметр эритроцита в микронах, а по оси ординат — процентное содержание эритроцитов. Эритроцитометрическая кривая строится для оценки анизоцитоза (вариабельности размеров эритроцитов) и полезна в дифференциальной диагностике анемий.

· Пойкилоцитоз

à Сфероцитоз (эллиптоцитоз, овалоцитоз) — присутствие в крови эритроцитов сферической или эллиптической (овальной) формы — сфероцитов. Чаще всего это макроциты. Одна из причин — дефектный спектрин с нарушенной способностью связываться с белком полосы 4.1.

à Стоматоцитоз. В эритроците (стоматоците) центрально расположено просветление в виде щели (стомы), (наследственный сфероцитоз, Rh-ноль синдром).

à Акантоцитоз. Большинство эритроцитов имеет множественные шиповидные выросты. Акантоцитоз возникает, например, при экспрессии дефектного трансмембранного гликопротеина полосы 3.

à Пиропойкилоцитоз. При повышении температуры тела в периферической крови могут появиться эритроциты аномальной формы (при этом найдена, в частности, точечная мутация гена спектрина).

· Патологические включения. Базофильные включения в эритроцитах, тельца Жоли и кольца Кэбота находят в эритроцитах при анемиях (табл. 6-3).

Таблица 6-3. Патологические эритроциты в мазке крови [81]

Форма	Характеристика	Состояние
Акантоциты	Несколько больших шиповидных выростов	Абеталипопротеинемия, уремия, ГУС
Эхиноциты (клетки-репьи)	Много крошечных шиповидных выростов	Абеталипопротеинемия, цирроз, уремия, ГУС
Кодоциты (мишеневидные клетки)	Форма мишени	HbС или HbЕ, болезни печени, механическая желтуха, талассемия, спленэктомия
Дакроциты	Каплевидная форма	Миелофиброз, анемия с тельцами Хайнца, талассемия, гемолитическая анемия, миелофтиз
Дрепаноциты	Серповидная форма	Серповидно-клеточная анемия, другие гемоглобинопатии
Шизоциты (шистоциты, клетки-шпоры)	Шлемообразная форма	ДВС, ТТП, протезы сосудов и клапанов сердца
Сферостоматоциты (сфероциты)	Сферическая форма	Наследственный или приобретённый гемолиз
Стоматоциты	Щелевидный просвет в центре	Наследственный или приобретённый гемолиз
Агрегаты
Монетные столбики	Эритроциты располагаются в виде столбика монет	Миеломная болезнь, макроглобулинемия Вальденстрёма
Включения
Ядерные эритроциты	Сморщенное ядро	Острое кровотечение, тяжёлый гемолиз, миелофиброз, лейкоз, миелофтиз, аспления
Базофильная зернистость	Ядро в виде пунктирных базофильных точек	Отравление свинцом, сидеробластная анемия, тяжёлый гемолиз
Тельца Хауэлла-Жоли	Небольшие округлые включения	Мегалобластная анемия, аспления, тяжёлый гемолиз
Кольца Кэбота	Включения кольцевидные или в форме цифры 8	Тяжёлый гемолиз

Примечания. ГУС — гемолитико-уремический синдром, ДВС — диссеминированное внутрисосудистое свёртывание, ТТП — тромботическая тромбоцитопеническая пурпура; синонимы заключены в скобки.

Ретикулоциты — незрелые эритроциты, поступающие в кровоток из костного мозга. Они содержат рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи. Окончательная дифференцировка в эритроциты происходит в течение 24–48 часов после выхода в кровоток. Количество поступающих в кровоток ретикулоцитов в норме равно количеству удаляемых эритроцитов. Ретикулоциты составляют около 1% всех циркулирующих красных клеток крови. При суправитальном окрашивании (краситель — бриллиантовый крезиловый синий) в клетке в результате взаимодействия красителя с остатками рибосомной РНК формируется базофильный ретикулярный (сетчатый) преципитат.

Гематокрит — процентное отношение объёма эритроцитов к объёму крови. В норме гематокрит равен у мужчин 40–50%, у женщин — 35–45%, у детей до 10 лет — 45–65%.

Плазмолемма и примембранный цитоскелет

Клеточная мембрана эритроцита довольно пластична, что позволяет клетке деформироваться и легко проходить по узким капиллярам диаметром 3–4 мкм. Главные трансмембранные белки эритроцита — белок полосы 3, гликофорины, транспортёр глюкозы GLUT1. Белок полосы 3 (рис. 6-1) совместно с белками примембранного цитоскелета (спектрином, анкирином, актином, белком полосы 4.1) обеспечивают поддержание формы эритроцита в виде двояковогнутого диска.

· Белок полосы 3 — полифункциональный мембранный гликопротеин, участвует в переносе анионов Cl^– и НСО3^– через фосфолипидный бислой (анионный транспортёр), имеет участки связывания с анкирином, удерживающим спектрин–актиновую сеть непосредственно под мембраной.

à Анкирин — посредник между белком полосы 3 и нитями спектрина.

à Спектрин. Две изоформы белка (a и b) образуют димеры, которые, в свою очередь, соединяются «конец в конец», формируя тетрамеры — гибкие нити примембранного цитоскелета. Концы нитей спектрина связываются с глобулярным белком полосы 4.1.

à Белок полосы 4.1 взаимодействует со спектриновыми и актиновыми нитями.

à Актин. В составе примембранного цитоскелета каждая актиновая нить прикрепляется к цепочке из нескольких молекул белка полосы 4.1. Таким образом, актиновые нити вместе с гетеродимерами спектрина и глобулярным белком полосы 4.1 образуют примембранный скелет, который через анкирин связан с интегральным белком полосы 3.

Рис. 6-1. Примембранный цитоскелет эритроцита. Белок полосы 3 — главный трансмембранный белок. Спектрин–актиновый комплекс формирует сетеподобную структуру примембранного цитоскелета. С комплексом спектрин–актин, стабилизируя его, связан белок полосы 4.1. Анкирин через белок полосы 3 соединяет спектрин–актиновый комплекс с клеточной мембраной. [17]

· Гликофорины А, B, C, D, Е — трансмембранные сиалогликопротеины, их полисахаридные цепи содержат антигенные детерминанты, позволяющие типировать группы крови по системе MNS (43 известных фенотипа).

à Гликофорин A (PAS-2) ¾ главный сиалогликопротеин мембраны эритроцита. Внеклеточный N–конец молекулы служит рецептором вируса гриппа.

à Гликофорины B (PAS-3) и Е ¾ второстепенные сиалогликопротеины мембраны эритроцита.

à Гликофорины C и D образуются в результате альтернативного сплайсинга. Гликофорин C служит рецептором Plasmodium falciparum merozoites.

· Транспортёр глюкозы GLUT1 обеспечивает инсулин-зависимый трансмембранный перенос глюкозы в цитоплазму эритроцита (облегчённая диффузия). Глюкоза является основным источником энергии в зрелых эритроцитах. Путём гликолиза и/или гексозомонофосфатного шунта глюкоза расщепляется с образованием АТФ.

Гемоглобин

Практически весь объём лишённой органелл цитоплазмы эритроцита заполнен гемоглобином (Hb). Молекула Hb — тетрамер, состоящий из четырёх полипептидных цепей глобина, каждая из которых ковалентно связана с одной молекулой гема. Основная функция Hb — перенос O₂. Существует несколько типов Hb, образующихся на разных сроках развития и различающихся строением цепей глобина. Эмбриональные Hb появляются у 19-дневного эмбриона, присутствуют в эритроидных клетках в первые 3–6 месяцев беременности. Фетальный Hb (HbF) появляется на 8–36 неделях беременности и составляет 90–95% всего Hb плода. После рождения его количество постепенно снижается и к 8 месяцам составляет 1%. Дефинитивные Hb составляют основное количество Hb эритроцитов взрослого человека (96–98% — HbA₁, 1,5–3% — HbA₂), при этом эритроциты содержат и 0,5–1% HbF.

· Дефинитивные гемоглобины. HbA₁ состоит из двух a и двух b глобиновых СЕ (a₂b₂), HbA₂ состоит из двух a- и двух d-глобиновых СЕ (a₂d₂).

à Глобины. Синтез a-цепей глобина кодируют гены хромосомы 16, b-цепей — хромосомы 11. При мутациях этих генов нарушается или полностью блокируется образование одной или нескольких цепей глобина, что приводит к развитию анемии.

Талассемия ¾ гетерогенная группа генетических дефектов, характеризующихся отсутствием или сниженной экспрессией генов, кодирующих a- (a-талассемия) или b- (b-талассемия) цепи глобинов.

Серповидно-клеточная анемия. Эритроциты содержат HbS (мутация в 6-м положении b-цепи, Glu ® Val), имеют форму серпа, что увеличивает риск повреждения и гибели эритроцитов, приводящей к анемии.

à Гем построен из четырёх молекул пиррола, образующих порфириновое кольцо, в центре которого находится атом железа. Гем связывает кислород и высвобождает электроны для ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции. Недостаточность ферментов, необходимых для синтеза гема, — причина снижения количества Hb и развития гипохромной анемии.

d-Аминолевулинат дегидратаза. Недостаточность фермента приводит к развитию врождённой порфирии и сидеробластической анемии. При отравлении свинцом значительно снижается активность этого фермента, и развивается порфирия (плюмбопорфирия).

· Фетальный гемоглобин состоит из двух a и двух g глобиновых СЕ (a₂g₂). HbF обладает большим сродством к кислороду, что позволяет эритроцитам плода извлекать кислород из материнских эритроцитов, содержащих HbA.

2,3-Бифосфоглицерат. В зрелых эритроцитах матери 2,3-бифосфоглицерат (промежуточный продукт гликолиза) связывается с b-субъединицей глобина, что снижает сродство Hb к О₂ и способствует диссоциации О₂ из капилляров в ткани.

· Формы гемоглобина

à Оксигемоглобин. В лёгких при повышенном pO₂ Hb присоединяет O₂, образуя оксигемоглобин. Для присоединения и отделения O₂ необходимо, чтобы атом железа гема был в восстановленном состоянии (Fe₂⁺). При включении в гем трёхвалентного железа образуется метгемоглобин.

à Метгемоглобин — Hb с Fe₃⁺, прочно связывает O₂, так что отделение последнего затруднено. Это приводит к нарушениям газообмена в тканях (метгемоглобинемия). Образование метгемоглобина в эритроцитах может быть наследственным или приобретённым. В последнем случае это результат воздействия на эритроциты сильных окислителей. К ним относят нитраты и неорганические нитриты, лекарственные препараты (сульфаниламиды) и местные анестетики (лидокаин).

à Карбоксигемоглобин. Hb легче, чем с O₂, связывается с окисью углерода СО (угарный газ), образуя карбоксигемоглобин. При отравлении угарным газом больным назначают оксигенотерапию (100% O₂) с целью конкурентного замещения СО в молекуле Hb на O₂.

à Гликозилированный Hb (A_Ia1, A_Ia2, A_Ib, A_Ic). В норме Hb, связавший d-глюкозу, составляет менее 4% общего Hb крови. Содержание гликозилированного Hb увеличено при сахарном диабете пропорционально содержанию глюкозы в плазме крови.

Ферменты

Цитоплазма эритроцита содержит ферменты, обеспечивающие выполнение различных функций.

Ú Гликолиз (расщепление глюкозы с образованием АТФ).

Ú Газообмен (карбоангидраза катализирует реакцию Н₂О ± СО₂ « H⁺ ± НСО₃^–.

Ú Сохранение структуры клеточной мембраны и дисковидной формы клетки.

Ú Транспорт электролитов через цитолемму и обеспечение их оптимальной внутриклеточной концентрации.

Ú Поддержание в восстановленной форме Fe²⁺ в молекуле Hb.

Ú Сохранение Hb в растворённом состоянии.

Газообмен

Транспорт кислорода. Основной объём О₂ транспортирует Hb, частично O₂ растворён в крови (до 6%). Физически растворённый в крови кислород ¾ промежуточный этап перемещения O₂ из альвеол лёгких в эритроцит. Одна молекула Hb связывает четыре молекулы O₂ с образованием оксигемоглобина (рис. 6-2).

Транспорт углекислого газа. СО₂ транспортируется кровью преимущественно виде бикарбонат иона (НСО₃^–). В тканях СО₂ путём пассивного транспорта диффундирует в кровеносные капилляры. В эритроцитах под влиянием карбоангидразы CO₂ взаимодействует с H₂O, с образованием угольной кислоты (H₂CO₃), диссоциирующей на HCO₃^– и H⁺ (Н₂О ± СО₂ « H⁺ ± НСО₃^–). Через анионный транспортёр (белок полосы 3) бикарбонат ион (НСО₃^–) в обмен на анион Cl^– выходит в плазму, а Н⁺ связывается с дезоксигемоглобином. В капиллярах лёгких НСО₃^– транспортируется из плазмы обратно в эритроциты, где карбоангидраза катализирует реакцию Н⁺ ± НСО₃^– с образованием СО₂ и Н₂О.

Рис. 6-2. Газообмен. Парциальное давление O₂ (pО₂) в тканях равняется 40 мм рт.ст., что способствует диссоциации оксигемоглобина. O₂ свободно диффундирует из плазмы в ткани, а дезоксигемоглобин соединяется с Н⁺. В лёгких (pО₂ = 100 мм рт.ст.) комплекс «дезоксигемоглобин–Н⁺» диссоциирует, Н⁺ участвует в реакции Н⁺ ± НСО₃^– « СО₂ ± Н₂О, а дезоксигемоглобин связывается с O₂, образуя оксигемоглобин. [82]

Гибель эритроцитов

Разрушение эритроцитов, закончивших жизненный цикл, происходит в основном в селезёнке, а также в печени и костном мозге. Поскольку синтез ферментов в эритроците невозможен, со временем в нём снижается обмен веществ, нарушается форма, происходит деградация белков, появляются новые Аг. Такие стареющие клетки распознаются макрофагами и фагоцитируются. В эритроцитах так называемый «Аг старения» представлен в виде деградированного белка полосы 3. В сутки из кровотока удаляется 0,5–1,5% общей массы эритроцитов (40 000–50 000 клеток/мкл). При разрушении Hb глобины расщепляются до аминокислот, а из гема освобождаются ионы железа, СО и вердоглобин, который переходит в биливердин, восстанавливающийся в билирубин. Свободный билирубин в комплексе с альбумином транспортируется в печень. В гепатоцитах происходит конъюгация билирубина с глюкуроновой кислотой; в составе жёлчи связанный билирубин поступает в кишечник.

· Гемолиз — разрушение эритроцитов вследствие внутренних дефектов клетки (например, при наследственном сфероцитозе, серповидно-клеточной анемии), под влиянием экзогенных факторов (например, меди, мышьяка, бактериальных эндотоксинов), при пирексии (значительном повышении температуры тела), механическом повреждении эритроцитов во время прохождении через мелкие сосуды, в результате взаимодействия Аг эритроцита с присутствующими в плазме АТ (гемолитической анемия новорождённых). В результате гибели эритроцита содержимое клетки выходит в плазму, где a- и b‑димеры Hb связываются гаптоглобином и транспортируются в печень для разрушения. Гемолиз приводит к снижению общего количества циркулирующих эритроцитов (гемолитическая анемия).

· Внешние факторы, опосредующие гибель эритроцитов. К ним относятся: повышенная температура тела (гипертермия); токсины неорганические (медь, мышьяк) и органические (бактериальные эндотоксины); механические повреждения клетки (например, при прохождении через мелкие сосуды, в которых накапливаются нити фибрина, что типично для микроангиопатической гемолитической анемии); присутствующие в плазме АТ, реагирующие с Аг эритроцита, а также белки комплемента.

Обмен железа

Основное количество железа в организме входит в состав гема (Hb, миоглобин, цитохромы). Часть железа запасается в виде ферритина (в гепатоцитах) и гемосидерина (в клетках фон Купффера, макрофагах костного мозга и селезёнки). Некоторое количество находится в лабильном состоянии в плазме в связи с трансферрином. Большая часть железа, необходимого для синтеза гема, извлекается из разрушенных эритроцитов. Только 5% железа для эритропоэза поставляется извне с пищей. Железо, поступающее с пищей, накапливается в эпителиальных клетках (энтероцитах) слизистой оболочки тонкого кишечника. В высвобождении железа из энтероцита и поступлении в кровь участвуют белок апикальной мембраны энтероцита транспортёр бивалентных металлов DCT2 (Divalent Cation Transporter, ген SLC11A2), трансмембранный белок базолатеральной мембраны энтероцита ферропортин (FPN1, ген SLC40A1) и феррооксидаза. Железо в комплексе с белком плазмы трансферрином транспортируется в красный костный мозг и в печень, где комплекс «железо–трансферрин» взаимодействует с рецептором трансферрина RTf1 клеток эритроидного ряда и гепатоцитов, соответственно, и путём эндоцитоза поступает в клетку. Эндосомальное окисление ведёт к отделению железа, которое транспортируется из эндосом при участии транспортёра бивалентных металлов 1 DMT1, трансмембранного переносчика Fe, функционирующего только при низких pH. Свободный трансферрин возвращается в плазму, а Trfr1 — на клеточную поверхность. При разрушении эритроцитов в селезёнке, печени и костном мозге высвобождаемое из гема железо транспортируется трансферрином в костный мозг, а часть железа включается в состав ферритина и гемосидерина.

Железодефицитная анемия развивается при недостаточном поступлении железа извне. Гемохроматоз, обусловленный мутацией гена HFE, — избыточное накопление железа (в составе ферритина и гемосидерина) в макрофагах, гепатоцитах, кардиомиоцитах, поджелудочной железе, что может вызвать повреждение клеток с последующим развитием цирроза печени, бронзовой пигментации кожи, бронзового диабета.

Группы крови

В мембране эритроцита присутствует множество антигенных детерминант (Аг), взятых за основу для определения групповой принадлежности крови (табл. 6-4).

Таблица 6-4. Системы групп крови

Имя	Символ	Ген(ы)	Соединение
AB0	AB0	AB0	Галактозил(амино)трансфераза
Chido/Rodgers	CH/RG	C4A, C4B
Colton	CO	AQP1	Аквапорин 1
Cromer	CROM	DAF	CD55
Diego	DI	SLC4A1	Анионообменник, полоса 3 эритроцита
Dombrock	DO	DO	АДФ-рибозил трансфераза 4
Duffy	FY	FY	Рецептор ИЛ8
Gerbich	GE	GYPC	Гликофорины C,D
Globoside	GLOB	B3GALT3	b-1,3-Галактозилтрансфераза 3
GIL	GIL	AQP3	Аквапорин 3
H	H	FUT1	Фукозилтрансфераза 1
I	I	GCNT2	Глюкозаминил (N–ацетил) трансфераза 2
Indian	IN	CD44	Десмойокин
John Milton Hagen	JMH	SEMA7A	Семафорин 7А
Kell	KEL	KEL	Zn-зависимая эндопептидаза
Kidd	JK	SLC14A1	Переносчик мочевины
Knops	KN	CR1	Рецептор 1 комплемента
Kx	XK	XK	Трансмембранный белок
Landsteiner–Wiener	LW	ICAM4	Молекула межклеточной адгезии CAM4
Lewis	LE	FUT3	Фукозилтрансфераза 3
Lutheran	LU	LU	Молекула адгезии B–лимфоцитов
MNS	MNS	GYPA, GYPB, GYPE	Гликофорины A, B, E
Ok	OK	BSG	Базигин (эммприн)
P	P1	P1	Олигосахарид (параглобозид)
Raph	RAPH	CD151	CD151
Rh	RH	RHD, RHCE
Scianna	SC	ERMAP
Xg	XG	XG, MIC2	Поверхностноклеточный Аг с 50%-й гомологией с CD99
Yt	YT	ACHE	Ацетилхолинэстераза

По классификации Международного Общества Переливания Крови (The International Society of Blood Transfusion — ISBT), 2003 [26]

В клинике при переливании крови (гемотрансфузия) или её компонентов (эритроцитарная масса, плазма) биологическую совместимость крови донора и реципиента определяют по Аг систем AB0 (4 группы) и Rh (2 группы).

· Группы крови AB0. Аллели гена АВ0 кодируют три полипептида (А, В, 0), два из них функционально активны (гликозилтрансферазы А и В), а полипептид 0 ¾ не активен. На последнем этапе синтеза липидов мембраны эритроцита гликозилтрансферазы А и В модифицируют полисахаридные цепи макромолекул (агглютиногенов), определяющих групповую принадлежность крови. В зависимости от характера экспрессии аллелей гена АВ0 в мембране эритроцита агглютиногены могут отсутствовать (экспрессия полипептида 0 ¾ группа крови I). При экспрессии гликозилтрансферазы А синтезируется агглютиноген А (группа крови II). В случае экспрессии гликозилтрансферазы В синтезируется агглютиноген В (группа крови III). Если экспрессируются аллели гена, кодирующие функциональные гликозилтрансферазы, то синтезируются агглютиногены А и В (группа крови IV). АТ к агглютиногенам (гемагглютинины a и b) образуются к 3-му месяцу жизни в результате латентной иммунизации Аг микрофлоры кишечника, перекрёстно реагирующими с агглютиногенам групп крови.

· Резус (Rh) фактор. К Rh-положительным относятся лица, у которых в мембране эритроцита экспрессируются полипептиды Rh(D), Rh(CE) и Rh(AG). Rh(D) считается главным фактором групповой принадлежности по резус-фактору и обладает выраженной иммуногенностью.

Резус-конфликт (несовместимость) имеет клиническое значение в акушерской практике. При беременности Rh-отрицательной матери Rh-положительным плодом у матери образуются АТ к Rh–белкам плода. Первая беременность не отразится на развитии плода, но при второй беременности Rh-положительным плодом разовьётся гемолитическая болезнь новорождённого в результате взаимодействия материнских АТ с Rh–белкам в мембране эритроцитов плода.

Лейкоциты

В 1 л крови взрослого здорового человека содержится 3,8–9,8´10⁹ лейкоцитов — клеток шаровидной формы. В цитоплазме лейкоцитов находятся гранулы — специфические (вторичные) и азурофильные (лизосомы). В зависимости от типа гранул лейкоциты делят на гранулоциты (зернистые) и агранулоциты (незернистые). Гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы) содержат специфические и азурофильные гранулы. В цитоплазме агранулоцитов (моноцитов, лимфоцитов) присутствуют только азурофильные гранулы. Для гранулоцитов характерно дольчатое сегментированное ядро разнообразной формы, в связи с чем их называют полиморфноядерными лейкоцитами. Лимфоциты и моноциты имеют несегментированное ядро, их называют мононуклеарными лейкоцитами. Лейкоциты участвуют в защитных реакциях: уничтожают микроорганизмы, захватывают инородные частицы и продукты распада тканей, осуществляют реакции гуморального и клеточного иммунитета.

Лейкоциты используют кровоток как средство пассивного транспорта. Они содержат сократительные белки (актин, миозин), что позволяет им выходить из кровеносных сосудов (посткапиллярных венул). Выходу из сосуда предшествует роллинг (от англ. rolling — качение) лейкоцита по поверхности эндотелия и последующая фиксация лейкоцитов к эндотелию (см. также главу 10). Активированные лейкоциты экспрессируют молекулу адгезии селектин гликопротеин лиганд 1 (PSGL-1) (P-Selectin Glycoprotein Ligand 1). Молекулы адгезии P-селектин (CD62P), E-селектин (CD62E) и PSGL-1 опосредуют контакт лейкоцита с поверхностью эндотелиальной клетки сосуда; взаимодействие P-селектин–PSGL-1 поддерживает роллинг, а также, совместно с другими адгезионными молекулами, усиливает его прилипание к эндотелию. Под влиянием факторов хемотаксиса из поврежденных тканей и бактериальных продуктов адгезия эндотелиальных клеток и лейкоцитов усиливается вследствие появления на поверхности лейкоцитов молекул интегринов (CD18, CD11a, CD11b, CD11c), которые связываются со своими рецепторами в плазмолемме эндотелиальных клеток (молекулы межклеточной адгезии (ICAM1 и ICAM2). Лейкоциты выходят в окружающую сосуд (посткапиллярную венулу) ткань, проникая между эндотелиальными клетками (диапедез) и разрушая секретируемыми ими ферментами базальную мембрану эндотелия. Последующую направленную миграцию лейкоцитов (хемокинез, хемотаксис) контролируют различные вещества (в т.ч. хемоаттрактанты).

Количество лейкоцитов. Изменяющаяся потребность в отдельных типах лейкоцитов отражается в увеличении (-цитозы, иногда -филии) или уменьшении (-пении) их числа в циркулирующей крови Например, при острых бактериальных инфекциях в крови увеличивается число нейтрофилов (нейтрофильный лейкоцитоз). При вирусных и хронических инфекциях происходит увеличение числа лимфоцитов (лимфоцитоз), при паразитарных инфекциях — эозинофилия.

Нейтрофилы

Нейтрофилы — наиболее многочисленные из лейкоцитов (рис. 6-3, рис. 6-1А). Они составляют 40–75% общего количества лейкоцитов. Размеры нейтрофила: в мазке крови — 12 мкм; диаметр нейтрофила, мигрирующего в тканях, увеличивается почти до 20 мкм. Нейтрофилы образуются в костном мозге, выходят в кровоток и циркулируют 8–12 часов. Продолжительность жизни — около 8 суток. Старые клетки фагоцитируются макрофагами. Выделяют три пула нейтрофилов: циркулирующий, пограничный и резервный. Циркулирующий пул — нейтрофилы, находящиеся в кровотоке. При инфицировании организма их количество возрастает в течение 24–48 часов в несколько (до 10) раз за счёт пограничного пула, а также за счёт ускоренного выхода резервных клеток из костного мозга. Пограничный пул состоит из нейтрофилов, связанных с эндотелиальными клетками мелких сосудов многих органов, особенно лёгких и селезёнки. Резервный пул составляют зрелые нейтрофилы костного мозга.

Морфология

Ядро зрелой клетки — сегментоядерного нейтрофила — состоит из 3–5 сегментов, соединённых тонкими перемычками, хроматин сильно конденсирован. В нейтрофилах у женщин один из сегментов ядра содержит вырост в форме барабанной палочки — тельце Барра. Тельце Барра заметно у 3% нейтрофилов в мазке крови женщин.

В крови также содержатся палочкоядерные нейтрофилы — незрелые формы клеток с подковообразным ядром. В норме их количество составляет 3–6%. Нейтрофил содержит большое количество гликогена. Энергия, полученная путём гликолиза, позволяет клетке существовать в бедных кислородом повреждённых тканях. Количество митохондрий и органелл, необходимых для синтеза белка, минимально; поэтому нейтрофил не способен к продолжительному функционированию. В плазмолемму нейтрофилов встроены рецепторы молекул адгезии, цитокинов, колониестимулирующих факторов, опсонинов (Fc–фрагментов IgG и белков комплемента), медиаторов воспаления.

Рис. 6-3. Нейтрофил. Ядро состоит из 3–5 сегментов, соединённых тонкими перемычками. В цитоплазме — минимальное количество органелл, но много гранул гликогена. Нейтрофил содержит небольшое количество азурофильных гранул и многочисленные мелкие специфические гранулы. [17]

Азурофильные гранулы (красновато-пурпурного цвета на окрашенном мазке) — специализированные лизосомы нейтрофилов. Азурофильные гранулы являются основным депо лизосомных кислотозависимых гидролаз, содержат мембранные белки лизосом CD63/LAMP3 и CD68; однако, LAMP1 или LAMP2, типичные для лизосом, отсутствуют. Азурофильные гранулы содержат различные белки, разрушающие компоненты внеклеточного матрикса и обладающие антибактериальной активностью. В гранулах присутствуют миелопероксидаза, протеиназа 3 (миелобластин), азуроцидин, эластаза, катепсины A, C, D, E, G, L, дефензины, катионные белки, лизоцим, арилсульфатаза.

Дефекты азурофильных гранул характерны для синдрома Шедьяка–Хигаши. Ген CHS1, ассоциированный с синдромом, кодирует LYST — цитоплазматический белок 430 кД, участвующий в формировании вакуолей и транспорте белков. При синдроме нарушена направленность миграции нейтрофилов при хемотаксисе вследствие дефекта сборки микротрубочек.

· Миелопероксидаза (MPO) составляет 2–4% массы нейтрофила, катализирует образование хлорноватистой кислоты HOCl и других токсических агентов, значительно усиливающих бактерицидную активность нейтрофилов. Недостаточность миелопероксидазы — причина снижения или отсутствия сопротивляемости организма к бактериальной и грибковой инфекциям. Врождённая недостаточность миелопероксидазы возникает в большинстве случаев вследствие мутация гена MPO. Нейтрофилы с дефицитом миелопероксидазы продуцируют необходимое количество H₂O₂, но не способны конвертировать H₂O₂ в HOCl.

· Протеиназа 3 (миелобластин) (PRTN3) усиливает воспаление; расщепляет эластин. При гранулёматозе Вегенера в организме появляются аутоантитела против протеиназы 3.

· Азуроцидин (NAZC) — сериновая протеаза с антибактериальной активностью (белок с M_r 29 кД).

· Эластаза нейтрофилов (медуллазин) (ген ELA2) — сериновая протеаза, в большом количестве содержащаяся совместно с азуроцидином и протеиназой 3 в азурофильных гранулах. Кроме азурофильных гранул, эластаза также может иметь мембранную локализацию. Эластаза осуществляет протеолиз коллагена типа IV, эластина и других белков внеклеточного матрикса, что происходит при дегенеративных и воспалительных заболеваниях. Эластаза разрушает наружный мембранный белок A (OmpA) поверхности грамотрицательных бактерий, модифицирует функции моноцитов, гранулоцитов, NK–клеток.

Мутации ELA2 являются причиной циклического гемопоэза (циклической нейтропении) и тяжёлой врождённой нейтропении. При циклическом гемопоэзе выброс лейкоцитов из костного мозга происходит с периодичностью в 21 день. Количество циркулирующих нейтрофилов варьирует от нормального до нуля. В периоды нейтропении у больных резко возрастает риск развития оппортунистических инфекций. Количество моноцитов, лимфоцитов, ретикулоцитов, тромбоцитов колеблется с той же цикличностью.

· Дефензины повышают проницаемость мембран грамотрицательных бактерий.

· Катепсин C (CTSC) (дипептидилпептидаза I, DPPI) — лизосомная протеаза, функция которой заключается в отщеплении дипептидов у белкового субстрата, обладает также эндопептидазной активностью. Кроме нейтрофилов, ген CTSC экспрессируется в высокой степени макрофагами и их предшественниками, а также в участках эпителия, вовлекаемых в синдром Лефевра–Папийона. Синдром Лефевра–Папийона (Папийона–Лефевра кератодермия) — наследственная болезнь, характеризующаяся ороговением кожи ладоней и подошв в сочетании с почти полным выпадением зубов вследствие разрушения альвеолярных отростков челюстей; наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Синдром ассоциирован с мутациями гена катепсина C.

· Катепсин G при нейтральном рН убивает грамположительные и грамотрицательные бактерии. Дефицит катепсина G и связанное с ним нарушение бактерицидной активности нейтрофилов обнаружены при синдроме Шедьяка–Хигаши.

· Катепсин L (CTSL) — лизосомный белок семейства цистеиновых протеиназ, играет большую роль во внутриклеточном катаболизме белка. Катепсин L протеолитически инактивирует ингибитор a-1 протеазы — главный контролирующий элемент активности эластазы нейтрофила. Субстратом катепсина L могут быть также эластин и коллаген. Катепсин L вовлечён в различные патологические процессы, в том числе в некроз миофибрилл при миопатиях и при ишемии миокарда, а также в реакции канальцев почки на протеинурию.

· Лизоцим разрушает стенку бактерий (лизис).

· Повышающий проницаемость бактерий белок BPI (Bactericidal Permeability-Increasing protein) (надсемейство bpi/lbp/plunk, семейство bpi/lbp) обладает бактерицидной активностью по отношению к грамотрицательным микроорганизмам; связывает липополисахариды (LPS) наружной оболочки бактерий.

Специфические гранулы (окрашиваемые в оранжево-розовый цвет) значительно мельче азурофильных, но вдвое многочисленнее. Гранулы содержат белки, обладающие бактериостатическими свойствами и разрушающие внеклеточный матрикс: лактоферрин, витамин B₁₂‑связывающие белки, лизоцим, металлопротеиназы (желатиназу и коллагеназу, липокалин), щелочную фосфатазу, катионные белки (кателицидин).

· Лактоферрин имеет выраженные бактериостатические свойства за счёт связывания металлосодержащих факторов роста микроорганизмов; связывает также свободные радикалы, продуцируемые нейтрофилами и повреждающие как сами клетки, так и окружающие ткани.

· Витамин B₁₂-связывающие белки. Пример подобных белков в составе специфических гранул — транскобаламин I, возможно, ингибирующий кобальт-зависимые реакции свободных радикалов.

· Металлопротеиназы. Желатиназа и коллагеназа разрушают белки внеклеточного матрикса, могут активировать хемокины.

Липокалин 2 (онкоген 24p3, ассоциированный с нейтрофильной желатиназой липокалин, утерокалин, NGAL) (ген LCN2) — связывает бактериальные катехолатного типа сидерофоры, являясь мощным бактериостатическим агентом в условиях с ограниченным содержанием железа. Связывание липокалина 2 с бактериальными сидерофорами и угнетение роста бактерий — одно из центральных звеньев врождённого иммунитета.

· Кателицидин (LL-37, порцин) (ген CAMP) — катионный белок 18 кД, антибактериальный белок специфических гранул нейтрофилов, связывается с бактериальными LPS. Вне клетки CAMP расщепляется протеиназой 3 (или другими сериновыми протеазами азурофильных гранул) с образованием антимикробного белка LL-37. Кателицидин не только проявляет мощную бактерицидную активность против грамотрицательных и грамположительных бактерий, но также является хемоаттрактантом для клеток иммунной защиты.

Рецепторы. В плазмолемму нейтрофилов встроены рецепторы молекул адгезии, цитокинов, колониестимулирующих факторов (CSF), опсонинов, медиаторов воспаления и бактериальных продуктов.

· Рецепторы колониестимулирующих факторов G-CSF, GM-CSF экспрессируют не только предшественники нейтрофилов, но и дифференцированные клетки. G-CSF и GM-CSF усиливают функцию нейтрофила, повышая активность комплекса НАДФH-оксидазы. Синдром Костманна развивается при точечной мутации гена рецептора G-CSF.

· Рецепторы опсонинов связывают Fc–фрагменты IgG, белки комплемента C3a, C3b, C3bi, C4b, C5a.

· Рецепторы медиаторов воспаления, например, лейкотриена В₄, фактора активации тромбоцитов, C5a.

· Рецепторы хемоаттрактантов, например, f-Met-Leu-Phe (табл. 6-4).

Активация и хемотаксис. Биологически активные соединения различного происхождения (например, содержимое гранул тромбоцитов, метаболиты арахидоновой кислоты, продукты жизнедеятельности бактерий), воздействуя на нейтрофилы, стимулируют их активность. Многие из этих веществ в то же время являются хемоаттрактантами, по градиенту концентрации которых происходит миграция нейтрофилов (табл. 6-5). Важное значение среди хемоаттрактантов имеют N–формилметионилпептиды (например, f-Met-Leu-Phe), образуемые при расщеплении бактериальных белков или белков митохондрий (при повреждении клеток).

Рецепторы N–формилметионилпептидов. Связывание с этими рецепторами их лигандов приводит к активации нейтрофилов (выход из сосудистого русла, миграция в очаг воспаления, дегрануляция нейтрофилов, образование супероксидов).

Таблица 6-5. Факторы хемотаксиса нейтрофилов

Вещество	Источник
N–формил-метионил пептиды (например, f-Met-Leu-Phe)	Продукт распада бактериальных белков и белков митохондрий
C5a, C5a-des-Arg*	Продукты метаболизма компонентов комплемента
Фактор 4 тромбоцитов	Тромбоциты
Фактор роста из тромбоцитов (PDGF)	Тромбоциты
Фактор активации тромбоцитов (PAF)	Тромбоциты, моноциты, макрофаги
Метаболиты арахидоновой кислоты (например, лейкотриен LTB4)	Активированные нейтрофилы и др. клетки крови
Фактор хемотаксиса эозинофилов (ECF)	Тучные клетки
Фактор хемотаксиса нейтрофилов (NCF)	Тучные клетки
Лимфокины	Стимулированные Аг или митогенами T–лимфоциты

* C5a-des-Arg — белок комплемента C5a без концевого аргинина

Адгезия. Активированный нейтрофил прикрепляется к эндотелию сосуда в участке, ближайшем к месту воспаления. Адгезию к эндотелию стимулируют многие агенты: анафилатоксины, ИЛ1, тромбин, фактор активации тромбоцитов (PAF), TNFa, лейкотриены LTC₄ и LTВ₄ и др. Начальное взаимодействие между нейтрофилом и эндотелиальной клеткой опосредовано селектинами. Они индуцируются на эндотелии медиаторами воспаления и связываются с молекулами адгезии, в т.ч. интегринами, нейтрофила. К семейству ß₂-интегринов нейтрофила относятся молекулы адгезии LFA-1 (CD11a/CD18), Mac-1 (CD11b/CD18, CR3), p150 (CD11c/CD18, CR4) и CD11d/CD18. Все 4 молекулы участвуют в адгезии нейтрофила к эндотелиальной клетке. Плотная адгезия опосредуется молекулами адгезии VCAM, ICAM эндотелия, связывающимися с интегринами нейтрофилов: LFA-1 связывает ICAM-1, а Mac-1 связывает ICAM-2. Связывание усиливается конформационными изменениями в интегринах в ответ на хемокины и усилением экспрессии ICAM в ответ на медиаторы воспаления. После связывания интегринов с ICAM нейтрофил останавливается, меняет форму (распластывается) и проходит между эндотелиальными клетками, взаимодействуя с ними через тромбоцит-эндотелиальная клетка молекулу адгезии 1 (PECAM-1) (Platelet-Endothelial Cell Adhesion Molecule-1). Для разрушения базальной мембраны нейтрофил секретирует гидролазы.

Недостаточность адгезии лейкоцитов (LAD) (Leukocyte Adhesion Deficiency) обусловлена дефектами экспрессии или функции молекул адгезии: LAD I развивается вследствие мутации гена, кодирующего CD18 (ITGB2) — общую b-субъединицу для всех b₂-интегринов, в результате недостаточна экспрессия всех b₂-интегринов. В отсутствие адгезии наблюдается значительная недостаточность трансэндотелиальной миграции нейтрофила, что клинически проявляется в виде возвратных инфекций.

Миграция. После прикрепления к эндотелию и выхода из сосуда нейтрофилы увеличиваются в размерах, удлиняются и становятся поляризованными, образуя широкий головной конец (ламеллоподия) и суженную заднюю часть. Быстрое изменение формы нейтрофила происходит в ответ на сигналы, поступающие из очага воспаления. Нейтрофил, продвигая вперёд ламеллоподию, мигрирует к источнику хемоаттрактанта. При этом гранулы перемещаются к головному концу, их мембраны сливаются с плазмолеммой, и происходит выброс содержимого гранул (в т.ч. протеаз) из клетки (дегрануляция).

В изменении формы активированного нейтрофила участвует кальпаин — нелизосомная цистеиновая Ca²⁺-связывающая протеаза, присутствующая в цитоплазме клетки. Высокая активность кальпаина в покоящихся нейтрофилах угнетает образование псевдоподий и миграцию клеток. Подавление активности (ингибирование) кальпаина способствует поляризации и миграции нейтрофила. Кальпаин регулирует направленную миграцию нейтрофила по градиенту концентрации хемоаттрактанта, модулируя активность Rho ГТФаз Cdc42 и Rac. Активность кальпаина в активированном нейтрофиле проявляется асимметрично. В результате взаимодействия с хемоаттрактантом в ведущем крае поляризованного нейтрофила падает содержание фосфоинозитолфосфата, что ведёт к снижению активности кальпаина, тогда как в задней суженной части эта активность остается высокой. Такая асимметричная активность кальпаина может направлять движение клетки, регулируя образование псевдоподий и активацию Cdc42 и Rac на ведущем конце, в то же время предотвращая активность ГТФаз в задней части клетки.

Кальпаины (CAPN) (гены NCL) относятся к нелизосомным цистеиновым протеазам, активность которых регулируется Ca²⁺. CAPN1 и CAPN2 экспрессируются в различных клеточных типах; CAPN3 преобладает в скелетных мышечных волокнах. Молекула кальпаинов представляет собой гетеродимер, образованный неизменной малой субъединицей и вариабельной большой субъединицей. Большая субъединица содержит домен цистеиновой протеазы; обе субъединицы содержат Ca²⁺-связывающие домены. Кальпаины — протеазы, участвующие в таких клеточных процессах, как апоптоз, пролиферация, адгезия, распластывание клетки с последующей миграцией. Кальпаины контролируют клеточную миграцию, регулируя динамику повторных циклов сборки и разборки интегриновых комплексов адгезии, с одной стороны, и формирования (с участием актина) псевдоподий, с другой стороны. Активность кальпаинов играет центральную роль в миграции лейкоцитов, внося вклад в развитие воспаления. Кальпаины участвуют в регуляции миграции опухолевых клеток и их инвазивных свойств. Продукты экспрессии многих генов, ассоциированных с канцерогенезом (в том числе Fos, Jun, p53, ESR1), являются субстратом для кальпаинов.

Побочные эффекты. Миграция нейтрофилов в очаги воспаления может привести к обширным локальным повреждениям вследствие выхода токсичного для тканей содержимого гранул нейтрофилов.

Функция

Нейтрофилы обладают выраженной фагоцитарной активностью и участвуют в острой воспалительной реакции. Главная функция — фагоцитоз опсонизированных микроорганизмов. Фагоцитоз и последующее переваривание материала происходят параллельно с образованием метаболитов арахидоновой кислоты и респираторным взрывом.

Распознавание

Специфическое распознавание подлежащего фагоцитозу объекта осуществляется при помощи рецепторов к опсонинам (Fc–фрагменты АТ и белки комплемента, связавшиеся с бактериями). Опсонизация резко усиливает фагоцитарную активность нейтрофилов. Неопсонизированные микроорганизмы устойчивы к фагоцитозу и поэтому весьма патогенны. Связывание рецепторов опсонинов нейтрофила вызывает в клетке респираторный взрыв, который, в свою очередь, запускает процесс фагоцитоза.

Нейтрофил способен распознавать бактерии без предварительной их опсонизации, через TLR (Toll-Like Receptors). Интегрины нейтрофила Mac-1 (CD11b/CD18) и p150 (CD11c/CD18) также участвуют в прямом распознавании и связывании микроорганизмов Leishmania spp., Bordetella spp., Candida spp. и Histoplasma capsulatum. Однако, в большинстве случаев нейтрофил распознаёт опсонизированные бактерии.

Респираторный взрыв

Нейтрофилы в течение первых секунд после стимуляции резко увеличивают поглощение кислорода и быстро расходуют значительное его количество. Это явление известно как респираторный (кислородный) взрыв. При этом образуются токсичные для микроорганизмов H₂O₂, супероксид O₂^– и гидроксильный радикал ОH^–. Супероксид O₂^– образуется с участием комплекса НАДФH⁺-оксидазы.

НАДФH⁺-оксидаза

Система НАДФH⁺-оксидазы является частью биохимического пути, регулирующего поток электронов к различным субстратам. Система состоит из 5 белковых субъединиц, образующих комплекс НАДФH⁺-оксидазы, и регуляторного белка Rac-2 (рис. 6-4).

Гликопротеины gp91 (91 кД, ген gp91^phox) и p22 (22 кД, ген p22^phox) — мембранные компоненты комплекса; цитоплазматические компоненты — белки p47 (47 кД, ген p47^phox), p67 (67 кД, ген p67^phox) и p40.

Сигнальные события на клеточной поверхности приводят к связыванию ГТФ с Rac-2 в цитоплазме. Rac-2 затем связывает и стабилизирует цитоплазматический белок p67, который фосфорилируется протеинкиназой C. Фосфорилирование p47 ведёт к его взаимодействию с цитоскелетом и транслокации в мембрану.

В активированном нейтрофиле мембранные белки gp91^phox и p22^phox взаимодействуют с цитоплазматическими компонентами комплекса — 47 кД (p47^phox) и 67 кД (p67^phox). Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (G6PD) конвертирует глюкозо-6-фосфат в 6-фосфоглюконолактон, генерируя НАДФH и H⁺ из НАДФ⁺. НАДФH-оксидаза катализирует восстановление O₂ (удаление электрона) с образованием супероксида O^–₂. Сам супероксид O₂^– обладает слабой антимикробной активностью. С участием супероксиддисмутазы из супероксида O₂^– образуется H₂O₂ и свободный радикал OH^–. Миелопероксидаза MPO конвертирует H₂O₂ в хлорноватистую кислоту HOCl. H₂O₂, OH^– и HOCl обладают выраженной бактерицидной активностью. Хлорноватистая кислота HOCl (HOCl^–, отбеливатель) затем конвертируется в свободный хлор (Cl₂).

Хронический гранулёматоз — гетерогенное заболевание, вызванное дефектом любого составляющего системы НАДФH⁺-оксидазы. Наиболее часто встречающаяся форма хронического гранулёматоза (у 70% пациентов) связана с X–хромосомой и обусловлена мутацией гена белка gp91 (91 кД, ген gp91^phox) Дефекты генов всех субъединиц, за исключением p40^phox, могут быть причиной хронического гранулёматоза.

Рис. 6-4. Система НАДФH⁺-оксидазы и её функция. Комплекс НАДФH⁺-оксидазы состоит из 5 структурных гликопротеинов и регулятора Rac-2. Комплекс продуцирует супероксид O₂^–, высвобождаемый внеклеточно или в первичную фагосому. [106]

Фагоцитоз

Фагоцитоз осуществляется в несколько этапов. После предварительного специфического распознавания подлежащего фагоцитозу материала происходит инвагинация мембраны нейтрофила вокруг частицы и образование фагосомы. Далее в результате слияния фагосомы с лизосомами образуется фаголизосома, после чего происходит уничтожение бактерии и разрушение захваченного материала. Для этого в фаголизосому поступают: лизоцим, катепсин, эластаза, лактоферрин, дефензины, катионные белки; миелопероксидаза; супероксид О₂^– и гидроксильный радикал ОН^–, образующиеся (наряду с Н₂О₂) при респираторном взрыве. После единственной вспышки активности нейтрофил погибает. Такие нейтрофилы составляют основной компонент гноя (гнойные клетки). В состав гноя также входят погибшие макрофаги, бактерии, тканевая жидкость.

Дефекты нейтрофилов

Различные генные дефекты, значительно ухудшающие функции нейтрофилов, зарегистрированы при синдромах Йова, Костманна, Шедьяка-Хигаши, синдроме ленивых лейкоцитов, недостаточности миелопероксидазы и катепсина G (табл. 6-6, 6-7).

Таблица 6-6. Расстройства фагоцитарной функции

Патология и тип наследования	Признаки	Клиника	Диагностика
Хронические гранулёматозы	Недостаточность НАДФ-оксидазы (невозможность респираторного взрыва)	Гранулёмы, гепатоспленомегалия, лимфаденит, афтозный стоматит, себорейный дерматит	Тест с нитросиним тетразолием
Синдром Шедьяка-Хигаши (r)	Нарушения хемотаксиса, миграции нейтрофилов и внутриклеточного бактериолиза	Частые вирусные и кишечные бактериальные инфекции, частичный альбинизм кожи и радужки, нейтропения	Гигантские лизосомы
Дефекты молекул адгезии (r)	Снижение хемотаксиса, миграции нейтрофилов и поглощения объектов фагоцитоза	Замедленное отделение пуповины и омфалит; холодные кожные абсцессы, некротизирующие абсцессы мягких тканей	Длительный гранулоцитоз
Синдром Йова (r)	Редуцированный хемотаксис	Стафилококковые инфекции, холодные абсцессы кожи, кандидоз	Эозинофилия, выраженное увеличение IgE

Таблица 6-7. Функциональные и морфологические дефекты нейтрофилов [81]

Заболевание	Характеристика	Клиника
Синдром Шедьяка-Штайнбринка-Хигаши	Большие цитоплазматические гранулы в нейтрофилах, лимфоцитах и моноцитах	Рецидивирующие инфекции
Хроническая гранулёматозная болезнь	Дефектное образование пероксидов; каталаза+-микроорганизмы фагоцитируются, но не уничтожаются	Рецидивирующие инфекции
Недостаточность адгезии лейкоцитов	Дефекты фагоцитоза и хемотаксиса нейтрофилов	Рецидивирующие инфекции
Недостаточность миелопероксидазы	Снижена эффективность функции лизосом	Грибковые инфекции
Недостаточность других ферментов	Недостаток глутатион-редуктазы, каталазы	Нет
Аномалия Мая-Хегглина	Тельца Дёле в гранулоцитах и моноцитах; гигантские тромбоциты	Иногда тромбоцитопения
Аномалия Пельгера-Хюэта	Двудольные или однодольные гранулоциты	При миелолимфодисплазии — цитопения, инфекции

Эозинофилы

Эозинофилы (рис. 6-5, рис. 6-1А) составляют 1–5% лейкоцитов, циркулирующих в крови. Их количество изменяется в течение суток и максимально утром. Эозинофилы в течение нескольких дней после образования остаются в костном мозге, затем циркулируют в крови 3–8 часов, большинство из них выходит из кровотока. Эозинофилы мигрируют в ткани, контактирующие с внешней средой (слизистые оболочки дыхательных и мочеполовых путей, кишечника). Размер эозинофила в крови >12 мкм, увеличивается после выхода в соединительную ткань до 20 мкм. Продолжительность жизни — предположительно 8–14 дней.

Морфология

Ядро эозинофила состоит из двух крупных сегментов, соединённых тонкой перемычкой (сегментоядерный эозинофил). Цитоплазма содержит хорошо развитую гранулярную эндоплазматическую сеть, небольшое количество цистерн гладкой эндоплазматической сети, скопления рибосом, отдельные митохондрии и много гликогена. Эозинофилы имеют мембранные рецепторы Fc-IgG, IgM и IgE, компонентов комплемента C1s, C3a, C3b, C4 и C5a, эотаксина, ИЛ5.

Рис. 6-5. Эозинофил. Ядро эозинофила обычно образует два крупных сегмента, соединённых тонкой перемычкой. Содержит умеренное количество типичных органелл, гликоген. Крупные гранулы овоидной формы содержат электроноплотный материал — кристаллоид. Клетка образует цитоплазматические выросты, при помощи которых мигрирует в тканях. [17]

Специфические гранулы. В цитоплазме эозинофила присутствуют крупные и мелкие специфические гранулы с выраженной ацидофилией (красно-оранжевые). Крупные гранулы размером 0,5–1,5 мкм имеют овоидную форму и содержат удлинённый кристаллоид. Кристаллоид имеет структуру кубической решётки и состоит в основном из антипаразитарного агента — главного щелочного белка (MBP). Между мембраной гранулы и кристаллоидом находится аморфный матрикс. В гранулах также присутствуют нейротоксин (белок X), пероксидаза эозинофила EPO, гистаминаза, фосфолипаза D, гидролитические ферменты, кислая фосфатаза, коллагеназа, цинк, катепсин. Мелкие гранулы содержат арилсульфатазу, кислую фосфатазу, пероксидазу, катионный белок эозинофилов ECP.

Рецепторы. Эозинофилы имеют мембранные рецепторы Fc–фрагментов IgG, IgM и IgE, компонентов комплемента C1s, C3a, C3b, C4 и C5a.

Метаболическая активность. Как и нейтрофилы, активированные эозинофилы продуцируют метаболиты арахидоновой кислоты, включая лейкотриен LTС₄ и PAF.

Активация. Эозинофилы активируются множеством факторов. Это ИЛ2, ИЛ3, ИЛ5; колониестимулирующие факторы GM-CSF, G-CSF; факторы, происходящие из эндотелия; PAF; TNF; интерфероны; белки комплемента, паразитарные факторы и др.

Хемотаксис. Активированные эозинофилы перемещаются по градиенту многих факторов хемотаксиса — бактериальных и паразитарных факторов, фактора хемотаксиса эозинофилов (ECF) и гистамина из тучных клеток, белков комплемента, эотаксина, ИЛ5.

Функции

Эозинофил участвует в уничтожении паразитов, в аллергических и воспалительных реакциях; при этом секретируется содержимое гранул и одновременно происходит респираторный взрыв. После дегрануляции эозинофилы подвергаются апоптозу.

Уничтожение паразитов. Эозинофилия возникает при многих паразитарных болезнях. Эозинофилы особенно активно уничтожают паразитов в местах их внедрения в организм. Активированный эозинофил выделяет содержимое гранул и липидные медиаторы, что оказывает повреждающее действие на паразитов. Особенно эффективен в этом отношении главный щелочной белок MBP специфических гранул. Секреция содержимого гранул запускается в течение нескольких минут и может продолжаться несколько часов.

Участие в аллергических реакциях. Содержимое гранул блокирует дегрануляцию тучных клеток, инактивирует гистамин и лейкотриен LTС₄. Эозинофилы выделяют также ингибитор, блокирующий дегрануляцию тучных клеток. Медленно реагирующий фактор анафилаксии (SRS-A), секретируемый базофилами и тучными клетками, также ингибируется активированными эозинофилами.

Побочные эффекты эозинофилов. Секретируемые эозинофилом вещества могут повреждать нормальные ткани. Так, при постоянном высоком содержании эозинофилов в крови хроническая секреция содержимого гранул эозинофилов вызывает тромбоэмболические повреждения, некроз тканей (особенно эндокарда) и образование фиброзной ткани. IgE-стимуляция эозинофилов может вызывать обратимые изменения проницаемости сосудов. Продукты секреции эозинофилов повреждают бронхиальный эпителий, активируют комплемент и систему свёртывания крови.

Базофилы

Базофилы (рис. 6-6, рис. 6-1А) составляют 0–1% общего числа лейкоцитов циркулирующей крови. В крови базофилы находятся 1–2 суток. Как и другие лейкоциты, при стимуляции могут покидать кровоток, но их способность к амебоидному движению ограничена. Размер — 10–12 мкм. Продолжительность жизни и судьба в тканях неизвестна. Уплотнённое ядро состоит из нечётко выраженных трёх долек, изогнуто в виде буквы S. В цитоплазме имеются все виды органелл, свободные рибосомы и гликоген.

Рис. 6-6. Базофил. Слабодольчатое ядро изогнуто в форме буквы S. В цитоплазме присутствуют все виды органелл, свободные рибосомы, гликоген. Специфические гранулы разнообразны по размерам и по форме. Содержимое гранул чаще неоднородно по плотности. [17]

Специфические гранулы довольно крупные (0,5–1,2 мкм), окрашиваются метахроматически (от красновато-фиолетовых до интенсивно-фиолетовых). Имеют разнообразную, чаще овальную или округлую форму с плотным содержимым. В гранулах содержатся различные ферменты и медиаторы. К наиболее значимым из них можно отнести гепаринсульфат (гепарин), гистамин, серотонин, нейтральные протеазы триптазу и химазу, медиаторы воспаления (например, SRS-A, ECF). Гранулы содержат лизосомные гидролазы и лизосомные мембранные белки LAMP1, LAMP2, CD63/LAMP3 и LIMP IV/5G10 антиген. Экзоцитоз содержимого гранул приводит к появлению лизосомных белков на поверхности активированной клетки, после чего они быстро интернализуются через окаймлённые ямки и частично возвращаются в мембрану секреторных гранул.

Функция. Активированные базофилы, покидая кровоток, мигрируют в очаги воспаления и участвуют в аллергических реакциях. Активация и дегрануляция базофилов происходит при попадании в организм аллергена и опосредована IgE. Базофилы имеют высокоаффинные поверхностные рецепторы к Fc–фрагментам IgE. IgE синтезируют плазматические клетки при попадании в организм Аг (аллергена). Молекулы IgE присоединяются к базофилу (формируется комплекс «IgE–базофил»). При повторном попадании Аг (аллергена) он связывается двумя и более молекулами IgE на поверхности базофила, что приводит к дегрануляции последнего — быстрому экзоцитозу содержимого гранул. Параллельно образуются метаболиты арахидоновой кислоты.

Моноциты

Моноциты (рис. 6-7, рис. 6-1А) — самые крупные лейкоциты (диаметр в мазке крови приблизительно 15 мкм), количество их составляет 2–9% от всех лейкоцитов циркулирующей крови. Крупное, эксцентрично расположенное подковообразное ядро имеет пятнистый вид из-за неравномерно конденсированного хроматина. Бледная голубовато-серая (на окрашенном мазке) цитоплазма включает многочисленные лизосомы, содержащие кислые гидролазы, арилсульфатазу, катепсин C, кислую фосфатазу, пероксидазу, разные вакуоли, большое количество рибосом и полирибосом, комплекс Гольджи, мелкие удлинённые митохондрии. Моноциты крови — фактически незрелые клетки, находящиеся на пути из костного мозга в ткани. Образуются в костном мозге, выходят в кровоток и циркулируют около 2–4 суток.

Рис. 6-7. Моноцит. Крупное бобовидное или подковообразное ядро расположено эксцентрично. Хроматин слабо конденсирован. В цитоплазме присутствуют типичные органеллы, много рибосом и полирибосом, пиноцитозные пузырьки, фагоцитарные вакуоли, многочисленные лизосомы. [17]

Рецепторы. В мембрану моноцита встроены рецепторы Fc–фрагмента Ig, белков комплемента, цитокинов, медиаторов воспаления, бактериальных продуктов, холинорецепторы, адренорецепторы.

Ú mCD14. Мембранный рецептор бактериальных LPS, опосредующий врождённый иммунный ответ против грамотрицательных патогенов.

Ú sCD14. Секреторную форму молекулы CD14 продуцируют моноциты и гепатоциты. sCD14 активирует клетки не экспрессирующие мембранную форму CD14, например гранулоциты. Повышенный в крови уровень sCD14 является признаком инфекционного воспалительного заболевания, вызванного грамотрицательными микроорганизмами.

Активация моноцитов. Различные вещества, образующиеся в очагах воспаления и разрушения ткани, — агенты хемотаксиса и активации моноцитов. В результате активации увеличивается размер клетки, усиливается обмен веществ, моноциты выделяют биологически активные вещества (ИЛ1, ИЛ6, TNFa, M‑CSF, GM-CSF, sCD14, простагландины, ИФН, факторы хемотаксиса нейтрофилов).

Функция. Главная функция моноцитов и образующихся из них макрофагов — фагоцитоз. Моноциты фагоцитируют опсонизированные частицы. В их переваривании участвуют лизосомные ферменты моноцитов, а также формируемые внутриклеточно H₂O₂, OH^–, O₂^–. Активированные моноциты/макрофаги продуцируют эндогенные пирогены.

Пирогены. Моноциты/макрофаги продуцируют эндогенные пирогенны — полипептиды, запускающие метаболические изменения в центре терморегуляции (гипоталамус), что приводит к повышению температуры тела. Критическую роль играет образование простагландина PGE₂. Образование эндогенных пирогенов моноцитами/макрофагами (а также рядом других клеток) вызывают экзогенные пирогенны — белки микроорганизмов, бактериальные токсины. Наиболее распространённые экзогенные пирогены — эндотоксины (LPS) грамотрицательных бактерий).

Эндогенные пирогены. К ним относят ИЛ1, ИЛ6, ИЛ8, TNFa, aИФН. Кроме моноцитов/макрофагов, их выделяют другие клетки, включая кератиноциты, эндотелий, B–лимфоциты, мезангиальные, эпителиальные, глиальные клетки. Кроме повышения температуры, эндогенные пирогены обладают рядом других эффектов.

ИЛ1 секретируют моноциты, макрофаги, а также астроциты, фибробласты, эндотелиальные клетки. Вызывает жар, воспаление, активацию лимфоцитов, образование ИЛ6 и CSF (стромальными клетками костного мозга).

ИЛ6 вырабатывают моноциты и фибробласты. Вместе с ИЛ2 способствует продукции белков острой фазы гепатоцитами, вместе с ИЛ3 влияет на гемопоэз, индуцирует дифференцировку цитотоксических T–лимфоцитов.

ИЛ8 секретируют моноциты, эндотелий, альвеолярные макрофаги, фибробласты. Вызывает хемотаксис и активацию нейтрофилов.

TNFa продуцируют моноциты/макрофаги. Индуцирует образование ИЛ1, GM-CSF.

a-ИФН ингибирует репликацию вируса и рост опухолей.

Нарушения системы мононуклеарных фагоцитов возникают вследствие дефектов моноцитопоэза, миграции, экспрессии специфических мембранных рецепторов, секреторной функции, бактерицидной активности, иммуногенеза.

Лимфоциты

Лимфоциты (рис. 6-8, рис. 6-1А) составляют 20–45% общего числа лейкоцитов, циркулирующих в крови. Они играют центральную роль во всех иммунологических реакциях. Большинство лимфоцитов крови находится в функционально и метаболически инактивированном состоянии. Кровь — среда, в которой лимфоциты циркулируют между органами лимфоидной системы и другими тканями. Лимфоциты выходят из сосудов в соединительную ткань в ответ на соответствующие сигналы. Лимфоциты могут мигрировать через базальную мембрану и внедряться в эпителий (например, в слизистой оболочке кишечника). Продолжительность жизни лимфоцитов достаточно велика: от нескольких месяцев до нескольких лет. Популяция лимфоцитов неоднородна по размерам; их величина варьирует от 4,5 до 10 мкм. Принято выделять малые (4,5–6 мкм), средние (7–10 мкм) и большие лимфоциты (10–18 мкм). Более значима функциональная классификация лимфоцитов.

Выделяют следующие типы: B–лимфоциты, T–лимфоциты и NK–клетки.

Т- и B–лимфоциты морфологически относят к малым (большинство лимфоцитов в кровотоке). Они имеют округлое с небольшими выемками ядро, содержащее конденсированный хроматин, цитоплазма образует узкое кольцо вокруг ядра.

Большие, а также средние лимфоциты крови — активированные Аг B–лимфоциты, дифференцирующиеся в плазматические клетки; к большим лимфоцитам также относят NK–клетки. Большие лимфоциты составляют 3% общего количества циркулирующих в крови лимфоцитов. Ядро крупное и относительно плотное. В цитоплазме немного лизосом, небольшое количество митохондрий, рудиментарный комплекс Гольджи, минимум эндоплазматической сети и сравнительно большое количество свободных рибосом. Клетка образует короткие отростки (микроворсинки), более многочисленные у B–лимфоцитов.

Рис. 6-8. Лимфоцит. Ядро округлое с небольшими выемками или бобовидное. Хроматин сильно конденсирован. Клетка имеет небольшой объём цитоплазмы, образующей узкий ободок вокруг ядра. В цитоплазме присутствует минимальное количество обычных органелл. Лимфоцит образует короткие цитоплазматические отростки. [17]

B–лимфоциты составляют менее 10% лимфоцитов крови. Эти клетки (точнее, дифференцирующиеся из активированных B–лимфоцитов плазматические клетки) вырабатывают против конкретных Аг соответствующие АТ.

Агаммаглобулинемии — иммунодефициты, характеризующиеся недостаточным количеством B–лимфоцитов и/или синтезируемых ими Ig.

T–лимфоциты составляют большинство лимфоцитов крови (80% и более). Они, как и B–лимфоциты, реагируют на конкретные Аг. Главная функция T–лимфоцитов — участие в клеточном и гуморальном иммунитете. T–лимфоциты уничтожают аномальные клетки своего организма, участвуют в аллергических реакциях, отторжении чужеродного трансплантата. Среди T–лимфоцитов различают CD4⁺- и CD8⁺‑лимфоциты. CD4⁺‑лимфоциты (T–хелперы) поддерживают пролиферацию и дифференцировку B–лимфоцитов, стимулируют образование цитотоксических T–лимфоцитов, способствуют пролиферации и дифференцировке супрессорных T–лимфоцитов.

Подразделение лимфоцитов по дифференцировочным Аг (CD) имеет важное практическое значение (табл. 6-8).

Таблица 6-8. Дифференцировочные антигены различных типов лимфоцитов [81]

Антиген	Распределение	Идентификация CD или функция
CD1	Тимоциты, клетки Лангерханса (дендритные клетки)
CD2	T–лимфоциты	Аг дифференцировки T–лимфоцитов
CD3	T–лимфоциты	Аг, связанный с рецептором T–лимфоцитов
CD4	T–хелперы	Узнавание по MHC II
CD5	T–лимфоциты, B–лимфоциты*
CD7&&	Тимоциты, T–лимфоциты, NK–клетки	Возможно, рецептор Fc–фрагментов
CD8	Цитотоксические, супрессорные T–лимфоциты	Узнавание по MHC I
CD10	Пре-B–лимфоциты	Эндопептидаза
CD11с	NK–клетки	Рецептор C3bi
CD16	NK–клетки	Fcg-рецептор III
CD19	B–лимфоциты, дендритные клетки фолликулов, пре-B–лимфоциты
CD20	Пре-B–лимфоциты, B–лимфоциты	Поддерживает пролиферацию B–лимфоцитов и тормозит их дифференцировку
CD21	B–лимфоциты	Рецептор C3d и EBV**
CD22	Пре-B–лимфоциты***	Адгезия B–лимфоцитов с клетками других типов
CD40	B–лимфоциты, трансформированные B–клетки, пре-B–лимфоциты&
CD69	T–лимфоциты, NK–клетки, тромбоциты	Признак активации

* хронический лимфоцитарный лейкоз; ** вирус Эпстайна-Барр; *** острый лимфоцитарный лейкоз; ^&цитоплазматическая локализация Аг служит маркёром острого лимфоцитарного лейкоза; ^&&наиболее надежный маркёр T–лимфоцитов при остром лимфоцитарном лейкозе

· Подтипы. Различают CD4⁺- и CD8⁺-лимфоциты.

à CD4⁺-лимфоциты. В зависимости от функции, характера ответа на различные цитокины и способности их секретировать, CD4⁺-лимфоциты подразделяют на две разновидности: Th1 и Th2. Лимфоциты обеих разновидностей поддерживают пролиферацию B–лимфоцитов и секрецию ими Ig, а также секретируют ИЛ3, GM-CSF и TNFa.

Ú Th1. Стимулируют образование цитотоксических T–лимфоцитов и клеток, участвующих в реакциях гиперчувствительности замедленного типа. Th1 поддерживают пролиферацию и дифференцировку супрессорных T–лимфоцитов. Секретируют ИЛ2, TNFb, g-ИФН.

Ú Th2 поддерживают секрецию IgE. Выделяют ИЛ4, ИЛ5, ИЛ6.

à CD8⁺-лимфоциты [цитотоксические T–лимфоциты (T_C) и Т-супрессоры (T_S)]. В ходе иммунного ответа эти клетки распознают Аг вместе с молекулой MHC I, непосредственно участвуют в реакциях клеточной цитотоксичности и ингибируют активность других клеток иммунной системы.

· Рецептор T–лимфоцитов. Каждый клон T–лимфоцитов производит и содержит рецептор строго одной специфичности, т.е. взаимодействующий только с одним Аг. Это Ig-подобный интегральный мембранный гликопротеин (см. главу 11). В клеточной мембране рецептор T–лимфоцитов связан с Аг CD3. Существует две разновидности рецепторов, различающихся набором определённых цепей. ab-Рецептор присутствует в большинстве зрелых T–лимфоцитов. Рецептор с двумя другими цепями (gd) характерен для ограниченных подтипов T–лимфоцитов. Он изучен в меньшей мере, но известно, что, как и в случае ab-рецептора, его активация приводит к размножению T–лимфоцитов.

· Функция. Главная функция T–лимфоцитов — участие в клеточном иммунитете. T–лимфоциты уничтожают собственные клетки, участвуют в реакциях гиперчувствительности замедленного типа, отторгают чужеродный трансплантат.

· Реакции клеточной цитотоксичности (клеточно-опосредованный цитолиз). В этих реакциях участвуют CD8⁺-лимфоциты. Как и NK–клетки, они узнают, связывают и лизируют клетки-мишени. Специальные цитолитические гранулы содержат перфорин, при помощи которого киллеры убивают клетки-мишени.

à Клетка-мишень — клетка, несущая на поверхности чужеродные Аг, чаще всего пептиды или белки, образующиеся при вирусной инфекции.

à Перфорин — главный цитолитический белок (M_r 70–75 кД) гранул цитотоксических T–лимфоцитов и NK–клеток; подобно C9, образует трансмембранные каналы в клетках-мишенях.

NK–клетки — лимфоциты, лишённые характерных для Т- и B–клеток поверхностных детерминант. Эти клетки составляют около 5–10% всех циркулирующих лимфоцитов, содержат цитолитические гранулы с перфорином, уничтожают трансформированные, инфицированные вирусами и чужеродные клетки. Идентификация клеток-мишеней не связана с необходимостью узнавания NK–клетками белков MHC на поверхности клеток-мишеней, как это происходит в случае T-киллеров. При активации (например, под влиянием ИЛ-2) NK–клетки приобретают способность к пролиферации. В плазматической мембране активированных NK–клеток появляется гликопротеин CD69. Активированные NK–клетки выделяют g-ИФН, ИЛ1, GM-CSF. Функция NK–клеток нарушена при синдроме Шедьяка-Хигаши. Дефект NK–клеток — причина хронических инфекций.

Тромбоциты

Тромбоциты (кровяные пластинки, рис. 6-9) — фрагменты цитоплазмы находящихся в красном костном мозге мегакариоцитов. Количество тромбоцитов в циркулирующей крови — 190–405´10⁹/л. Размер — 3–5 мкм. Две трети кровяных пластинок циркулирует в крови, остальные депонируются в селезёнке. Продолжительность жизни — 8 дней. Старые и дефектные тромбоциты фагоцитируются в селезёнке, печени и костном мозге.

Рис. 6-9. Тромбоцит имеет форму овального или округлого диска. В цитоплазме присутствуют митохондрии, комплекс Гольджи, рибосомы, гликоген. В центральной части тромбоцита сосредоточены различные гранулы. Периферическая часть содержит циркулярные пучки микротрубочек, сократительные белки. Здесь же имеются связанные между собой мембранные каналы, открывающиеся во внеклеточную среду. В цитоплазме рассеяны мембранные трубочки плотной тубулярной системы. [17]

Морфология

Плазматическая мембрана. Тромбоцит окружён толстым слоем гликокаликса, богатым кислыми гликозаминогликанами. Гликокаликс образует фибриллярные мостики между мембранами соседних тромбоцитов при их агрегации. В составе гликокаликса присутствуют Ca²⁺ и АДФ, усиливающие адгезию и агрегацию при образовании тромба. Плазматическая мембрана содержит гликопротеины, выполняющие роль рецепторов адгезии и агрегации (рис. 6-10). Так, гликопротеин Ib (GP Ib, Ib‑IX) важен для адгезии тромбоцитов в ходе начальных этапов тромбообразования, связывается с фактором фон Виллебранда и подэндотелиальной соединительной тканью. Гликопротеин IV (GP IIIb) — рецептор для тромбоспондина, участвует в адгезии тромбоцитов. Гликопротеин IIb‑IIIa (GP IIb‑IIIa) — рецептор фибриногена, фибронектина, тромбоспондина, витронектина, фактора фон Виллебранда; способствует адгезии и агрегации тромбоцитов, опосредуя формирование между ними «мостиков» из фибриногена.

Тромбастения Глянцманна возникает при точечной мутации гена гликопротеина IIb-IIIa (нарушается образование тромба).

Рис. 6-10. Мембранные рецепторы тромбоцита. При повреждении стенки сосуда рецепторы тромбоцитов связываются с внешними факторами. В результате происходят адгезия и агрегация тромбоцитов. Так, гликопротеин Ib (GP Ib) в мембране тромбоцита связывает фактор фон Виллебранда (vWF) и опосредует прикрепление тромбоцита к коллагену базальной мембраны или подэндотелиальной соединительной ткани повреждённого сосуда. Гликопротеин IIb‑IIIa (GP IIb‑IIIa) связывает фибриноген и опосредует взаимодействия между тромбоцитами. Фактор Va в мембране тромбоцита связывает фактор Xa. Взаимодействие АДФ с соответствующим рецептором тромбоцита стимулирует циклооксигеназный путь окисления арахидоновой кислоты с выделением тромбоксана TXА₂, способствующего дальнейшей агрегации. [17]

Цитоплазма на окрашенном мазке — пурпурная и зернистая. Тромбоциты содержат в большом количестве митохондрии, элементы комплекса Гольджи и рибосомы, а также гранулы гликогена и ферменты для аэробного и анаэробного дыхания. Периферическая часть цитоплазмы содержит актин, миозин, гельзолин и другие контрактильные белки, участвующие в округлении тромбоцита и ретракции тромба. Имеются также пучки микротрубочек, циркулярно расположенные под плазмолеммой. Эти микротрубочки необходимы для сохранения овальной формы тромбоцита. В цитоплазме рассеяны узкие, неправильной формы мембранные трубочки, составляющие плотную тубулярную систему; трубочки содержат циклооксигеназу и пероксидазу. Циклооксигеназа необходима для окисления арахидоновой кислоты и образования тромбоксана TXA₂, способствующего агрегации тромбоцитов. По периферии тромбоцита расположены анастомозирующие краевые мембранные канальцы, открывающиеся во внеклеточную среду; их мембраны связаны с элементами цитоскелета. Вероятно, система этих канальцев участвует в секреции содержимого a-гранул. Кроме a-гранул, тромбоциты содержат ещё 3 типа гранул — d-, l‑гранулы и микропероксисомы.

a‑Гранулы (300–500 нм) наиболее значимы для осуществления функций тромбоцита и содержат разнообразные вещества.

· Фактор 4 тромбоцитов регулирует проницаемость стенки сосудов, мобилизацию Са²⁺ из кости, хемотаксис моноцитов и нейтрофилов, способен нейтрализовать антикоагуляционные свойства гепарина.

· Фактор роста из тромбоцитов (PDGF) и трансформирующий фактор роста b (TGFb), как и фактор 4, выступают в роли хемоаттрактантов для лейкоцитов и фибробластов. PDGF влияет на пролиферацию многих клеток и имеет большое значение при заживлении ран, поскольку стимулирует пролиферацию фибробластов, ускоряя заживление.

· Тромбоспондин, секретируемый активируемым тромбоцитом, связывается с GP IIIb плазмолеммы и внеклеточными компонентами (гепарином, фибриногеном, фибронектином, коллагеном типа V, ламинином, плазминогеном), способствуя адгезии и агрегации тромбоцитов.

· Фактор V необходим в качестве кофактора для опосредованной фактором Xa активации протромбина с последующим его конвертированием в тромбин. В активированных тромбоцитах фактор V встраивается в плазмолемму и в виде Va служит рецептором для фактора Xa (рис. 6-10).

· P-Селектин (GMP-140, CD62) (SELP) — мембранный белок a-гранул 140 кД, относится к семейству белков адгезии и хоминга, экспрессируемых на поверхности активированных клеток; присутствует также в тельцах Вейбель-Паладе эндотелия. P-Селектин при активации и дегрануляции тромбоцита встраивается в плазмолемму и служит рецептором адгезии P-Селектин опосредует роллинг тромбоцитов, функционирует как Ca²⁺-зависимый рецептор тромбоцитов и связывается с углеводными остатками на поверхности нейтрофилов и моноцитов. В плазме присутствует некоторое количество растворённого P-селектина, секретированного активированными тромбоцитами. Опосредуя взаимодействие активированных эндотелиальных клеток и/или тромбоцитов с лейкоцитами, P-селектин участвует в образовании тромба. Содержание P-селектина повышено в атеросклеротических бляшках, куда он поступает в основном из эндотелия. Высокий уровень P-селектина выявлен у больных с неустойчивой стенокардией.

· a-Гранулы содержат различные гликопротеины: фибронектин, фибриноген, фактор фон Виллебранда.

Другие гранулы. d‑Гранулы (плотные тельца) (250–300 нм) имеют уплотнённую сердцевину и накапливают неорганический фосфат (P_i), АДФ, АТФ, Ca²⁺, серотонин и гистамин (серотонин и гистамин не синтезируются в тромбоцитах, а поступают из плазмы). Плотные тельца содержат H⁺-насос и транспортный белок, участвующие в поглощении серотонина. d‑Гранулы не содержат лизосомных гидролаз, однако в их мембране присутствуют белки лизосом CD63/LAMP3 и LAMP2. l‑Гранулы (200–250 нм) содержат лизосомные ферменты. Могут участвовать в растворении тромба. Микропероксисомы — немногочисленные гранулы, обладающие пероксидазной активностью.

Дефекты гранул. Серых тромбоцитов синдром — врождённое отсутствие или уменьшение количества a-гранул. Недостаточность пула a/d — уменьшение количества a-гранул, d-гранул или обоих типов, сопровождаемое геморрагическим диатезом.

Метаболическая активность. Активированные тромбоциты продуцируют простагландины и тромбоксан А₂.

Аспирин (ацетилсалициловая кислота) необратимо ацетилирует циклооксигеназу, локализованную в трубочках плотной тубулярной системы, что блокирует образование тромбоксана, необходимого для агрегации тромбоцитов. В результате функция тромбоцитов нарушается, и время кровотечения удлиняется.

Функции

Тромбоциты участвуют в аллергических реакциях, а также в свёртывании крови и восстановлении целостности стенки сосуда, секретируя ангиогенные факторы. При активации рецепторов к Fc–фрагменту IgE тромбоциты секретируют факторы, обладающие высокой дегрануляционной активностью, — фактор тромбоцитов PF₄ и фактор высвобождения гистамина HRF, стимулирующие выделение содержимого гранул тучных клеток. В физиологических условиях тромбоциты не прикрепляются к эндотелию сосуда. Частично это связано с тем, что эндотелиальные клетки вырабатывают простациклин PGI₂, препятствующий адгезии тромбоцитов к стенке сосуда. При нарушении целостности сосудистой стенки формируется тромб (рис. 6-11). Практически немедленно после повреждения происходит сужение просвета сосудов, и запускается каскад биохимических реакций тромбообразования. Тромбоциты способствуют образованию тромба, создавая поверхность для сборки комплекса белков коагуляции. В повреждённом участке сосуда происходят адгезия и агрегация тромбоцитов. Ранние события агрегации — изменение формы и первичная агрегация — обратимы, так что слабо агрегированные тромбоциты могут отделяться от гемостатических пробок и возвращаться в кровоток.

Для активации тромбоцитов и тромбообразования необходим тканевый фактор, основное количество которого поступает из повреждённой сосудистой стенки в кровь. Часть тканевого фактора происходит из клеток крови и присутствует в крови; этот тканевый фактор опосредует разрастание тромба. Доставка тканевого фактора и его накопление в развивающемся тромбе зависит от селектина P тромбоцитов и циркулирующих в крови происходящих из лейкоцитов микрочастиц, экспрессирующих как молекулу адгезии PSGL-1, так и тканевый фактор. При повреждении стенки сосуда и начале тромбообразования активированные тромбоциты экспрессируют P селектин. Циркулирующие микрочастицы захватываются тромбоцитами в составе тромба в результате взаимодействия PSGL-1 микрочастиц с P селектином тромбоцитов, что ведёт к концентрированию тканевого фактора в тромбе. Тканевый фактор запускает коагуляционный каскад, приводящий к образованию фибриновых нитей и разрастанию тромба.

Рис. 6-11. Образование тромба. А — образование тромба начинается с прикрепления тромбоцитов к макромолекулам базальной мембраны или подэндотелиальной соединительной ткани. Свойства интактного эндотелия совместно с секретируемым эндотелиальными клетками простациклином PGI₂ препятствуют адгезии тромбоцитов. Однако, тромбоциты прикрепляются к коллагену подэндотелиальной соединительной ткани в местах повреждения стенки сосуда. Эта адгезия вызывает активацию и агрегацию тромбоцитов с последующим освобождением АДФ и образованием тромбоксана TXА₂. Б — образование тромбоксана TXА₂ и дальнейшее выделение АДФ стимулируют дополнительную агрегацию тромбоцитов в месте повреждения до тех пор, пока не образуется тромбоцитарная пробка. Освобождение тканевого фактора и контактная активация также запускают процессы внешней и внутренней коагуляции, в результате которых образуется тромбин. В — формирующиеся нити фибрина вплетаются в тромб и стабилизируют его. [17]

Адгезия. В адгезии тромбоцитов участвуют коллаген, гликопротеин Ib, фактор фон Виллебранда, Ca²⁺ и другие факторы (например, тромбоспондин, фибронектин). Коллаген базальной мембраны эндотелия и подэндотелиальной соединительной ткани служит субстратом для адгезии тромбоцитов и стимулирует их последующую агрегацию. Гликопротеин Ib тромбоцита взаимодействует с фактором фон Виллебранда — комплексом белков, содержащихся в основном в a-гранулах тромбоцитов, частично в эндотелии и его базальной мембране.

Первичная агрегация. Вслед за адгезией начинается агрегация тромбоцитов. При этом Ca²⁺‑зависимый трансмембранный гликопротеин IIb‑IIIa связывается с фибриногеном. Фибриноген опосредует связывание тромбоцитов, обеспечивая их агрегацию (рис. 6-11). Агрегацию запускают различные вещества: адреналин (через a‑адренорецепторы в плазматической мембране тромбоцитов), АДФ (из d‑гранул), тромбин.

Тромбин — сериновая протеаза, образуемая в участке повреждения эндотелия сосудов. Тромбин участвует в активации тромбоцитов, увеличивает проницаемость эндотелия, способствует изменению формы эндотелиальных клеток (от плоских — к более высоким), стимулирует мобилизацию молекул адгезии в апикальной мембране эндотелиальных клеток и продукцию эндотелием цитокинов и простагландинов. Тромбин служит митогеном для лимфоцитов и фактором хемотаксиса — для моноцитов.

Вторичная агрегация. По мере прикрепления всё большего количества тромбоцитов к подэндотелиальной соединительной ткани они активируются. Активированные тромбоциты приобретают шаровидную форму, образуют метаболиты арахидоновой кислоты и секретируют содержимое a- и d‑гранул. При этом в сыворотке увеличивается содержание серотонина. Серотонин ограничивает поток крови в повреждённой области.

Свёртывание крови (рис. 6-12). Тромбоциты высвобождают фибриноген в дополнение к уже присутствующему в плазме в норме. Фибриноген с помощью факторов свёртывания конвертируется в фибрин, образующий плотную фиброзную основу, к которой прикрепляется всё больше тромбоцитов и других клеток крови.

Рис. 6-12. Гемокоагуляционный каскад. Активация фактора XII запускает внутренний механизм; высвобождение тканевого фактора и активация фактора VII запускают наружный механизм коагуляции. Оба пути приводят к активации фактора Х. [21]

Судьба тромба. Тромб первоначально выступает в просвет сосуда, но позже он сокращается и уплотняется. По мере заживления стенки сосуда тромб удаляется при помощи плазмина. Плазмин образуется из плазминогена, синтезируемого в печени. Дополнительно из l‑гранул тромбоцитов выделяются ферменты, разрушающие тромб. Стенка сосуда восстанавливается благодаря пролиферации ГМК и фибробластов, накоплению нового соединительнотканного матрикса, восстановлению эндотелия.

Дефицит и/или дефекты тромбоцитов приводят к удлинению времени кровотечения и геморрагическому диатезу. Тромбоцитопения (пониженное содержание тромбоцитов в периферической крови) — наиболее частая причина патологической кровоточивости. Тромбоцитопатия — состояние, характеризующееся нормальным количеством тромбоцитов, но не способных адекватно участвовать в гемостазе. Вызванная лекарственными препаратами дисфункция тромбоцитов — наиболее частая причина тромбоцитопатий. Например, аспирин ингибирует синтез тромбоксана TXА₂, что приводит к появлению в крови тромбоцитов с нарушенными адгезионными свойствами. При большом количестве дефектных тромбоцитов удлиняется время кровотечения, образуются геморрагии, усиливаются кровотечения при травмах. Эффект препарата сохраняется до полной замены дефектных клеток новой популяцией (обычно в течение 3–7 суток). Врождённые формы тромбоцитопатии — тромбастения Глянцманна, синдром Бернара—Сулье. Расстройства системы коагуляции (коагулопатии) можно разделить на наследственные и приобретённые. Наследственные заболевания обычно обусловлены дефектом одного из факторов коагуляции.

· Аномалии формирования пула тромбоцитов возникают при элиминации тромбоцитов из кровотока; наиболее частая причина — избыточное депонирование в селезёнке. При очень больших размерах селезёнки возможно депонирование 90% всех тромбоцитов; оставшиеся в периферическом кровотоке 10% имеют нормальную продолжительность циркуляции.

· Усиленное разрушение тромбоцитов на периферии — наиболее распространённая форма тромбоцитопений, характеризуется укороченным периодом жизни тромбоцитов и увеличенным количеством мегакариоцитов костного мозга; эти расстройства обозначают как иммунная или неиммунная тромбоцитопеническая пурпура.

· Иммунная тромбоцитопеническая пурпура обусловлена синтезом антитромбоцитарных АТ:

Ú посттрансфузионная,

Ú лекарственная (например, вызванная хинидином),

Ú обусловленная сепсисом (частота развития до 70%),

Ú в сочетании с системной красной волчанкой и другими аутоиммунными заболеваниями.

· Неиммунная тромбоцитопеническая пурпура:

Ú инфекции (например, вирусные или малярия),

Ú массивные переливания консервированной крови с низким содержанием тромбоцитов,

Ú как проявление синдрома диссеминированного внутрисосудистого свёртывания,

Ú как часть синдрома тромботической тромбоцитопенической пурпуры (ТТП). Причиной тромботической тромбоцитопенической пурпуры являются мутации гена протеазы ADAMTS13 семейства ADAMTS (A Disintegrin-like And Metalloprotease domain with Thrombospondin type 1 motifs). В норме молекулы ADAMTS13, циркулирующие в крови, прикрепляются к очень длинным мультимерам фактора фон Виллебранда, секретируемым в виде длинных лент стимулированными эндотелиальными клетками, при этом мультимеры фактора фон Виллебранда остаются прикреплёнными к эндотелию. ADAMTS13 разрезают эти длинные ленты на короткие фрагменты (в участке 842Tyr-843Met доменов A2). Тромбоциты не контактируют с такими фрагментами, поскольку в них скрыты тромбоцит-связывающие участки. У больных с ТТП (наследственной или приобретённой) наблюдается недостаточность ADAMTS13. В результате длинные ленты мультимеров фактора фон Виллебранда, прикреплённые к эндотелиальной клетке, остаются неразрезанными; проплывающие мимо с потоком крови тромбоциты прилипают к мультимерам; в итоге формируя тромбы.

· Наследственные коагулопатии — дефекты фактора VIII. Гемофилия А составляет 60-80% подобных состояний. Классическая Х-сцепленная рецессивная патология, носители дефектного гена — женщины, болеют мужчины. Болезнь фон Виллебранда — гетерогенное заболевание.

Другие наследственные нарушения коагуляции встречаются редко. Гемофилия В (дефицит фактора IХ) по клиническим проявлениям практически идентична гемофилии А. Дефицит фактора ХI — аутосомно-рецессивная коагулопатия с более лёгкими, чем при гемофилиях, клиническими проявлениями.

· Приобретённые коагулопатии. Их патогенез сложнее, они могут быть обусловлены сочетанием недостаточности факторов свёртывания и другими расстройствами.

à Витамин К-зависимые коагулопатии. Недостаточность функции печени может сопровождаться коагулопатией вследствие нарушения синтеза плазменных факторов свёртывания (например, II, VII, IХ, Х). Последние этапы синтеза этих факторов происходят в печени путём g-карбоксилирования остатков глутаминовой кислоты. Витамин К выступает при этом как кофактор. Нарушение всасывания витамина К может встречаться при обструкции желчевыводящих путей, болезнях кишечника. Дефицит поступления с пищей витамина К особенно часто наблюдают в отделениях интенсивной терапии, при несбалансированном питании; при антибиотикотерапии, приводящей к гибели нормальной микрофлоры ЖКТ, служащей альтернативным источником витамина К. Лекарственные средства могут блокировать метаболизм витамина К. В этом плане наиболее специфичен антикоагулянт кумарин, применяемый при лечении заболеваний с повышенным тромбообразованием.

à Диссеминированное внутрисосудистое свёртывание (ДВС) — часто встречающаяся приобретённая коагулопатия; развивается вторично при различных патологических процессах. Активация внутреннего пути коагуляции вследствие повреждения эндотелия (например, при сепсисе, вызванном грамотрицательной флорой; при менингококцемии, виремии). Активация внешнего пути за счёт аномального поступления тканевых тромбопластинов в кровеносное русло (например, при акушерских осложнениях, карциноматозе, обширной травме). Активизация коагуляционного каскада приводит к чрезмерному образованию тромбина, в микрососудистом русле образуются микротромбы, возникают нарушения циркуляции.

à Патология печени приводит к комплексной коагулопатии с вовлечением многих факторов свёртывания. Ухудшается синтез витамин-К-зависимых коагуляционных факторов, фибриногена, антитромбина III, плазминогена и т.д. При снижении клиренса продуктов деградации фибрина и активации факторов коагуляции может развиться ДВС-подобное состояние. Портальная гипертензия может приводить к спленомегалии и чрезмерному депонированию тромбоцитов с развитием тромбоцитопении. Накопление продуктов деградации фибрина вызывает нарушение функции тромбоцитов (тромбоцитопатию).

à Патологические ингибиторы свёртывания. Наиболее часто встречается ингибитор волчаночного типа (волчаночный антикоагулянт); впервые обнаружен при системной красной волчанке, но встречается и при других состояниях. Специфические ингибиторы свёртывания — АТ, специфичные для отдельных коагуляционных белков. Наиболее часто встречают АТ к фактору VIII.

à Другие приобретённые расстройства свёртывания могут сопровождать различные заболевания и состояния. Нефротический синдром (вследствие потери коагуляционных белков почками, особенно — фактора IХ). Экстракорпоральное кровообращение (полагают, что происходит частичная активация системы свёртывания, и развивается ДВС). Массивные переливания препаратов крови (при кровотечении происходит потеря нормальной крови, замещаемой консервированной кровью с низким содержанием факторов свёртывания и тромбоцитов).

Гемопоэз

Гемопоэз — образование клеток крови (кроветворение), происходящее в кроветворных органах. В пренатальном периоде гемопоэз, начинаясь на 3‑й неделе развития, последовательно происходит в различных органах. У взрослого человека гемопоэз происходит в костном мозге костей черепа, рёбер, грудины, позвонков, костей таза, эпифизов длинных костей, в лимфоидной ткани. Согласно унитарной теории кроветворения родоначальница всех форменных элементов крови — стволовая кроветворная клетка. Она медленно и регулярно размножается; её потомки (полипотентные стволовые клетки) также пролиферируют и дают начало нескольким различным типам унипотентных коммитированных клеток. Коммитированные клетки интенсивно делятся, в результате чего образуются клетки–предшественницы зрелых клеточных типов (рис. 6-17). Пролиферативную активность стволовых клеток модулируют колониестимулирующие факторы и интерлейкины.

Кроветворение у эмбриона и плода

У эмбриона и плода последовательно и с частичным перекрыванием по времени возникновения и затухания различают мегалобластическую, гепатоспленотимическую стадии и костномозговое кроветворение.

Мегалобластическая стадия

Во внезародышевой мезодерме желточного мешка в течение 3‑й недели формируются скопления мезенхимных клеток — кровяные островки (рис. 6-13, 6-14). Клетки кровяных островков экспрессируют Flk-1 — рецептор сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF), играющего ключевую роль в регуляции эмбрионального развития сосудов и крови. Инактивация Flk-1 ведёт к дефектам развития эндотелия сосудов и клеток крови. Полагают, что существует общий для ангиогенеза и гемопоэза предшественник, экспрессирующий Flk-1, — гемангиобласт, идентичный клетке CFU-blast. При действии VEGF CFU-blast’ы формируют колонии клеток, экспрессирующих Flk-1. Клетки, расположенные по периферии островка, дифференцируются в эндотелиальные клетки первичных кровеносных сосудов. В центральной части островка образуются первые клетки крови — первичные эритробласты (рис. 6-15) — крупные клетки, содержащие ядро и эмбриональные Hb. Лейкоцитов и тромбоцитов на этой стадии нет. На 12‑й неделе кроветворение в желточном мешке заканчивается.

Рис. 6-13. Эмбриональный гемопоэз (19-дневный эмбрион). В конце 3‑й недели кровяные островки присутствуют в стенке желточного мешка, а также во внезародышевой мезодерме ворсинок хориона и ножке тела. Островки дают начало первичным клеткам крови и кровеносным сосудам. В дальнейшем (благодаря объединению сосудов эмбриона и внеэмбриональных сосудов) устанавливается связь зародыша с плацентой. [17]

Рис. 6-14. Эмбриональный гемопоэз. 3-недельный зародыш (вид сверху). В передней части зародышевого диска появляются кровяные островки, видимые сквозь слои эктодермы и соматической мезодермы. [112]

Рис. 6-15. Дифференцировка клеток кровяного островка. Кровяной островок — скопление недифференцированных мезенхимных клеток. Центральные клетки островка дифференцируются в первичные эритробласты. Клетки, расположенные по периферии, дают начало эндотелию первичных кровеносных сосудов. Эндотелиальные клетки пролиферируют и образуют отростки, в результате чего отдельные островки объединяются, и формируются первые мелкие сосуды. [17]

Гепатоспленотимическая стадия

Гепатоспленотимическая стадия начинается на втором месяце развития, когда стволовые кроветворные клетки заселяют печень, селезёнку и тимус.

Печень. В печени кроветворение начинается на 5–6 неделе развития. Здесь образуются эритроциты, гранулоциты и тромбоциты. К концу 5‑го месяца интенсивность гемопоэза в печени уменьшается, но в небольшой степени продолжается ещё несколько недель после рождения.

Селезёнка. Гемопоэз в селезёнке наиболее выражен с 4 по 8 месяц внутриутробного развития. Здесь образуются эритроциты и небольшое количество гранулоцитов и тромбоцитов. Непосредственно перед рождением важнейшей функцией селезёнки становится образование лимфоцитов.

Тимус. В вилочковой железе первые лимфоциты появляются на 7–8 неделе.

Костномозговое кроветворение

В течение 5-го месяца развития гемопоэз начинается в костном мозге, а к 7-му месяцу костный мозг становится главным органом гемопоэза. После рождения и до полового созревания количество очагов кроветворения в костном мозге уменьшается, хотя костный мозг полностью сохраняет гемопоэтический потенциал. У взрослого кроветворение ограничивается костным мозгом и лимфоидной тканью. Когда костный мозг не в состоянии удовлетворить повышенный и длительный запрос на образование клеток крови, гемопоэтическая активность печени, селезёнки и лимфатических узлов может восстановиться (экстрамедуллярный гемопоэз).

Постнатальный гемопоэз

Красный костный мозг (рис. 6-16, 6-16А) содержит в большом количестве созревающие эритроциты, что придаёт костномозговым очагам гемопоэза красный цвет. Строма состоит из ретикулярных клеток с длинными отростками, ретикулиновых волокон, синусоидных капилляров и адипоцитов, составляющих почти половину объёма костного мозга. Клетки стромы костного мозга экспрессируют широкий спектр молекул адгезии (например, ICAM-1, VCAM-1, VLA-4, CD34, CD31, CD44, CD50), опосредующих связывание стволовых кроветворных клеток и других предшественников с элементами внеклеточного матрикса, а также трансэндотелиальную миграцию клеток. Костный мозг также содержит стволовые мезенхимные клетки (СМК) и так называемые стромальные клетки. Ретикулиновые волокна вместе с отростками ретикулярных клеток формируют трёхмерную сеть и образуют полости, заполненные островками гемопоэтических клеток. Зрелые клетки крови выходят в кровоток через щели в стенке синусоидных капилляров. Костный мозг содержит большое количество макрофагов, расположенных рядом с синусоидами. Матрикс костного мозга состоит из коллагена типов I–VI, ламинина, фибронектина, тенасцина, протеогликанов. Ламинин и фибронектин связывают гемопоэтические клетки с элементами стромы. Протеогликаны могут связывать факторы роста и другие модуляторы гемопоэза. Помимо кроветворения, в костном мозге, как в селезёнке и печени, происходит удаление из кровотока старых и дефектных клеток крови. Костный мозг играет центральную роль в иммунной защите, т.к. в нём образуются B–лимфоциты, а также присутствует большое количество плазматических клеток, синтезирующих АТ.

Рис. 6-16. Красный костный мозг. Основу составляют ретикулярные клетки с длинными отростками и ретикулиновые волокна. В пространствах между ними располагаются островки гемопоэтических клеток. Костный мозг пронизан синусоидными капиллярами. К эндотелию капилляров примыкают макрофаги, образующие длинные отростки. В большом количестве присутствуют жировые клетки. [17]

Рис. 6-16А. Мазок костного мозга. Видны клетки крови, преимущественно эритроциты, на разных стадиях дифференцировки. Хорошо заметен мегакариоцит (1) — очень крупная клетка с большим дольчатым ядром. Окраска по Романовскому–Гимзе.

Жёлтый костный мозг. У взрослых большая часть костного мозга становится неактивной; в нём преобладают жировые клетки. Жёлтый костный мозг, однако, может восстановить свою активность, если необходимо усилить гемопоэз (например, при хронической гипоксии или выраженных кровотечениях).

Терминология

Стволовая кроветворная клетка морфологически сходна с малым лимфоцитом, способна к дифференцировке во все клетки крови (рис. 6-17). Такая клетка была названа CFU-blast (CFU — Colony Forming Unit, колониеобразующая единица). Стволовая кроветворная клетка может выходить в кровоток; постоянно, но редко делится, причём с относительно неизменной частотой (т.е. нечувствительна к запросу). Относительный покой — определяющая характеристика cтволовой кроветворной клетки, тогда как её потомки обладают высокой пролиферативной активностью. Вступление стволовой кроветворной клетки в клеточный цикл регулируется молекулярным «переключателем» — ингибитором циклин-зависимой киназы p21^cip1/waf1 (p21). При делении стволовой кроветворной клетки дочерние клетки выбирают симметричное или асимметричное деление, т.е. или остаются стволовыми кроветворными клетками, или дифференцируются в полипотентные потомки с их последующей дифференцировкой в клетки крови, или подвергаются апоптозу. Образующиеся при делении клетки дифференцируются в пролиферирующие полипотентные клетки–предшественницы (колониеобразующие единицы) лимфоцитопоэза (CFU‑Ly) и миелопоэза (CFU-GEMM). В результате деления CFU‑Ly и CFU-GEMM их потомки остаются полипотентными или дифференцируются в один из нескольких типов коммитированных унипотентных клеток (колониеобразующих единиц), также активно пролиферирующих, но дифференцирующихся только в одном направлении.

Рис. 6-17. Схема гемопоэза. CFU-blast —стволовая кроветворная клетка; CFU-GEMM — полипотентная клетка–предшественница миелопоэза; CFU‑Ly — полипотентная клетка–предшественница лимфоцитопоэза; CFU‑GM — полипотентная клетка–предшественница гранулоцитов и моноцитов. Унипотентные предшественники: BFU-E и CFU-E — эритроцитов; CFU-Eo — эозинофилов; CFU‑M — моноцитов; CFU‑G — нейтрофилов, CFU‑B — базофилов, CFU‑Meg — тромбоцитов. [17]

Участие остеобластов в формировании ниши стволовой кроветворной клетки. Давно замечено, что новые центры кроветворения возникают в непосредственной близости от кости. Остеобласты в области эндоста влияют на процесс кроветворения. Остеобласт взаимодействует со стволовой кроветворной клеткой и вместе со стромальной клеткой костного мозга участвует в создании ниши стволовой кроветворной клетки (рис. 6-18). Остеобласты продуцируют многочисленные факторы, контролирующие выживание, пролиферацию и созревание стволовой кроветворной клетки.

· Цитокины. Остеобласты продуцируют и выделяют цитокины, которые влияют на стволовую кроветворную клетку (рис. 6-19). Среди них колиниестимулирующий фактор гранулоцитов (G-CSF), колониестимулирующий фактор моноцитов (M-CSF), колониестимулирующий фактор гранулоцитов и моноцитов (GM-CSF), ИЛ1, ИЛ6, ИЛ7, лейкоз-ингибирующий фактор (LIF), остеопротегерин, остеопротегерин лиганд (RANKL), стромальный фактор (SDF-1), TNFa, VEGF.

· Молекулы адгезии остеобластов и стволовых кроветворных клеток: CD34, CD44, CD164, молекула адгезии клеток 1 (ICAM-1) и ICAM-3, связанный с функцией лимфоцитов антигены-1 и -3 (LFA-1, LFA-3), PECAM-1, очень поздние антигены 4 и 5 (VLA-4, VLA-5). В качестве молекул адгезии могут выступать цитокины, связанные с матриксом, такие как интерлейкин 3 (ИЛ3), Flt-лиганд, колониестимулирующий фактор гранулоцитов и моноцитов (GM-CSF), фактор стволовых клеток (SCF), трансформирующий фактор роста a1 (TGFa1).

Рис. 6-18. Участие остеобластов в поддержании стволовой кроветворной клетки. Ниша стволовой кроветворной клетки образована несколькими представителями системы стромальных клеток костного мозга, все из которых происходят из общей мезенхимной клетки. Остеобласты и их предшественники в эндосте играют важную роль в создании ниши, участвуя в поддержании, пролиферации и созревании стволовой кроветворной клетки. В этой нише остеобласты взаимодействуют с клетками-партнерами с участием молекул адгезии, цитокинов и факторов роста. Все эти сигналы регулируют функцию остеобластов и могут быть подразделены на механические, системные (например, паратиреоидный гормон) и местные (например, белки BMP, Ang-1). В костном мозге в поддержании ниши стволовой кроветворной клетки участвуют реципрокные взаимодействия между стволовыми клетками, остеобластами и другими клетками стромы костного мозга. [52]

Рис. 6-19. Связанные с поверхностью остеобласта и секретируемые молекулярные факторы, влияющие на стволовую кроветворную клетку. Остеобласт выделяет щелочную фосфатазу, бигликан (БГ), морфогенетические белки кости (BMP), коллаген типа I (ColI), факторы роста фибробластов (FGF), Flt-лиганд (Fл), фибромодулин (ФМ), фибронектин (ФН), фактор роста гепатоцитов (HGF), гепаринсульфат протеогликан (ГС), инсулиноподобные факторы роста (IGF), интерферон (ИФН), JE/белок хемотаксиса моноцитов 1, матриксный белок Gla (MGP), остеокальцин (ОК), онкостатин М, остеопонтин (ОП), тромбоцитарный фактор роста (PDGF), фактор тромбоцитов 4 (PDGF4), рецептор серин/треонинкиназы (СТК), рецептор тирозинкиназы (ТК), тромбоспондин (ТС). [52]

Стволовая кроветворная клетка может выходить из периферического кровотока и заселять разные органы, например, сердце, головной мозг, печень, скелетные мышцы. В зависимости от микроокружения стволовая кроветворная клетка может дифференцироваться в миобласты скелетной и сердечной мышечной ткани, гепатоциты, эндотелиальные клетки сосудов, нейроны, олигодендроциты, астроциты. Стволовая кроветворная экспрессирует характерный комплекс маркёров, которые позволяют выделить её из пуповинной крови и плаценты, костного мозга, периферической крови. Такими маркёрами являются CD34, CD31, CD59, Sca-1, Thy1, Oct-4, Nanog, SOX2, FGF4.

· Трансплантация стволовых кроветворных клеток производится при лечении ряда врождённых заболеваний крови (апластическая анемия, b-талассемия, серповидноклеточная анемия, лимфопролиферативный синдром, связанный с Х-хромосомой и др.) и гемобластозов (лимфом и лейкемий), при химиотерапии рака для поддержания пула полипотентных кроветворных клеток красного костного мозга.

· Получение стволовых клеток

à Пуповинная кровь и плацента. Возможно получить несколько миллионов стволовых клеток, что недостаточно для трансплантации взрослому (требуется 7–10 миллионов клеток на 1 кг массы тела), но может быть адекватным для трансплантации детям.

à Красный костный мозг. В среднем удаётся выделить одну стволовую кроветворную клетку на каждые 100 000 полученных аспирацией клеток.

à Периферическая кровь. Инъекция G-CSF за несколько дней до забора крови стимулирует выход стволовых кроветворных клеток из костного мозга в кровь.

Унипотентные коммитированные клетки способны к дифференцировке в один клеточный тип, пролиферируют и в присутствии факторов роста дифференцируются в клетки–предшественницы. Унипотентные клетки морфологически не отличаются от стволовых клеток. Программирование клетки на определённый путь дифференцировки (коммитирование), по-видимому, происходит случайным образом.

Клетки–предшественницы — клетки одной линии, различающиеся морфологически и образующиеся последовательно в каждой линии, начинающейся с коммитированной унипотентной клетки и завершающейся формированием зрелой клетки крови.

Эритропоэз

Начало эритроидного ряда— взрывообразующая единица эритропоэза (BFU-E) (Burst Forming Unit–E), происходящая из CFU-GEMM. Из BFU-E образуется унипотентная колониеобразующая единица эритропоэза (CFU-E). На дальнейших стадиях эритропоэза из CFU-E дифференцируются проэритробласты, эритробласты, ретикулоциты и эритроциты (рис. 6-20). Длительность эритропоэза (от стволовой клетки до эритроцита) — 2 недели.

Рис. 6-20. Эритропоэз. Унипотентная колониеобразующая единица эритропоэза CFU-E даёт начало проэритробласту. Дальнейшая дифференцировка приводит к уменьшению размеров клеток и количества органелл, но к увеличению содержания гемоглобина и потере ядра. При этом из проэритробласта последовательно дифференцируются базофильный, полихроматофильный, оксифильный (нормобласт) эритробласт, ретикулоцит, эритроцит. Ранние нормобласты выталкивают пикнотическое ядро, фагоцитируемое макрофагом. [17]

Эритробластный островок

В костном мозге выделяют отдельные структурные единицы эритропоэза — так называемые эритробластные островки (рис. 6-21). Островок состоит чаще всего из одного макрофага, окружённого клетками–предшественницами эритроцитов. Макрофаг образует отростки, на поверхности которых расположены делящиеся эритроидные клетки. По мере дифференцировки эритроидная клетка мигрирует к концу отростка макрофага, а следом за ней перемещаются менее дифференцированные клетки. Ядро при этом выталкивается и фагоцитируется макрофагами; безъядерная клетка — ретикулоцит — вступает в контакт с эндотелием ближайшего синуса, проходит через его стенку и попадает в общий кровоток.

Рис. 6-21. Эритробластный островок в костном мозге. Островок образован макрофагом и контактирующими с ним дифференцирующимися эритроидными клетками. Последние располагаются между отростками макрофага. [17]

Стадии эритропоэза

BFU-E и CFU-E. Отличия взрывообразующей единицы эритропоэза (BFU-E) от унипотентной колониеобразующей единицы эритропоэза (CFU-E) состоят в том, что первые реагируют на ИЛ3, но не чувствительны к эритропоэтину, тогда как пролиферация и дифференцировка CFU-E зависит от эритропоэтина. От клеток в состоянии терминальной дифференцировки BFU-E отделена 12 клеточными делениями, а от стадии CFU-E до зрелых клеток проходит шесть или меньше делений.

Проэритробласты (рис. 6-20) — первые морфологически опознаваемые предшественники эритроцитов — крупные клетки (диаметр 20–25 мкм) с многочисленными органеллами, но без Hb. Бледное ядро расположено центрально. Объём цитоплазмы невелик и составляет около 20% общего объёма клетки; в ней присутствует довольно много полирибосом, чем обусловлена базофилия клетки. Проэритробласты подвергаются многократным митозам.

Эритробласты. На дальнейших стадиях дифференцировки происходят уменьшение размера клетки, конденсация хроматина и уменьшение диаметра ядра, прогрессирующая потеря органелл и РНК, постепенное увеличение содержания Hb, элиминация ядра. Последовательно различают эритробласты базофильные, полихроматофильные и оксифильные (нормобласты).

· Базофильный эритробласт несколько меньше (диаметр 16–18 мкм) проэритробласта, содержит ядро с более плотным хроматином. Цитоплазма более базофильна; около ядра часто виден клеточный центр. Клетка сохраняет способность к митозу и активно синтезирует Hb, содержит хорошо развитый белоксинтезирующий аппарат, осуществляющий синтез глобинов для построения Hb. При этом происходит опосредуемый рецепторами эндоцитоз связанного с железом трансферрина. Железо поступает в эритробласт, а свободный трансферрин возвращается в плазму.

· Полихроматофильный эритробласт — клетка диаметром 12–15 мкм, содержит значительное количество Hb. Серый тон цитоплазмы обусловлен базофильным окрашиванием рибосом и оксифильным окрашиванием Hb. Размеры ядра уменьшаются. Клетки продолжают синтезировать Hb и могут делиться.

· Оксифильный эритробласт (нормобласт) имеет небольшие размеры (диаметр 10–12 мкм) и ацидофильную цитоплазму со следами базофилии. Ядро небольшое, содержит конденсированный хроматин. На этой стадии эритроидные клетки утрачивают способность к делению и выталкивают пикнотическое (дегенерирующее) ядро. Белоксинтезирующий аппарат почти полностью дезинтегрируется.

Ретикулоциты (диаметр 6–8 мкм) содержат остатки рибосом и РНК, формирующие сетеподобные структуры голубого цвета видимые при окрашивании крезиловым фиолетовым или метиленовым синим. Ретикулоциты выходят в кровоток и составляют до 1% общего числа циркулирующих эритроцитов. После выхода в кровоток в течение первых 24–48 часов ретикулоцит завершает созревание и становится эритроцитом. При этом клетка приобретает форму двояковогнутого диска, а последние сохранившиеся органеллы разрушаются ферментами.

Эритропоэтин

Интенсивность эритропоэза контролирует эритропоэтин. Основной стимул для выработки эритропоэтина — гипоксия (снижение рО₂ в тканях, в т.ч. зависящее от числа циркулирующих эритроцитов). Уменьшение рО₂ в почке (ренальная гипоксия) стимулирует её интерстициальные клетки к увеличению синтеза и секреции эритропоэтина. Эритропоэтин усиливает пролиферацию CFU-E в костном мозге, что приводит к увеличению количества образующихся эритроцитов и, соответственно, росту рО₂ в тканях (рис. 6-22). При хронической почечной недостаточности снижается количество продуцируемого интерстициальными клетками почки эритропоэтина, что вызывает развитие анемии.

Рис. 6-22. Регуляция эритропоэза. Взрывообразующую единицу эритропоэза (BFU-E) стимулирует ИЛ-3. Из BFU-E образуется CFU-E — унипотентный предшественник эритроцитов, чувствительный к эритропоэтину. Решающий стимул для образования эритроцитов — гипоксия, запускающая синтез эритропоэтина в почке. Эритропоэтин выходит в кровь и поступает в костный мозг, где стимулирует размножение и дифференцировку унипотентного предшественника эритроцитов (CFU-E) и дифференцировку клеток эритроидного ряда. В результате количество эритроцитов в крови увеличивается. Соответственно возрастает количество кислорода, поступающего в почку, что тормозит образование эритропоэтина. [81]

Гранулоцитопоэз

Гранулоциты образуются в костном мозге. Нейтрофилы происходят из полипотентной колониеобразующей единицы нейтрофилов и моноцитов/макрофагов (CFU‑GM), а базофилы и эозинофилы — из унипотентных колониеобразующих единиц базофилов (CFU‑B) и эозинофилов (CFU-Eo), соответственно. По мере дифференцировки размеры клеток уменьшаются, хроматин конденсируется, изменяется форма ядра, в цитоплазме накапливаются гранулы (рис. 6-23). При развитии гранулоцита можно выделить 6 морфологически различимых стадий: миелобласт, промиелоцит, миелоцит, метамиелоцит, палочкоядерный и сегментоядерный гранулоциты. Специфические гранулы появляются на стадии миелоцитов; с этого момента клетки называют в соответствии с типом образующихся из них зрелых гранулоцитов. Клеточные деления прекращаются на стадии метамиелоцита.

Рис. 6-23. Гранулоцитопоэз. В ходе дифференцировки предшественников гранулоцитов выделяют: миелобласт, промиелоцит, миелоцит, метамиелоцит, палочкоядерный и сегментоядерный гранулоцит. По мере дифференцировки уменьшаются размеры клетки, появляются гранулы в цитоплазме, уплотняется ядро и изменяется его форма (от округлой к сегментированной). [17]

Миелобласт — малодифференцированная клетка диаметром около 15 мкм. Крупное округлое или овальное ядро расположено эксцентрично, содержит 1–3 ядрышка. Цитоплазма слегка базофильна (бледно-голубая), лишена гранул.

Промиелоцит. Миелобласты дают начало промиелоцитам — крупным клеткам (15–24 мкм), содержащим более конденсированный хроматин. Округлое ядро расположено эксцентрично. Цитоплазма базофильнее и содержит азурофильные гранулы. По мере деления и созревания клеток количество азурофильных гранул уменьшается.

Миелоцит. Размеры клетки меньше (12–16 мкм), появляется значительное количество специфических гранул, что позволяет различить 3 типа миелоцитов: нейтрофильный, эозинофильный и базофильный. Образование и накопление гранул продолжается в течение последующих трёх клеточных делений. Ядро постепенно приобретает бобовидную форму, хроматин становится конденсированнее.

Метамиелоцит. В результате делений миелоцитов образуются нейтрофильный, эозинофильный и базофильный метамиелоциты. Размеры этих клеток ещё меньше (12–14 мкм); содержание специфических гранул значительно больше, чем на предыдущей стадии. В ядре появляются глубокие вырезки, хроматин ещё более конденсирован. Способность к митозу утрачивается.

Палочкоядерный гранулоцит. Метамиелоциты дифференцируются в палочкоядерные гранулоциты — клетки, непосредственно предшествующие зрелым формам. Их размер составляет 10–12 мкм, ядро имеет подковообразную форму. Эти клетки уже могут выходить в кровоток и составляют 3–5% общего количества циркулирующих лейкоцитов.

Сегментоядерный гранулоцит. Палочкоядерные гранулоциты дифференцируются в зрелые формы — сегментоядерные. Сегментированное ядро содержит плотный хроматин.

· Нейтрофилы. Основными транскрипционными факторами, вовлечёнными в дифференцировку нейтрофилов из общей клетки–предшественницы для гранулоцитов (нейтрофилов) и макрофагов (CFU-GM), являются сердцевинно-связывающие факторы (CBF) (Core Binding Factors), такие, как фактор острого лейкоза 1b (AML-1b) (Acute Myeloid Leukemia 1b), CCAAT/энхансер связывающие белки (C/EBP) и CCAAT белок смещения, а также c-Fos, c-Jun, c- Myb, Elf-1, GATA-1, Gfi-1, PU.1 и рецепторы ретиноевой кислоты. Некоторые из этих факторов (CBF, C/EBP, c-Myb) в то же время влияют на пролиферацию клеток и выход части клеток из клеточного цикла. К хемокинам и гормонам, способствующим выходу зрелых (и иногда палочкоядерных) нейтрофилов из костного мозга, относятся катехоламины, белок комплемента C5a, CXC хемокин лиганд 8 (CXCL8)/ИЛ8, глюкокортикоиды, G-CSF и GM-CSF, PAF, белки S100A8/9, TNFa.

Сдвиг влево — увеличение относительного содержания палочкоядерных форм — возникает при выбросе в кровь незрелых форм нейтрофилов, что свидетельствует об усилении кроветворения вследствие потери крови или наличия очага острого воспаления.

Моноцитопоэз

Моноциты и гранулоциты (нейтрофилы) имеют общую клетку–предшественницу — колониеобразующую единицу гранулоцитов (нейтрофилов) и моноцитов (CFU-GM), образующуюся из полипотентной колониеобразующей единицы миелопоэза (CFU-GEMM). CFU-GM даёт начало унипотентным колониеобразующим единицам моноцитов (CFU-M) и гранулоцитов (нейтрофилов) (CFU-G). При развитии моноцитов выделяют две стадии — монобласт и промоноцит. До достижения стадии зрелого моноцита клетки проходят три деления. Постепенно уменьшается размер клеток, появляются углубления/выемки в ядре. Все зрелые моноциты покидают костный мозг вскоре после формирования. В течение 2–4 суток моноциты находятся в кровотоке, а затем мигрируют в ткани.

Дифференцировка моноцитов. CD14⁺-моноциты выходят из кровотока в ткани, где дифференцируются в дендритные клетки и макрофаги, совокупность которых (вместе с моноцитами) составляет систему мононуклеарных фагоцитов. Дендритные Аг-представляющие клетки локализуются в коже (клетки Лангерханса), фолликулах лимфатических узлов, селезёнки (фолликулярные дендритные клетки). Макрофаги принадлежат к гетерогенной популяции клеток (гистиоциты, клетки фон Купффера, остеокласты, микроглия), экспрессирующих фенотипы, различающиеся по морфологическим и функциональным свойствам.

· Макрофаги. Дифференцировку моноцитов в CD64⁺-макрофаги стимулируют M-CSF и ИЛ6.

· Дендритные Аг-представляющие клетки. В присутствии GM-CSF и ИЛ4 из моноцитов дифференцируются дендритные CD83⁺-клетки.

Тромбоцитопоэз

Тромбоцитам дают начало самые крупные (30–100 мкм) клетки костного мозга — мегакариоциты (см. рис. 6-16А). Тромбоциты формируются путём фрагментации цитоплазмы мегакариоцита. Клетка образует протромбоцитарную псевдоподию, проникающую через стенку синуса в его просвет, от которой происходит отделение тромбоцитов (рис. 6-24, 6-25).

Мегакариобласт — предшественник мегакариоцита. Эта клетка — потомок унипотентной клетки–предшественницы мегакариоцитов (CFU‑Meg), берущей начало от полипотентной колониеобразующей единицы миелопоэза (CFU-GEMM).

Мегакариоцит. (рис. 6-24). Из мегакариобласта образуется очень крупная (десятки мкм) клетка — мегакариоцит. Для него характерно полиплоидное и дольчатое ядро с диффузно распределённым хроматином. Цитоплазма слабо базофильна и содержит мелкую зернистость, обусловленную появлением в клетке мелких базофильных гранул. В дальнейшем формируются везикулы и демаркационные мембраны; количество свободных рибосом и выраженность гранулярной эндоплазматической сети уменьшаются. В цитоплазме зрелого мегакариоцита различают три зоны: перинуклеарную, промежуточную и наружную. Перинуклеарная зона содержит комплекс Гольджи, гладкую и гранулярную эндоплазматическую сеть, гранулы, центриоли и трубочки. Эта зона остаётся связанной с ядром после отделения тромбоцитов. Промежуточная зона содержит развитую систему взаимосвязанных пузырьков и трубочек (демаркационная мембранная система), переходящую в клеточную мембрану и выполняющую разграничительную функцию при формировании тромбоцитарных полей. Наружная (краевая) зона содержит элементы цитоскелета и пересекается мембранами, связанными с системой демаркационных мембран.

Рис. 6-24. Дифференцировка мегакариоцита. По мере созревания мегакариоцит увеличивается в размерах, ядро становится дольчатым. Образуется развитая система демаркационных мембран, по которым происходит отделение тромбоцитов. [17]

Рис. 6-25. Образование тромбоцитов. Находящийся в костном мозге мегакариоцит образует протромбоцитарную псевдоподию. Последняя проникает сквозь стенку синуса в его просвет. От псевдоподии отделяются тромбоциты и поступают в кровоток. [17]

à Созревание мегакариоцитов избирательно подавляют тиазидные диуретики, этанол и препараты, используемые при химиотерапии опухолей.

à Неэффективный тромбоцитопоэз, обусловленный мегалобластическим типом кроветворения, возникает при дефиците витамина В₁₂ и фолиевой кислоты, а также при миелодиспластическом и предлейкозном синдромах. В костном мозге находят морфологически и функционально аномальные (мегалобластные или диспластические) мегакариоциты, дающие начало пулу дефектных тромбоцитов, разрушающихся в костном мозге.

à Амегакариоцитарная тромбоцитопения — редкая причина тромбоцитопении, обусловленная врождённым дефицитом мегакариоцитарных колониеобразующих единиц.

Лимфоцитопоэз

Из стволовой кроветворной клетки (CFU-blast) происходит полипотентная колониеобразующая единица лимфоцитопоэза (CFU-Ly). B–лимфоциты образуются в костном мозге, созревание T–лимфоцитов происходит в тимусе. При образовании лимфоцитов выделяют две стадии — лимфобласт и пролимфоцит. Лимфобласт намного крупнее зрелого лимфоцита. Главная особенность лимфоцитопоэза — постепенное и значительное уменьшение клеточного объёма. Однако, многие циркулирующие лимфоциты реагируют на антигенную стимуляцию увеличением объёма клетки, приобретая морфологию лимфобласта. В отличие от других клеток крови, лимфоциты могут пролиферировать и вне костного мозга. Это происходит в тканях иммунной системы в ответ на антигенную стимуляцию.

Дифференцировка B–лимфоцитов. Сигнал для начала дифференцировки поступает от стромальных клеток костного мозга. Выделяют следующие стадии созревания B–лимфоцита; ранний про-B–лимфоцит (про от англ. progenitor, предшественник) ® поздний про-B–лимфоцит ® большой пре-В-лимфоцит ® малый пре-B–лимфоцит ® незрелый B–лимфоцит ® зрелый B–лимфоцит. Активированный зрелый B–лимфоцит дифференцируется в лимфобласт и далее — в плазматическую клетку, секретирующую Ig.

Дифференцировка T–лимфоцитов происходит в тимусе из клеток–предшественниц, поступающих в вилочковую железу из костного мозга. Зрелые T–лимфоциты покидают тимус, их обнаруживают в периферической крови и лимфоидных органах.

NK–клетки образуются из полипотентной колониеобразующей единицы лимфоцитопоэза (CFU-Ly) в костном мозге.

Факторы гемопоэза

Образование клеток крови cтимулируют гемопоэтические факторы роста — фактор стволовых клеток (SCF), колониестимулирующие факторы (CSF) (Colony Stimulating Factor), интерлейкины, эритропоэтин, лептин, тромбопоэтин (табл. 6-9). На кроветворение влияют фолиевая кислота и витамин B₁₂, участвующие в синтезе ДНК в ходе массового образования новых клеток крови. Дифференцировку кроветворных клеток контролируют транскрипционные факторы.

· Транскрипционные факторы — функционируют с ранних стадий развития и регулируют экспрессию генов кроветворных клеток.

à SCL — фактор транскрипции в стволовых кроветворных клетках, предшественниках эритроцитов, мегакариоцитов.

à NF-Е2 — эритроидный транскрипционный фактор, активирует транскрипцию a- и b-глобинов, ферментов синтеза гема (порфобилиноген дезаминаза и феррохелатаза).

à Транскрипционные факторы GATA — связывающиеся с ДНК белки, узнающие последовательность GATA.

Ä GATA1 (синонимы NF-E1, NF-1, Ery-1, GF-1) поддерживает нормальный эмбриональный и постнатальный гемопоэз, в том числе процессы пролиферации и дифференцировки развивающихся клеток крови; экспрессируется в эритроидных клетках, мегакариоцитах, эозинофилах. GATA1 необходим для выживаемости клеток эритроидного ряда. Одним из генов-мишеней GATA1 является ген Bcl-XL, кодирующий антиапоптозный белок. GATA1 активирует транскрипцию рецептора эритропоэтина EpoR, а также регулирует экспрессию ряда генов, кодирующих ферменты, необходимые для синтеза гема (ALA-S, ALA-D, PBG-D).

Мутации GATA1 являются признаком временного миелопролиферативного нарушения, которое проявляется примерно у 10% новорождённых с синдромом Дауна. Мутации N–«пальца» GATA1 наблюдаются у больных с X-связанной тромбоцитопенией и анемией. Тяжесть болезни зависит от частных мутаций. Например, мутация D218G ведёт к макротромбоцитопении и средней степени нарушениям эритропоэза, тогда как мутация D218Y вызывает тяжёлую макротромбоцитопению, выраженную анемию и, как следствие, раннюю смертность.

Ä GATA2 экспрессируется кроветворными клетками и играет ключевую роль в регуляции экспрессии гемопоэтических факторов, контролирующих эмбриональный гемопоэз в желточном мешке и печени.

Ä GATA3 экспрессируют T–клетки.

à EKLF влияет на эритропоэз, стимулируя экспрессию гена b-глобина; возможный переключатель эритропоэза на дефинитивный тип (переключение синтеза c g- на b-глобин).

· Фолиевая кислота и витамин B₁₂. При массовом образовании новых клеток крови активно синтезируется ДНК. Для этого необходимы витамин B₁₂ и фолиевая кислота. Фолаты и витамин B₁₂ поступают с пищей и всасываются в тонком кишечнике. Для всасывания витамина B₁₂ в кишечнике необходим (внутренний) фактор Касла, синтезируемый париетальными клетками желудка. Фактор связывает витамин B₁₂ и защищает его от разрушения ферментами. Комплекс внутреннего фактора с витамином B₁₂ в присутствии ионов Ca²⁺ взаимодействует с рецепторами эпителиальной клетки дистального отдела подвздошной кишки. При этом витамин B₁₂ поступает в клетку, а внутренний фактор высвобождается. Отсутствие внутреннего фактора приводит к развитию анемии. Из эпителия кишечника витамин B₁₂ с помощью транскобаламина II переносится в костный мозг (витамин B₁₂ деметилирует фолаты, предотвращая их выход из клеток; участвует в синтезе ДНК) и в печень (для запасания). Транскобаламин II вырабатывают эпителиальные клетки кишечника. Алиментарный дефицит витамина В₁₂ в развитых странах встречается редко; исключение составляют грудные дети матерей — строгих вегетарианок. Обычная причина дефицита — нарушение процессов всасывания; одна из причин — дифиллоботриоз [гельминтоз, вызванный Diphyllobothrium latum (Лентец широкий), эндемичен для некоторых районов России]. Фолаты в качестве кофермента участвуют в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований. Алиментарный дефицит фолиевой кислоты — редкое явление; может развиться у грудного ребёнка, вскармливаемого кипячёным или козьим молоком, а также у детей с тяжёлой анорексией. Нарушение всасывания фолатов наблюдают при синдроме мальабсорбции (болезнь Крона, целиакия), характеризующемся поражением тонкого кишечника. Повышенная потребность в фолатах развивается при состояниях, сопровождающихся усилением метаболических процессов (беременность, хронический гемолиз, злокачественные новообразования). Нарушения метаболизма фолатов могут вызвать некоторые противосудорожные препараты (фенитоин и фенобарбитал).

Таблица 6-9. Факторы гемопоэза

Фактор	Источник, эффекты
Фактор стволовых клеток SCF	Способствует выживанию, пролиферации и миграции ранних потомков стволовой кроветворной клетки
Колониестимулирующий фактор гранулоцитов и моноцитов/макрофагов GM-CSF	Продуцируют моноциты, T–лимфоциты, фибробласты, клетки эндотелия. Стимулирует пролиферацию практически всех классов ранних клеток–предшественниц гранулоцитов и макрофагов
Колониестимулирующий фактор гранулоцитов G-CSF	Продуцируют макрофаги и фибробласты. Стимулирует дифференцировку CFU‑G в унипотентные клетки–предшественницы нейтрофилов и базофилов
Колониестимулирующий фактор макрофагов M‑CSF	Продуцируют макрофаги и фибробласты. Стимулирует CFU‑GM и CFU‑M к дифференцировке в моноциты/макрофаги. Оказывает противоопухолевое действие
Лептин	Стимулирует пролиферацию стволовых кроветворных клеток
Интерлейкин‑1	Стимулирует клетки эндотелия, T–лимфоциты, макрофаги, фибробласты к синтезу и секреции факторов роста
Интерлейкин‑3	Вырабатывается T–лимфоцитами и клетками стромы костного мозга. Действует на CFU-blast и CFU-GEMM. Поддерживает размножение практически всех классов ранних клеток–предшественниц
Интерлейкин‑5	Наряду с ИЛ3 и GM-CSF стимулирует образование эозинофилов
Интерлейкин‑7	Продуцируется клетками стромы костного мозга. Способствует образованию Т‑ и B–лимфоцитов
Эритропоэтин	Синтезируется в почке. Регулирует эритропоэз, стимулируя пролиферацию и дифференцировку CFU-E
Тромбопоэтин	Синтезируется в печени. Способствует пролиферации предшественников мегакариоцитов, их созреванию и увеличению количества тромбоцитов, а также выживанию и пролиферации стволовых кроветворных клеток

Возрастные изменения крови

Эритроциты

При рождении и в первые часы жизни количество эритроцитов в крови повышено и составляет 6,0–7,0´10¹²/л. У новорождённых наблюдают анизоцитоз с преобладанием макроцитов, а также повышенное содержание ретикулоцитов (табл. 6-10). В течение первых суток постнатального периода количество эритроцитов снижается, к 10–14 суткам достигает уровня взрослого и продолжает снижаться. Минимальный показатель наблюдается на 3–6-м месяцах жизни (физиологическая анемия), когда снижен уровень эритропоэтина. Это связано с уменьшением синтеза эритропоэтина в печени и началом его выработки в почке. На 3–4-м году жизни количество эритроцитов снижено (ниже, чем у взрослого), т.е. в 1 л их содержится менее 4,5´10¹². Содержание эритроцитов достигает нормы взрослого в период полового созревания.

Лейкоциты

Количество лейкоцитов у новорождённых повышено и составляет 10–30´10⁹/л. Число нейтрофилов составляет 60,5%, эозинофилов — 2%, базофилов — 0,2%, моноцитов — 1,8%, лимфоцитов — 24%. В течение первых двух недель количество лейкоцитов снижается до 9–15´10⁹/л, к 4 годам уменьшается до 7–13´10⁹/л, а к 14 годам достигает уровня, характерного для взрослого. Соотношение нейтрофилов и лимфоцитов меняется, что обусловливает возникновение так называемых физиологических перекрестов.

Первый перекрёст. У новорождённого соотношение содержания этих клеток такое же, как у взрослого. В последующем содержание нейтрофилов падает, а лимфоцитов возрастает, так что на 3–4 сутки их количество уравнивается. В дальнейшем количество нейтрофилов продолжает снижаться и к 1–2 годам достигает 25%. В этом же возрасте количество лимфоцитов составляет 65%.

Второй перекрёст. В течение следующих лет число нейтрофилов постепенно повышается, а лимфоцитов — понижается, так что у четырёхлетних детей эти показатели снова уравниваются и составляют по 35% общего количества лейкоцитов. Количество нейтрофилов продолжает повышаться, а лимфоцитов — снижаться, и к 14 годам эти показатели соответствуют таковым у взрослого.

Таблица 6-10. Возрастные показатели крови [17]

	Hb ммоль/л	Эритро­циты,	Ретикуло­­циты %	Лейкоциты	Лейко­циты (разброс)	Нейтрофилы		Эозинофилы		Базофилы		Лимфоциты		Моноциты		Тромбо­циты 109/л
Возраст	(г/л)	1012/л		109/л	109/л	абс. число 109/л	%	абс. число 109/л	%	абс. число 109/л	%	абс. число 109/л	%	абс. число 109/л	%
Ново­рождённый	3,32 (215)	5,7	4,3	20	10-30	6-24	53-82	0,895	0,6	0,076-0,636	0-4	2-8,7	5-56	0,696-5,175	15-34	2,69
2 нед.	2,79 (180)	5,1	0,6	10,5	9-12	1,9-6,1	18-46	0,205-0,873	1,5-6,5	0,269	0-2	2,9-9,4	22-69	1,164-3,738	8,5-28	2,04
1 мес.	1,91	4,7	0,73	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
6 мес.	(123)	4,6	1,3	10,5	9-12	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
1 год	1,84 (119)	4,6	0,9	10,5	9-12	2-7	26-50	0,075-0,7	1-5	0-0,14	0-1	4-9	52-64	0,075-0,84	1-6	2-3
2 года	1,83 (118)	4,0	0,9	11,0	7,1-15	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
4 года	1,95 (126)	4,0	0,8	9,5	6,5-13	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
4-8 лет	1,98 (128)	4,2	0,8	8,5	5-12	2,5-7	40-50	0,06-0,6	1-5	0-0,125	0-1	2,5-6	34-48	0,06-0,75	1-6	2,5-4
8-14 лет	1,98 (128)	4,5	0,4-0,8	7,0	4,5-11	3-7	60-70	0,055-0,55	1-5	0-0,05	0-1	1,5-4,5	28-42	0,055-0,6	1-6	–

Соединительные ткани

Соединительные ткани — широко распространённые ткани мезенхимного генеза. Они обеспечивают поддержание целостности других тканей, формируют строму органов, содержат кровеносные и лимфатические сосуды, участвуют в трофическом обеспечении всех тканей и органов. Среди соединительных тканей выделяют волокнистые ткани (рыхлые и плотные) и ткани со специальными свойствами (например, жировая, ретикулярная). Разные соединительные ткани отличаются по физическим свойствам. В большинстве органов и между ними рыхлая соединительная ткань выступает в качестве упаковки паренхимы, организуя ложе для её гистологических элементов (строма органов). Для многих клеточных типов, органов и тканей соединительнотканное окружение играет не только пассивно поддерживающую роль, но и имеет организующее и информационное значение. Плотные соединительные ткани обеспечивают прочность кожи, образуют капсулы органов, позволяют выдерживать значительные механические нагрузки (например, связки и сухожилия). Соединительная ткань имеет важное метаболическое значение не только потому, что содержит кровеносные сосуды. Так, белая жировая ткань запасает жир как источник энергии, а бурая жировая ткань участвует в регуляции температуры тела новорождённых. Ряду клеток соединительной ткани принадлежит функция защиты от патогенных микроорганизмов. Соединительная ткань — плацдарм воспалительных и иммунных реакций.

Внеклеточный матрикс

В состав всех соединительных тканей входит значительный объём межклеточного вещества. Химический состав, структура и объём внеклеточного матрикса определяют физические свойства каждого типа соединительной ткани. Внеклеточный матрикс состоит из основного вещества и погружённых в него волокон различного типа.

Основное вещество

Основное вещество — аморфный материал со свойствами геля. Тканевая жидкость связывается с компонентами основного вещества, формируя среду для прохождения молекул через соединительную ткань и для обмена веществ с кровью. Основное вещество содержит гликозаминогликаны, протеогликаны и гликопротеины. Молекулы основного вещества прочно связаны с волокнами внеклеточного матрикса и взаимодействуют с различными клетками.

Гликозаминогликаны

Гликозаминогликаны — полисахариды, построенные из повторяющихся дисахаридных единиц, одна из которых — обычно уроновая кислота, а другая — аминосахар (N–ацетилгликозамин, N–ацетилгалактозамин). Гликозаминогликаны — кислые (отрицательно заряженные) соединения, т.к. в их дисахаридных единицах много гидроксильных, карбоксильных и сульфатных групп. Молекулы гликозаминогликанов гидрофильны, связывают большое количество молекул воды и ионов (в частности, Na⁺), входящих во внеклеточную жидкость. Связанные между собой крупные молекулы гликозаминогликанов образуют гель, через который диффундируют метаболиты. Известны следующие разновидности гликозаминогликанов: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, дерматансульфат, кератансульфат, гепарансульфат и гепарин (гепаринсульфат). Гиалуроновая кислота — единственный гликозаминогликан, существующий как одна длинная полисахаридная цепь. Все остальные гликозаминогликаны связаны с белками и формируют протеогликаны.

· Гиалуроновая кислота (гиалуронан) (M_r » 1000 кД), преобладает в рыхлой соединительной ткани, стекловидном теле, хряще и коже; содержит многочисленные повторяющиеся дисахариды, состоящие из N–ацетилгликозамина и D–глюкуроновой кислоты. Молекула не содержит (в отличие от других гликозаминогликанов) боковых сульфатных групп и ковалентно не связана с белками. Гиалуроновая кислота синтезируется с участием мембраносвязанной синтазы (гиалуроновая синтаза 1 HAS1, ген HAS1) на внутренней поверхности плазмолеммы; синтезированные молекулы вытесняются через пороподобные структуры плазмолеммы во внеклеточное пространство. Гиалуроновая кислота активно продуцируется при регенерации ткани, создавая опору для врастающих кровеносных сосудов и фибробластов. Изменение содержания гиалуроновой кислоты в сыворотке характерно для воспалительных и дегенеративных артропатий (например, для ревматоидного артрита). Взаимодействие гиалуроновой кислоты с рецептором лейкоцитов CD44 важно для тканеспецифичного хоминга лейкоцитов; повышенная экспрессия рецепторов для гиалуроновой кислоты коррелирует с метастазами опухолей.

· Хондроитинсульфат — сильно сульфатированное соединение, состоит из повторяющихся дисахаридов N–ацетилгалактозамина и D–глюкуроновой кислоты. Приблизительно 60 повторяющихся единиц ковалентно объединяются в молекулу с M_r около 30 кД. В большом количестве присутствует в хряще, кости, коже и роговице.

· Дерматансульфат (M_r » 30 кД) состоит из повторяющихся единиц N–ацетилгалактозамин-4-сульфата и L-идуроновой кислоты. Присутствует в коже, стенке кровеносных сосудов, сухожилиях, соединительной ткани лёгких.

· Кератансульфат содержит N–ацетилгликозамин-6-сульфат и галактозу, может содержать галактозамин. Степень сульфатирования сильно варьирует, не содержит уроновой кислоты.

· Гепарансульфат и гепаринсульфат (гепарин) содержат N–ацетилгликозамин и/или D–глюкуроновую кислоту, реже — идуроновую кислоту. Гепарансульфат входит в состав базальных мембран, присутствует на поверхности многих клеток, в том числе и эндотелиальных, внося вклад в обеспечение антикоагуляционных свойств сосудистой стенки. Гепаринсульфат синтезируется и запасается в секреторных гранулах тучных клеток в комплексе с гистамином и различными протеазами. Эндогенный гепарин не присутствует в крови, поэтому не может иметь физиологического значения в регуляции свёртывания крови. Будучи секретированным активированными тучными клетками и базофилами, гепарин связывает циркулирующий в крови антитромбин III, резко усиливая его противосвёртывающую активность.

Протеогликаны

Протеогликан — волокнистый центральный белок с ковалентно присоединёнными к нему гликозаминогликанами. Так образуются крупные макромолекулы, содержащие 90–95% углеводов. Протеогликаны могут содержать от одной до сотен цепей гликозаминогликанов, прикреплённых к остаткам серина центрального белка. Протеогликаны — большая группа макромолекул, содержащих разные центральные белки, M_r от 10 до 500 и более кД. Некоторые протеогликаны являются белками клеточной поверхности и участвуют в клеточной адгезии. Протеогликаны могут нековалентно связываться с цепями гиалуроновой кислоты, формируя ещё более крупные комплексы (например, протеогликаны хряща).

Версикан

Версикан относится к группе крупных агрегирующих протеогликанов, в которую также входят агрекан, нейрокан и бревикан. Агрекан особенно обилен в хряще, а нейрокан и бревикан присутствуют только в нервной ткани. Версикан имеет более широкое распространение. Он идентифицирован в рыхлой соединительной ткани, в хрящах, присутствует также в нервной системе, эпидермисе, в стенке сосудов. Версикан существует по крайней мере в четырёх изоформах — V0, V1, V2 и V3, отличающихся длиной центрального белка и числом прикреплённых молекул гликозаминогликанов. V1 содержит G1-домен, хондроитинсульфат-связывающий (GAGb)-домен и G3-домен. V0 отличается от V1 тем, что содержит GAGa-домен, который добавляет 987 аминокислот и около 5 хондроитинсульфат-связывающих участков, соседствующих с гиалуроновая кислота-связывающим доменом. V2 (присутствует преимущественно в мозге) содержит домены G1, GAG-a и G3. Версикан аорты расщепляется версиканазами ADAMTS-1 или ADAMTS-4. Версикан — главный хондроитинсульфат протеогликан кровеносных сосудов, типичен для интимы и адвентиции большинства артерий и вен, где он формирует высокомолекулярные стабильные агрегаты, заполняющие пространства между фибриллярными белками; синтезируется в основном гладкомышечными клетками. Версикан присутствует в ранних утолщениях интимы, характерных для развивающихся атеросклеротических поражений. Версикан накапливается в сосудах, чувствительных к атеросклеротическим изменениям (коронарные артерии, подкожные вены, используемые для трансплантаций), его количество велико при рестенозах.

Гликопротеины

Гликопротеины состоят из полипептидных цепей, соединённых с разветвлёнными полисахаридами, и связывают клетки с внеклеточным матриксом. Различают гликопротеины, формирующие волокнистые структуры (фибронектин и фибриллин), а также ряд неволокнистых белков (ламинин, тенасцин и энтактин).

Фибронектин найден в базальной мембране, вокруг коллагеновых волокон и клеток. Большое количество фибронектина находится в плазме крови. Фибронектин участвует в адгезии клеток, связывая их с компонентами внеклеточного матрикса, в частности, с коллагеном и гликозаминогликанами. В эмбриогенезе и при заживлении ран фибронектин образует пути для миграции клеток. Рецептор фибронектина —интегрин, встроенный в клеточную мембрану. Внутри клетки интегрин взаимодействует с актиновыми микрофиламентами примембранного цитоскелета, а снаружи соединяется с фибронектином. В свою очередь, фибронектин образует связи с коллагеном и гликозаминогликанами. Так устанавливается структурная непрерывность между цитоскелетом и внеклеточным матриксом (рис. 6-26).

Рис. 6-26. Опосредованная фибронектином связь клетки с коллагеновыми волокнами. Цитоплазматический домен интегрина взаимодействует с примембранными микрофиламентами (актин), а внеклеточный домен — с фибронектином, связанным в свою очередь с коллагеновыми волокнами. В молекуле фибронектина имеются также домены для связывания с гепарином и фибрином. [17]

Фибриллин (M_r »350 кД) формирует микрофибриллы диаметром 8–12 мкм, усиливающие связи между внеклеточными компонентами; входит в состав эластических волокон, обеспечивая их упорядоченное строение. Мутации гена фибриллина приводят к развитию синдрома Марфана.

Тенасцин (гексабрахион, цитотактин, HXB) представляет собой гексамер, содержащий соединённые дисульфидными связями субъединицы M_r от 190 до 240 кД. Особенно велико его количество в тканях во время внутриутробного развития. У взрослого тенасцин в основном сохраняется в сухожилиях, в соединениях сухожилий и мышц, в гладкомышечной ткани, а также экспрессируется многими опухолями.

Фибулины (FBLN) — белки внеклеточного матрикса, могут присутствовать в базальных мембранах. Представитель семейства фибулинов фибулин 2 (FBLN2) осуществляет Ca²⁺-зависимое связывание фибронектина и некоторых других лиганд. Фибулин 2 в большой степени экспрессируется в ходе внутриутробного развития, причём в первую очередь выявляется в нейроэпителии, спинальных ганглиях и периферических нервах, в ходе развития сердца, скелетных структур.

Волокна

Во внеклеточный матрикс погружены разные типы волокон: построенные из коллагенов коллагеновые и ретикулиновые волокна и эластические волокна (в их состав входит эластин и фибриллин).

Коллагеновые волокна и коллаген

Коллагеновые волокна — главный компонент большинства соединительных тканей, а коллаген — наиболее распространённый белок.

Коллагены. Молекула коллагена — спираль из трёх про-a‑цепей. Длина подобной спирали — 300 нм, диаметр — 1,5 нм. Все типы коллагена содержат области с повторяющейся последовательностью из трёх аминокислот с глицином в третьем положении. Первая аминокислота в такой последовательности может быть любой, вторая — пролин, гидроксипролин или лизин. Благодаря обилию поперечных связей между остатками лизина, коллагеновые волокна обладают высокой прочностью. Известно не менее 27 типов коллагена (табл. 6-11). Коллагены типов I, II и III образуют фибриллы с периодичностью 65 нм. Коллаген типа I — один из наиболее распространённых, синтезируется фибробластами, остеобластами, ГМК. Коллаген типа II синтезируется хондробластами, хондроцитами, нейронами сетчатки, присутствует в стекловидном теле. Коллаген типа III входит в состав ретикулиновых волокон, образующих нежную поддерживающую сеть в некоторых органах и тканях (например, в печени, костном мозге, лимфоидных органах), синтезируется фибробластами и ГМК. Коллаген типа IV образует сетевидную основу базальных мембран, синтезируется большинством эпителиальных клеток. Коллаген типа V присутствует в кровеносных сосудах, вокруг ГМК и в костном матриксе, синтезируется ГМК и остеобластами. Гены коллагенов локализованы в разных хромосомах. Стандартное название гена (например, COL1A2) состоит из имени гена COL (COLlagen), типа коллагена (I, II и т.д.), идентификатора полипептидной цепи (А2, где А, В и т.д. — аббревиатура от a, b и т.д., 1, 2 и т.д. — порядковый номер цепи). Мутации генов коллагенов приводят к развитию различных болезней (несовершенный остеогенез, ахондрогенезы и ахондроплазии, синдромы Элерса–Данло).

Нефибриллярные коллагены. Некоторые типы коллагена не формируют фибриллы. Участки, формирующие тройные спирали в молекуле этих коллагенов, прерываются короткими неспиральными доменами, что придаёт молекуле гибкость и не позволяет молекулам формировать волокна. Благодаря таким неспиральным доменам молекулы объединяются в двумерные сети. Нефибриллярные коллагены типов IV, XV и XVIII —мультиплексины (multiplexins) (multiple triple helix domains and interruptions). Все три типа характерны для различных базальных мембран.

Трансмембранные коллагены

Коллагены типов XIII, XVII, XXIII и XXV входят в группу так называемых трансмембранных белков коллагенового типа. Такие белки выполняют двойную функцию — служат в качестве поверхностноклеточных рецепторов и являются частью внеклеточного матрикса. Их внеклеточные домены, отделяемые от молекулы путём протеолиза, могут выступать в роли растворимых сигнальных молекул. Трансмембранные коллагены имеют широкое распространение и участвуют в клеточной адгезии, эпителиально-мезенхимных взаимодействиях в ходе морфогенеза, нервно-мышечной передаче, защите против микроорганизмов. Молекула коллагенов типов XIII, XVII, XXIII и XXV содержит участок, образованный тройной спиралью, ограниченный неспиральными участками. Все трансмембранные белки коллагенового типа — тримеры, образованные полипептидными a-цепями. Они содержат внутриклеточный N–конец, один трансмембранный домен и крупный внеклеточный C-конец.

· Коллаген типа XIII широко распространён в тканях. Молекула содержит небольшой цитоплазматический домен и крупный эктодомен с многочисленными последовательностями коллагенового типа. Основная часть эктодомена состоит из трёх участков коллагенового типа, COL1–3, и коротких неколлагеновых фрагментов NC1–4. Коллаген XIII типа экспрессируется в области межклеточных и фокальных адгезионных контактов, взаимодействует с интегрином a1b1, фибронектином, нидогеном, перлеканом, гепарином.

· Коллаген типа XVII (COL17A1) (BP180) первоначально был идентифицирован как Аг буллёзного пемфигоида 180 кД, входит в состав полудесмосом, опосредуя адгезию клеток (кератиноцитов эпидермиса) к подлежащей базальной мембране. Цитоплазматический N–конец a1-цепей локализован в цитоплазматической пластинке полудесмосомы, а внеклеточный домен локализуется в области якорных волокон в зоне базальной мембраны. Внутриклеточный домен, короткий трансмембранный участок и внеклеточный фрагмент содержат по 466, 23 и 1008 аминокислот, соответственно. Эктодомен содержит 15 коллагенового типа (COL1–COL15) и 16 неколлагенового типа (NC1–NC16) последовательностей. Внутриклеточными лигандами для коллагена XVII типа являются b4-интегрин, BP230, плектин, а внеклеточными — a6-интегрин, ламинин-5 якорных волокон. Мутация гена (известно более 50 мутаций COL17A1) приводит к отсутствию или структурным нарушениям коллагена и развитию буллёзного эпидермолиза (junctional epidermolysis bullosa, JEB), кожному заболеванию с различными клиническими проявлениями. Морфологически — рудиментарные полудесмосомы, снижение адгезии эпидермиса и его отделение от соединительной ткани дермы. Клинически проявляется в образовании волдырей, эрозий кожи и слизистых оболочек, дистрофии ногтей, потере волос, зубных аномалиях. Пемфигоиды — гетерогенная группа аутоиммунных заболеваний кожи, вызываемых тканевосвязанными и циркулирующими аутоантителами к коллагену XVII типа. Большинство иммунодоминантных эпитопов находится в домене NC16A. Связывание аутоантител нарушает адгезивные функции коллагена, и это (вместе с воспалением) приводит к отделению эпидермиса от дермы и образованию волдырей.

· Коллаген типа XXIII — полипептид из 540 аминокислот, содержит цитоплазматический N–концевой домен из 24 аминокислот, трансмембранный участок и внеклеточный фрагмент из 481 аминокислоты, содержащий 3 коллагенового типа домена. Экспрессируется в плаценте, коже, почке, нейронах. Функция неясна.

· Коллаген типа XXV (CLAC-P, Collagen-Like Alzheimer amyloid plaque Component Precursor) продуцируется исключительно нейронами. Ген COL25A1 кодирует полипептид, состоящий из 654 аминокислот. Структурно гомологичен коллагенам типов XIII и XXIII, во внеклеточном домене содержит 3 больших коллагенового типа субдомена. Коллаген типа XXV связывает и стабилизирует агрегаты b-амилоидного белка, участвуя в b-амилоидогенезе и дегенерации нейронов при болезни Альцхаймера.

Таблица 6-11. Распределение коллагена в тканях и органах

Тип	Ткани и органы
I	Кожа, сухожилия, кости, роговица, плацента, артерии, печень, дентин, опухоли
II	Хрящи, межпозвонковые диски, стекловидное тело, роговица
III	Лёгкие, артерии, матка, ретикулиновые волокна в печени и органах кроветворения
IV	Базальные мембраны
V	Плацента, кожа, сосуды, гладкомышечная ткань, рабдомиосаркома
VI	Кровеносные сосуды, связки, кожа, матка, лёгкие, почки
VII	Амнион, кожа, пищевод, роговица
IX	Хрящи, межпозвонковые диски, стекловидное тело
X	Хрящи
XI	Хрящи, межпозвонковые диски, стекловидное тело

Образование коллагеновых волокон

На внутриклеточном этапе в гранулярной эндоплазматической сети происходит синтез и сборка про-a‑цепей (рис. 6-27). Далее в цистернах комплекса Гольджи осуществляется гидроксилирование и гликозилирование полипептидов, в результате чего образуются спирали из трёх про-a-цепей (проколлаген). В образовании про-a-цепей проколлагена участвуют ферменты пептидил пролин гидроксилаза и пептидил лизин гидроксилаза. Каждая про-a-цепь содержит концевые участки — регистрационные пептиды. Эти пептиды предотвращают внутриклеточное объединение спиралей проколлагена в коллагеновые фибриллы. Молекулы проколлагена накапливаются в секреторных гранулах и выделяются во внеклеточное пространство. Вне клетки регистрационные пептиды молекулы проколлагена отщепляются при помощи проколлагеновой пептидазы (образующуюся молекулу иногда называют тропоколлагеном). Это отщепление не происходит у коллагенов типов IV и V, чем и объясняется отсутствие фибрилл, построенных из коллагенов этих типов. Далее происходит сборка коллагеновых фибрилл (рис. 6-28). Молекулы тропоколлагена имеют хвостовой и головной концы и спонтанно объединяются в параллельно расположенные цепи, выстраиваясь последовательно: «конец в конец» и «сторона к стороне». При этом между головными и хвостовыми концами остаются зазоры шириной 35 нм. Каждая молекула тропоколлагена в цепи смещена относительно молекулы в соседней цепи на четверть её длины, что и служит причиной чередования тёмных и светлых полос с периодичностью 65 нм. Более толстые фибриллы образуются путём присоединения новых молекул тропоколлагена. В формировании поперечных связей между молекулами тропоколлагена участвует медь-содержащий фермент лизилоксидаза. Взаимодействие коллагена с гликозаминогликанами и фибронектином регулирует сборку фибрилл. Коллагеновое волокно формируется из многих параллельно связанных гликопротеинами коллагеновых фибрилл. Пучки коллагеновых волокон — погружённая в межклеточный матрикс совокупность коллагеновых волокон.

Витамин С — один из кофакторов, необходимых для образования поперечных связей между полипептидными цепями. Витамин С активирует пептидил пролин гидроксилазу и пептидил лизин гидроксилазу, — ферментов, участвующих в образовании про-a-цепей проколлагена. Дефицит витамина C приводит к формированию слабо гидроксилированных про-a‑цепей, не способных формировать тройные спирали и коллагеновые фибриллы. В результате возникают дефекты костей, зубов, сосудистой стенки.

Дефекты фибрилл. Чрезмерное удлинение фаланг (арахнодактилия) и их эластичность, повышенная растяжимость кожи, частые сосудистые аневризмы при синдроме Марфана обусловлены нарушением образования поперечных связей при формировании коллагеновых фибрилл.

Синдром Элерса-Данло. В результате генетического дефекта пептидил лизин гидроксилазы нарушается синтез коллагенов типов I и III, что приводит к появлению разрывов в стенке кишки или/и крупных артерий, где ретикулиновые волокна образуют оболочку вокруг ГМК, вызывает гиперподвижность суставов, гиперэластичность и ранимость кожи.

Синдром Олпорта. Мутация гена коллагена типа IV характеризуется прогрессирующей нефропатией (почечная недостаточность) и глухотой, связанной с поражением слухового нерва.

Рис. 6-27. Образование коллагенового волокна. Синтез полипептидных a‑цепей, их гидроксилирование и гликозилирование, а также образование спирали из трех a‑цепей происходят в гранулярной эндоплазматической сети и комплексе Гольджи. Молекулы проколлагена накапливаются в секреторных пузырьках и выделяются во внеклеточное пространство. Вне клетки от полипептидов отщепляются концевые пептиды и формируются коллагеновые фибриллы. [17]

Рис. 6-28. Упаковка поляризованных молекул тропоколлагена при образовании коллагенового волокна. При последовательном объединении молекул в цепь между хвостовым и головным концами соседних молекул сохраняется зазор шириной 35 нм. Каждая молекула одной цепи смещена относительно молекулы соседней цепи на четверть её длины. Так формируется коллагеновая фибрилла, имеющая поперечную исчерченность с периодичностью 65 нм. [17]

Взаимодействие коллагена с клетками (табл. 6-12). Коллагеновые волокна окружают многие клетки. Некоторые клетки (например, гепатоциты и ГМК) имеют рецепторы коллагена и прямо связываются с ним. Другие клетки связываются с коллагеном через специальные связующие белки-посредники (чаще фибронектин, реже хондронектин и ламинин).

· Фиброзы. При фиброзах содержание коллагена значительно возрастает. Так, синтез и содержание коллагена I типа увеличиваются при прогрессирующем системном склерозе, при образовании келоидов. Фиброзная ткань, грануляционная ткань, соединительнотканный рубец, келоидный рубец, келоид фактически состоят из коллагенов.

· Воспаление и регенерация. При воспалении и регенерации происходит активная перестройка коллагена. Коллагеназы фибробластов, макрофагов и нейтрофилов разрушают коллаген, далее механоциты (синтезирующие коллаген клетки системы тканей внутренней среды) синтезируют коллагены, и происходит восстановление волокон.

· Несовершенный остеогенез разных типов. Не менее 50 разных мутаций гена COL1A1, около 30 — гена COL1A2.

· Ахондрогенезы и ахондроплазии, приводящие к разным формам карликовости (мутации генов COL2A1 и COL1A1).

· Элерса-Данло синдром развивается вследствие мутаций генов COL3A1 (не менее 30), COL1A1, COL1A2.

Таблица 6-12. Связующие молекулы между коллагеном и различными типами клеток

Тип коллагена	Связующая молекула	Клеточный тип
I	Фибронектин	Разные типы
II	Хондронектин	Хондроциты
III	Фибронектин	Ретикулярные клетки, ГМК
IV	Ламинин	Эпителиальные клетки

Эластические волокна

Эластические структуры (волокна и мембраны) обладают выраженными эластическими свойствами. Эластические волокна присутствуют в эластическом хряще, коже, лёгких, кровеносных сосудах. Окончатые эластические мембраны характерны для крупных артерий.

Эластическое волокно (ветвящаяся нить диаметром 0,2–1,0 мкм) состоит из фибриллина и аморфного эластина (рис. 6-29). Гликопротеин эластин, как и коллаген, содержит много глицина и пролина. Фибробласты и ГМК синтезируют эластин и фибриллин в цистернах гранулярной эндоплазматической сети. В комплексе Гольджи происходит упаковка полипептидов в секреторные гранулы, выделяемые во внеклеточную среду. При образовании эластина три альдегидные группы взаимодействуют с одной аминогруппой лизина, образуя десмозин и изодесмозин. Лизилоксидаза путём окислительного дезаминирования e‑аминогруппы в остатках лизина обеспечивает формирование межмолекулярных связей между молекулами эластина. В результате появляется упругая резиноподобная сеть молекул, способная после деформации восстанавливать исходную форму. Эта сеть и составляет основу эластических структур. Микрофибриллы фибриллина образуются ещё до сборки эластина. После формирования каркаса из фибриллина эластин организуется в волокно, причём микрофибриллы оказываются как внутри, так и снаружи волокна (рис. 6-29). Дефект гена лизилоксидазы обнаружен при синдромах вялой кожи (cutis laxa), Элерса–Данло, Менкеса (болезнь курчавых волос). Марфана синдром развивается при дефектах (известно не менее 30 мутаций) гена FBN1, кодирующего фибриллин 1.

Рис. 6-29. Эластическое волокно. А. Благодаря установлению межмолекулярных связей между полипептидами эластина, формируется упругая сеть молекул, восстанавливающая форму после деформации. Б. Микрофибриллы фибриллина, организуя эластин, располагаются как снаружи, так и внутри эластического волокна. [17]

Ретикулиновые волокна

Ретикулиновые волокна — тонкие нити диаметром 0,5–2,0 мкм, cостоящие из коллагена типа III, связанного с гликопротеинами и протеогликанами. При дефектах гена, кодирующего a1‑цепь коллагена типа III, нарушается формирование ретикулиновых волокон, что приводит к появлению разрывов в стенке кишки или/и крупных артерий, где ретикулиновые волокна образуют оболочку вокруг ГМК (синдром Элерса–Данло типа IV).

Базальная мембрана

Базальная мембрана — особый вид внеклеточного матрикса, имеет вид листа или пластинки толщиной 20–200 нм (см. рис. 16–2) и состоит из специальных белков, служащих для соединения клеток различного типа (эпителиальных, мышечных, шванновских) с окружающей соединительной тканью. Базальная мембрана состоит из двух слоёв — lamina lucida (светлого слоя) толщиной 10–50 нм, примыкающего к плазмолемме, и lamina densa (электроноплотного слоя, варьирующего по толщине). Основа lamina lucida и lamina densa — трёхмерная сеть, состоящая преимущественно из коллагена IV типа, с которым связаны ламинин, энтактин и гепарансульфат протеогликаны. В составе базальных мембран идентифицированы и другие белки: фибронектин, амилоид P, ацетилхолинэстераза, некоторые компоненты комплемента, мерозин, агрин, фактор фон Виллебранда, тромбоспондин. Однако, эти вещества имеют ограниченное распределение и выполняют специальные функции в соответствии с их локализацией. Некоторые из компонентов базальных мембран присутствуют вне её во внеклеточном матриксе (например, перлекан хряща).

Коллагены

Коллагены типов IV, XV и XVIII являются основными компонентами различных базальных мембран, относятся к нефибриллярным коллагенам (мультиплексинам) (рис. 6-30). Кроме обычных, типичных для коллагенов, тройных спиралей в составе молекулы, эти коллагены характеризуются присутствием нескольких неколлагенового типа доменов. Основная функция — поддержание архитектуры базальных мембран. Деградация коллагенов базальных мембран происходит в ходе многих физиологических и патологических процессов (эмбриогенез, опухолевый рост), при этом образуются фрагменты коллагенов, выполняющие ряд функций. Так, неколлагеновые C-терминальные фрагменты NC1 коллагенов типов IV, XV и XVIII, отделяемые от исходной молекулы различными протеазами, обладают способностью угнетать ангиогенез и развитие опухолей, стимулируют миграцию, пролиферацию, апоптоз или выживание различных клеточных типов.

Коллаген типа IV. Его 6 различных полипептидных a-цепей (a1–a6), кодируемые тремя сетами генов, формируют гетеротримеры. Каждая a-цепь содержит три участков/домена: богатый цистеином N–терминальный 7S-домен, центральный домен тройной спирали и глобулярный C-терминальный неколлагеновый NC1-домен (рис. 6-30). NC1-домен участвует в объединении a-цепей для формирования гетеротримеров, а 7S-домен вовлечён в ковалентное объединение четырёх гетеротримеров в сетевидную (паутиноподобную) структуру. Таким образом, коллаген типа IV формирует комплексную разветвлённую сеть, играющую роль «строительных лесов» для базальной мембраны. Коллаген типа IV — ключевой регулятор морфогенеза, регулирует клеточную адгезию, миграцию и выживание различных клеточных типов. Мутации Col4a5, Col4a3 и Col4a4 наблюдаются при синдроме Олпорта, который характеризуется дефектной базальной мембраной почечных клубочков и последующим развитием гломерулонефрита. Некоторые делеции, охватывающие 5'-области Col4a5/Col4a6-кластера, ассоциированы с синдромом Олпорта и диффузным лейомиоматозом. C-терминальный участок цепи aа3 идентифицирован как аутоантиген, вовлечённый в синдром Гудпасчера, — иммунное заболевание, характеризующееся гломерулонефритом и лёгочной геморрагией.

Коллаген типа XV (хондроитинсульфат протеогликан) — нефибриллярный коллаген, относящийся к мультиплексинам. a1-цепи коллагена XV организованы как гомотримеры, каждая цепь состоит из трех доменов (как у коллагена типов IV и XVIII), включая C-терминальный NC1-домен (рис. 6-30). Коллаген типа XV экспрессируется в большом количестве в сердце, скелетной мышце, плаценте; в умеренных количествах — в почках, надпочечниках, поджелудочной железе, Коллаген типа XV присутствует в базальных мембранах сосудов, аксонов, клеток мезенхимного генеза, некоторых эпителиев; отсутствует в капиллярах гемато-энцефалического барьера, синусоидах печени и селезёнки.

Коллаген типа XVIII (гепарансульфат протеогликан, нефибриллярный коллаген) (ген COL18A1 кодирует a-цепь). a-Цепи организованы как гомотримеры, каждая цепь состоит из трех доменов (как у коллагена типов IV и XV), включая C-терминальный NC1-домен (рис. 6-30). Коллаген типа XVIII существует в виде двух изоформ. Короткая изоформа экспрессируется в разных органах, тогда как длинная изоформа характерна для синусоидов печени и гепатоцитов. Дефекты COL18A1 приводят к развитию синдрома Кноблока. Для синдрома характерны главным образом аномалии сетчатки и дефекты смыкания нервной трубки. Синдром проявляется развитием высокой миопии, дегенерацией сетчатки и стекловидного тела с отслоением сетчатки, затылочным энцефалоцеле. Протеолитически продуцируемый C-терминальный фрагмент коллагена типа XVIII a1 — эндостатин (рис. 6-30). Эндостатин ингибирует пролиферацию эндотелия и ангиогенез.

Рис. 6-30. Коллагены базальных мембран. А — линейная структура a коллагенов IV, XV и XVIII типов. Центральная часть полипептидов имеет типичную для коллагенов структуру спирального домена, который прерывается несколькими участками неколлагенового типа. a цепь также содержит неколлагеновый N–концевой домен и C–концевой NC1-домен; Б — объединение a-цепей коллагена типа IV. Каждый из 6 полипептидов a-цепей представлен тремя отдельными доменами: богатый цистеином N–концевой 7S-домен, центральный спиральный домен с многочисленными нарушающими неколлагеновыми участками и глобулярный C-терминальный неколлагеновый NC1-домен. Сначала объединяются NC1-домены, затем формируется тройная спираль, а 7S-домены ковалентно связываются. Четыре тримера взаимодействуют через 7S-домены, формируя структуру паутины, а два тримера взаимодействуют, голова к голове, через свои NC1-домены, создавая структуру листа; В —функциональные домены NC1 коллагена XVIII типа и участки, расщепляемые протеазами. NC1-домен содержит субдомен эндостатин, и многие ферменты (металлопротеиназы, катепсин L, эластаза и др.) способствуют его отделению. [129]

Протеогликаны

Протеогликаны базальных мембран — в основном гепарансульфат протеогликаны (HSPG) и в небольшом количестве хондроитинсульфат протеогликаны (CSPG). Протеогликаны важны для поддержания тканевой организации, для избирательной фильтрации, секвестрируют ростовые факторы и внеклеточные ионы, участвуют в регуляции клеточной адгезии и дифференцировки.

· Перлекан — гепарансульфат протеогликан HSPG2 (PLC, HSPG2), интегральный компонент базальных мембран, широко распространён в тканях, выполняет различные функции. Центральный белок (400-450 кД) перлекана, состоящий из нескольких белковых модулей, организованных в 5 отдельных доменов, связывает различные, небольшие и крупные, молекулы, включая ламинин-1, интегрины, а также FGF7, фибронектин, гепарин, PDGF-BB. Гликозаминогликаны, локализованные в NH₂–концевом домене центрального белка, взаимодействуют с ламинином-1 и коллагеном IV типа, связывают bFGF2 и способствуют его митогенной и ангиогенной активности. Перлекан ответственен за фиксированный отрицательный электростатический заряд и вовлечён в заряд-избирательную ультрафильтрацию; в почке гликозаминогликаны перлекана служат барьером для прохождения катионных макромолекул через базальную (фильтрационную) мембрану почечного клубочка. Перлекан участвует в клеточной адгезии, необходим для формирования и поддержания целостности хряща.

à Дефекты HSPG2 являются причиной синдрома Шварца-Джампла (schwartz-jampel) (SJS1) — редкого аутосомно-рецессивного заболевания, характеризующегося устойчивой миотонией (продлённая неспособность мышечного расслабления) и костной дисплазией. Мутации SJS приводят к синтезу и секреции во внеклеточный матрикс различных редуцированных форм перлекана.

à Дефекты HSPG2 также приводят к развитию диссегментарной дисплазии типа Сильвермана-Хендмейкера (Silverman-Handmaker type, lethal) (DDSH). При такой мутации гена HSPG2 образуется усечённый центральный белок для перлекана (с отсутствующим доменом V). «Усечённый» перлекан не секретируется клеткой, молекула распадается на небольшие фрагменты внутри клетки. Наряду с другими клиническими проявлениями, у больных с DDSH эпифизарная пластинка трубчатых костей истончена, калькосфериты (сферические кристаллы кальция и фосфора, продуцируемые гипертрофированными хондроцитами) не сливаются, проявляется мукоидная дегенерация зоны покоящегося хряща.

· Агрин (AGRN) — сульфатированный протеогликан базальных мембран, содержит цепи гепарансульфата. Агрин широко распространён, наибольшее количество выявлено в скелетной мышечной ткани, почках, лёгких, печени, щитовидной железе. Агрин индуцирует агрегацию холинорецепторов и ацетилхолинэстеразы в мышечных волокнах, важен для формирования синапса. Агрин связывается с ламинином, может связывать дистрогликан, тромбоспондин, FGF2, тенасцин C и др. Показано присутствие агрина как главного сульфатированного протеогликана в сенильных бляшках и нейрофибриллярных клубках, характерных для болезни Альцхаймера.

· Энтактин (нидоген) — гепарансульфат протеогликан в составе всех базальных мембран, образует комплекс с ламинином и соединяет его с коллагеном IV типа в lamina densa. N–терминальная глобулярная часть молекулы энтактина имеет участки, чувствительные к протеазам. Эти участки — мишени протеаз, образующихся в эмбриональных или опухолевых клетках. Разрушение энтактина протеазами ведёт к повреждению базальных мембран и метастазированию злокачественных опухолей.

Ламинин

Ламинины — семейство крупномолекулярных белков базальной мембраны, связывают коллаген типа IV с другими компонентами базальной мембраны и с клетками. Молекула ламинина имеет уникальную крестообразную форму и содержит специальные участки для связывания с клетками (через интегрин), гепарансульфат протеогликаном (перлеканом), коллагеном типа IV и энтактином (нидогеном). Подобно коллагену типа IV, молекулы ламининов могут самообъединяться в полимеры сетчатой структуры. В результате многих взаимосвязей ламинин, энтактин, коллаген типа IV, перлекан формируют сети в базальной мембране. Сеть из ламининов является основным структурным компонентом лишённых коллагена базальных пластинок, формируемых в эмбриогенезе.

Фактор фон Виллебранда присутствует в гранулах тромбоцитов, в плазме крови, а также в базальной мембране эндотелия кровеносных сосудов. Этот фактор способствует адгезии тромбоцитов к стенке повреждённого сосуда.

Тромбоспондин найден в базальной мембране железистого эпителия кожи и лёгких.

Функции

Базальная мембрана объединяет клетки, способствуя их организации в пласт; поддерживает фенотип клеток и влияет на разные виды клеточной активности: адгезию, дифференцировку, поляризацию, миграцию. Базальная мембрана препятствует инвазии эпителиальных клеток в подлежащую соединительную ткань. При злокачественных новообразованиях нарушение этой функции приводит к прорастанию опухолевых клеток и образованию метастазов. Базальная мембрана фильтрует макромолекулы (например, в почке lamina densa задерживает молекулы с M_r более 50 кД).

Якорные волокна

Большинство базальных мембран прочно соединено с рыхлой соединительной тканью. Базальные мембраны многослойного эпителия кожи, пищевода, роговицы и амниона короткими якорными волокнами связаны с якорными пластинками в подлежащей соединительной ткани. Якорные волокна состоят в основном из коллагена типа VII, якорные пластинки содержат коллаген типа IV. Якорные волокна также соединяют между собой якорные пластинки в строме. В итоге образуется плотная сеть переплетённых волокон, стабилизирующая базальную мембрану в тканях, подверженных значительным воздействиям на сдвиг.

Перестройка внеклеточного матрикса

Протеолитическое расщепление структурных компонентов внеклеточного матрикса и молекул, связанных с межклеточными взаимодействиями (цитокины, факторы роста, рецепторы, молекулы адгезии и т.п.) имеет важное биологическое значение. Протеазы, участвующие в разрушении молекул внеклеточного матрикса и молекул межклеточных взаимодействий, играют важную роль в морфогенезе и перестройке тканей, в воспалительных, дегенеративных заболеваниях, раке.

Матриксные металлопротеазы

Матриксные металлопротеазы (Zn-металлоэндопептидазы) (MMP) (это коллагеназы, стромелизины, желатиназы, матрилизин, эластаза макрофагов и др.) относятся к главным разрушающим внеклеточный матрикс ферментам, они также играют роль в протеолизе других секретируемых молекул и поверхностноклеточных белков. MMP играют ключевую роль в морфогенезе, росте, перестройке и регенерации ткани, участвуют в реконструкции тканевого матрикса, стимулируют ангиогенез, разрушают некоторые цитокины (например, TNFa). Нарушение экспрессии MMP наблюдается в патогенезе артрита, множественного склероза, опухолевого роста, хронической обструктивной болезни лёгких, при разрыве атеросклеротической бляшки, формировании аневризмы. Экспрессия MMP значительно возрастает в ходе перестроечных процессов (менструация, овуляция, имплантация, роды, инволюция желёз матки и молочной железы).

Протеазы семейства ADAM

Белки ADAM (шеддазы) (A Disintegrin And Metalloprotease Domain) — протеазы (в количестве более 25), процессирующие молекулы клеточной поверхности; для метаболизма внеклеточного матрикса имеют небольшое значение. Ферменты семейства ADAM участвуют во многих физиологических событиях, включая оплодотворение, миогенез, отщепляя белок от связанных с плазмолеммой предшественников. Активный участок, общий для белков ADAM и ADAMTS, содержит MMP-домен, включающий в себя Zn-связывающий мотив.

Протеазы семейства ADAMTS

Белки семейства ADAMTS (A Disintegrin And Metalloprotease Domain with Thrombospondin type 1 motifs) (их число — не менее 13) участвуют в реализации различных биологических и биохимических событий, таких как оплодотворение; протеолиз компонентов внеклеточного матрикса — например, протеогликанов (агрекана хряща, версикана кровеносных сосудов, бревикана нервной ткани), коллагенов типов I, II и III; внутрисосудистое свёртывание (расщепление фактора фон Виллебранда). Отличительной особенностью протеаз ADAMTS является наличие по крайней мере одного повтора тромбоспондинового типа 1 (TSR), другие домены в молекуле организованы вокруг этого центрального TSR. У C–конца присутствуют дополнительные TSR (у всех ADAMTS, кроме ADAMTS4). Повторы тромбоспондинового типа позволяют протеазе связаться с элементами внеклеточного матрикса. Протеазы ADAMTS синтезируются как зимогены, после секреции активируются пропротеиновыми конвертазами. При активировании происходит удаление у молекулы продомена длиной 200–220 аминокислот.

Клетки

Клетки соединительных тканей разнообразны. Это фибробласты, фиброциты, хондробласты, хондроциты, остеобласты, остеоциты, макрофаги, тучные клетки, лейкоциты, плазмоциты, перициты, адипоциты. Клетки соединительных тканей делят на две группы — резиденты и иммигранты. Резиденты — фибробласты и фиброциты (волокнистая соединительная ткань), хондробласты и хондроциты (хрящевая ткань), остеобласты и остеоциты (костная ткань), тучные клетки, адипоциты, макрофаги. Иммигранты — лейкоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, моноциты, лимфоциты). При возникновении очагов воспаления эти клетки выходят из кровотока в соединительную ткань. Лимфоциты, осуществляющие иммунологический надзор, постоянно циркулируют между кровью, соединительными тканями, лимфой.

Функциональные группы. В зависимости от выполняемой функции клетки соединительных тканей можно разделить на три основные группы.

· Клетки, ответственные за синтез молекул внеклеточного вещества и поддержание структурной целостности ткани — фибробласты и фиброциты, хондробласты и хондроциты, остеобласты и остеоциты, одонтобласты, ретикулярные клетки.

· Клетки, ответственные за накопление и метаболизм жира, — адипоциты; эти клетки образуют жировую ткань.

· Клетки с защитными функциями (в т.ч. иммунологическими) — тучные, макрофаги и все типы лейкоцитов.

Фибробласты и фиброциты

Фибробласт

Фибробласт (рис. 6-31, 6-31А) — наиболее распространённый тип клеток соединительной ткани; секретирует компоненты внеклеточного матрикса, участвует в заживлении ран, способен к пролиферации и миграции. Фибробласт — уплощённая клетка звездчатой формы, образует широкие клиновидные отростки; содержит крупное овальное ядро с несколькими ядрышками. Размер клетки изменчив. Фибробласт интенсивно синтезирует белок, поэтому его цитоплазма содержит в большом количестве цистерны гранулярной эндоплазматической сети, хорошо выраженный комплекс Гольджи, много митохондрий. Имеются лизосомы и секреторные гранулы, гликоген, многочисленные микрофиламенты и микротрубочки.

Рис. 6-31. Фибробласт (А) и фиброцит (Б). Фибробласт (активная форма клетки) содержит хорошо выраженные органеллы: гранулярную эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи, митохондрии. Фибробласт образует крупные удлинённые отростки. В фиброците органелл значительно меньше, клетка лишена отростков и имеет веретеновидную форму. [17]

Рис. 6-31А. Фибробласт. Иммунофлюоресцентным методом выявлены митохондрии (зелёное свечение) и микротрубочки (красное свечение). Митохондрии окрашены при помощи первых АТ к СЕ F1 АТФазы и связанных с родамином вторых АТ. Микротрубочки выявлены при помощи АТ против тубулина.

Функции. Фибробласты синтезируют коллагены, эластин, фибронектин, гликозаминогликаны, протеогликаны и другие компоненты внеклеточного матрикса. Фибробласты вырабатывают различные цитокины — колониестимулирующий фактор гранулоцитов и макрофагов (GM-CSF), колониестимулирующий фактор гранулоцитов (G-CSF) и колониестимулирующий фактор макрофагов (M‑CSF). Фибробласты костного мозга секретируют ИЛ3 и ИЛ7. При воспалении и заживлении ран фибробласты активируются факторами роста bFGF и PDGF, пролиферируют и мигрируют к месту повреждения. Фибробласты содержат комплекс НАДФ-оксидазы, различные ферменты, в том числе коллагеназы, разрушающие коллаген. Разрушая повреждённые и синтезируя новые макромолекулы внеклеточного матрикса, фибробласт способствует его перестройке и образованию рубцов в месте повреждения (воспаления).

Фиброцит

Фиброцит — (рис. 6-31) — зрелая форма фибробласта, присутствующая в плотной оформленной соединительной ткани. Фиброцит имеет веретенообразную форму. Уплотнённое ядро вытянуто и расположено вдоль клетки. Имеются рассеянные цистерны гранулярной эндоплазматической сети, небольшое количество митохондрий. Комплекс Гольджи развит слабо. Клетка содержит сравнительно немного секреторных гранул. Функция фиброцита заключается в поддержании тканевой структуры путём непрерывного (хотя и медленного) обновления компонентов внеклеточного матрикса. При заживлении ран фиброцит может быть стимулирован к синтетической активности. Активированный фиброцит приобретает черты фибробласта: ядро округляется, увеличивается количество цистерн эндоплазматической сети, митохондрий; комплекс Гольджи становится более выраженным.

Перикриптальные фибробласты

В слизистой оболочке кишечника присутствуют перикриптальные фибробласты — клетки стромы, проявляющие морфологические черты ГМК. Полагают, что они регулируют рост и дифференцировку эпителиальных клеток. Эти фибробласты экспрессируют гладкомышечный актин.

Миофибробласты

Миофибробласты — сократительные клетки, имеющие общие черты с ГМК (см. главу 7).

Липофибробласты

Липофибробласты присутствуют в интерстиции межальвеолярных перегородок лёгких. По ряду характеристик липофибробласты сходны с адипоцитами, ГМК, миофибробластами, перицитами, клетками Ито печени. Липофибробласты содержат многочисленные жировые капли, гранулы гликогена, сократительные белки, накапливают ретиноиды.

Макрофаги

Макрофаг — дифференцированная форма моноцитов. Макрофаги — профессиональные фагоциты, они найдены во всех тканях и органах. Это очень мобильная популяция клеток, способная быстро перемещаться. Продолжительность жизни — месяцы. Тканевые макрофаги сохраняют некоторую способность к делению (например, альвеолярные макрофаги при хронических воспалительных процессах). В очаге воспаления в результате слияния нескольких макрофагов образуются многоядерные гигантские клетки инородных тел. Макрофаги подразделяют на резидентные и подвижные. Резидентные макрофаги присутствуют в тканях в норме, в отсутствие воспаления. Среди них различают свободные, имеющие округлую форму, и фиксированные макрофаги — звездообразной формы клетки, прикрепляющиеся своими отростками к внеклеточному матриксу или другим клеткам. Подвижные макрофаги — популяция переселяющихся (вызванных) макрофагов.

Система мононуклеарных фагоцитов. Макрофаги соединительной ткани — часть системы мононуклеарных фагоцитов. Клетки системы мононуклеарных фагоцитов отличаются от других фагоцитирующих клеток по трём критериям: имеют морфологию макрофагов, происходят из костного мозга, фагоцитарную активность модулируют Ig и компоненты комплемента. В систему мононуклеарных фагоцитов входят гистиоциты (тканевые макрофаги), альвеолярные макрофаги, остеокласты, клетки фон Купффера, клетки Лангерханса, клетки Хофбауэра, гигантские клетки инородных тел и, вероятно, клетки микроглии ЦНС.

Морфология

Строение (рис. 6-32) макрофага зависит от его активности и локализации. Диаметр клетки — около 20 мкм. Ядро неправильной формы, с углублениями. В цитоплазме присутствуют митохондрии, свободные рибосомы, хорошо выраженный комплекс Гольджи, мультивезикулярные тельца, гранулярная эндоплазматическая сеть, лизосомы, фаголизосомы и остаточные тельца, материал которых может выделяться из макрофага путём экзоцитоза. В лизосомах присутствуют бактерицидные агенты: миелопероксидаза, лизоцим, протеиназы, кислые гидролазы, катионные белки, лактоферрин, супероксид дисмутаза — фермент, способствующий образованию H₂O₂, OH^–, O₂^–. Под плазмолеммой в большом количестве присутствуют актиновые микрофиламенты, микротрубочки, промежуточные филаменты, необходимые для миграции и фагоцитоза. Макрофаги мигрируют по градиенту концентрации многих веществ, поступающих из различных источников. Активированные макрофаги образуют цитоплазматические псевдоподии неправильной формы, участвующие в амебоидном движении и фагоцитозе.

· Факторы хемотаксиса. Макрофаги мигрируют по градиенту концентрации некоторых факторов, вырабатываемых другими клетками. Факторы хемотаксиса для макрофагов секретируют активированные T–лимфоциты, мигрировавшие в очаг воспаления нейтрофилы. Факторами хемотаксиса для макрофагов служат компоненты комплемента C5a, C3 и лейкотриен LTB₄, бактериальные продукты, лимфокины из активированных лимфоцитов, фрагменты фибронектина.

· Факторы удержания макрофага в очаге воспаления. Активированные T–лимфоциты секретируют фактор, ингибирующий миграцию макрофагов (MIF). Фибронектин связывается с макрофагом и закрепляет клетку в месте воспаления. Связывание с фибронектином усиливает экспрессию поверхностных рецепторов (для Fc и C3b) моноцитов и макрофагов, участвующих в фагоцитозе, и индуцирует секрецию протеаз и активатора плазминогена, необходимых для фагоцитоза.

· Факторы активации макрофага. Активируют макрофаг факторы из тромбоцитов (например, PDGF, TGFb), лимфокины из активированных T–лимфоцитов. T–лимфоциты секретируют фактор активации макрофагов (MAF), который усиливает бактерицидную и противоопухолевую активность макрофагов.

Рис. 6-32. Макрофаг. Ядро неправильной формы, с выемками. В цитоплазме присутствуют рибосомы, митохондрии, мультивезикулярные тельца. Хорошо развиты комплекс Гольджи и гранулярная эндоплазматическая сеть. Имеются многочисленные лизосомы. Характерно наличие фагосом, фаголизосом, остаточных телец. Клетка образует цитоплазматические отростки, участвующие в миграции и фагоцитозе. [17]

Функции

Макрофаги — профессиональные фагоциты. Макрофаги фагоцитируют деградированные белки, старые и дефектные эритроциты и другие клетки крови; обломки клеток и тканевого матрикса, образующиеся при воспалении. Неспецифический фагоцитоз характерен для альвеолярных макрофагов, захватывающих пылевые частицы различной природы, сажу и т.п. Специфический фагоцитоз происходит при взаимодействии макрофага с опсонизированной бактерией.

Распознавание многих бактерий макрофагом опосредовано его рецептором TLR (для микобактерий это TLR2 и TLR4). Как только микобактерия захватывается макрофагом, активируются NF-kB и MAP киназа. В результате активации TLR макрофаг секретирует ИЛ12, который способствует дифференцировке T–лимфоцитов в Th1-лимфоциты. Последние, в свою очередь, продуцируют g-ИФН и TNFa, усиливающие антибактериальную активность макрофага (рис. 6-33).

Рис. 6-33. Участие макрофага в борьбе с внутриклеточными патогенами. Инфицированный макрофаг продуцирует как цитокины, стимулирующие NK–клетки (ИЛ12 и TNFa), так и цитокины, активирующие другие макрофаги (ИЛ1, ИЛ12, TNFa). g-Интерферон, продуцируемый NK–клетками, также активирует макрофаги и действует для усиления T-клеточного ответа. [106]

Активированный макрофаг секретирует более 60 факторов. Макрофаги проявляют антибактериальную активность, выделяя лизоцим, кислые гидролазы, катионные белки, лактоферрин, H₂O₂, OH^–, O₂^–. Противоопухолевая активность заключается в прямом цитотоксическом действии H₂O₂, аргиназы, цитолитической протеиназы, TNF макрофага. Макрофаг — антиген-представляющая клетка: он процессирует Аг и представляет его лимфоцитам, что приводит к стимуляции лимфоцитов и запуску иммунных реакций. ИЛ1 макрофагов активирует T–лимфоциты и в меньшей степени — B–лимфоциты. Макрофаг продуцирует липидные медиаторы — простагландин PGE₂ и лейкотриены, фактор активации тромбоцитов (PAF). Клетка также выделяет a‑ИФН, блокирующий репликацию вируса. Активированный макрофаг секретирует ферменты, разрушающие внеклеточный матрикс (эластазу, гиалуронидазу, коллагеназу). С другой стороны, ростовые факторы, синтезируемые макрофагами, эффективно стимулируют пролиферацию эпителиальных клеток (TGFa, bFGF), пролиферацию и активацию фибробластов (фактор роста из тромбоцитов PDGF), синтез коллагена фибробластами (TGFb), формирование новых кровеносных сосудов (фактор роста фибробластов bFGF). Таким образом, основные процессы, лежащие в основе заживления раны (реэпителизация, образование внеклеточного матрикса, восстановление повреждённых сосудов), опосредованы факторами роста, производимыми макрофагами. Вырабатывая ряд колониестимулирующих факторов (макрофагов — M‑CSF, гранулоцитов — G-CSF), макрофаги влияют на дифференцировку клеток крови.

Тучная клетка

Тучные клетки морфологически и функционально сходны с базофилами крови, но это различные клеточные типы. Тучная клетка, как и базофил, происходит из предшественника в костном мозге, но окончательную дифференцировку проходит в соединительной ткани. Тучные клетки — резидентные клетки соединительной ткани. Их особенно много в коже, в слизистой оболочке органов дыхательной и пищеварительной систем, вокруг кровеносных сосудов. Тучная клетка (рис. 6-34) содержит многочисленные крупные метахроматические гранулы (модифицированные лизосомы). В мембрану клетки встроены различные рецепторы, в том числе рецепторы к Fc–фрагменту IgE.

Рис. 6-34. Тучная клетка. Ядро округлое, умеренно развиты гранулярная эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи; содержит многочисленные крупные гранулы, варьирующие по структуре и плотности. [17]

Гранулы

Тучные клетки синтезируют и накапливают в гранулах разнообразные биологически активные вещества, медиаторы и ферменты: гепарин (гепаринсульфат), гистамин, триптазу, химазу, эластазу, дипептидазу, активатор плазминогена, кислые гидролазы, фактор хемотаксиса эозинофилов (ECF), фактор хемотаксиса нейтрофилов (NCF). Основной компонент гранул тучных клеток — отрицательно заряженный сульфатированный гликозаминогликан гепарин, синтезируемый и запасаемый исключительно тучными клетками. Секретируемый клеткой гепарин связывает циркулирующий в крови антитромбин III, резко усиливая его противосвёртывающую активность. Гистамин вызывает сокращение ГМК, гиперсекрецию слизи, увеличение проницаемости сосудов с развитием отёка. Триптаза способствует расщеплению фибриногена, конверсии С3 в анафилатоксин С3а, активации коллагеназы, деградации фибронектина. Триптаза, химаза, карбоксипептидаза В, другие протеазы и кислые гидролазы, выделяясь из дегранулирующей клетки, вызывают разрушение тканевого матрикса.

Дегрануляцию тучной клетки, как и базофила, могут вызывать многие пептиды: вещество P, гастрин, VIP, соматостатин, нейротензин, динорфин и эндорфин. Анафилатоксины C3a и C5a, цитокины ИЛ2, ИЛ3, ИЛ8, GM-CSF, главный щелочной белок эозинофилов MBP, HRF тромбоцитов также выступают в роли дегрануляционных агентов.

При активации тучной клетки (наряду с секрецией содержимого гранул) образуются метаболиты арахидоновой кислоты — простагландины, тромбоксан TXA₂ и лейкотриены. Эти медиаторы обладают вазо- и бронхоактивными свойствами. Из мембранных фосфолипидов также образуется фактор активации тромбоцитов (PAF), относящийся к наиболее сильным спазмогенам.

· Гистамин. Его эффекты — H1-, H₂-рецептор-опосредованное действие на ГМК, эндотелий, нервные волокна. Вазодилатация, повышение проницаемости капилляров, отёк, хемокинез, бронхоспазм, стимуляция афферентных нервов.

· Простагландин PGD₂ и лейкотриен LTC₄ — мощные сократительные агонисты для ГМК воздухоносных путей, их эффекты соответственно в 30 и в 1000 раз сильнее гистамина. Метаболиты простагландина PGD₂ — вазодилататоры, в высоких концентрациях увеличивают сосудистую проницаемость. Лейкотриены LTD₄ и LTE₄ — вазоконстрикторы, также увеличивают проницаемость сосудов.

· Медленно реагирующий фактор анафилаксии (SRS-A) вызывает вазо- и бронхоконстрикцию, повышает проницаемость стенки капилляров, что приводит к развитию отёка.

· При недостаточном сульфатировании гепарина (дефект гена сульфатирующего фермента N–деацетилазы/N–сульфотрансферазы-2 NDST-2) происходит резкое снижение как числа гранул, так и содержания в них гистамина и протеаз. Таким образом, гепарин косвенно влияет на выраженность воспалительного или иммунного ответа, осуществляемого с участием тучных клеток.

Функции

Тучная клетка участвует в воспалительных и аллергических реакциях. Активация и дегрануляция тучных клеток, как и базофилов, опосредована IgE. Тучные клетки имеют высокоаффинные поверхностные рецепторы к Fc–фрагментам IgE. Связывание Аг (аллергена) с молекулой IgE на поверхности тучной клетки сопровождается экзоцитозом содержимого гранул, образованием метаболитов арахидоновой кислоты. Дегрануляцию тучной клетки, как и базофила, могут вызывать многие пептиды: вещество P, гастрин, VIP, соматостатин, нейротензин, динорфин и эндорфин. Анафилатоксины C3a и C5a, цитокины ИЛ2, ИЛ3, ИЛ8, GM-CSF, главный щелочной белок эозинофилов MBP, HRF тромбоцитов также выступают в роли дегрануляционных агентов.

Плазматическая клетка

Плазматическая клетка (плазмоцит) (рис. 6-35) образуется из B–лимфоцита в результате его активации антигеном. Активированный B–лимфоцит делится около 5 дней и, образуя клон, дифференцируется в плазматическую клетку или B–клетку памяти. Плазматические клетки продуцируют иммуноглобулины и служат главными эффекторными клетками гуморального иммунитета. Плазматическая клетка синтезирует АТ одного типа. Плазматические клетки редко встречаются в периферической крови, в основном они присутствуют в костном мозге, лимфатических узлах и селезёнке, а также в рыхлой соединительной ткани слизистых оболочек.

Клетка имеет округлую форму или форму веера, диаметр 8–15 мкм. Плазматическая клетка содержит большое овальное эксцентрически расположенное ядро с характерными глыбками гетерохроматина. Эухроматин занимает меньший объем ядра, но именно с ним связывают транскрипцию генов, кодирующих иммуноглобулины. Отношение объёма ядра к объёму цитоплазмы колеблется от 2:1 до 1:1. В цитоплазме — хорошо развитый комплекс Гольджи и масса крупных цистерн гранулярной эндоплазматической сети, концентрически расположенных вокруг ядра. Продолжительность жизни плазматической клетки — 4–5 дней.

К заболеваниям, связанным с нарушением функции плазматических клеток, относят моноклональные гаммапатии, множественную миелому, макроглобулинемию и болезни тяжёлой цепи. Все они чаще встречаются в зрелом возрасте. В условиях патологии наблюдается бесконтрольное размножение клона с образованием большого количества определённого моноклонального АТ, известного как М-белок. При моноклональных гаммапатиях плазматические клетки продуцируют неполные антитела, которые могут состоять только из лёгких или только из тяжёлых цепей. У больных с нарушением функции плазматических клеток высок риск возникновения инфекции. Увеличение количества аномальных плазматических клеток сопровождается повреждением различных тканей и органов. Продуцируемые в большом количестве АТ могут нарушать функцию жизненно важных органов, например почек.

Рис. 6-35. Плазматическая клетка. Хорошо развитые гранулярная эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи свидетельствуют об активном синтезе и секреции белка. [17]

Перициты

Перициты — отростчатые клетки, примыкающие снаружи к артериолам, венулам и капиллярам. Наиболее многочисленны в посткапиллярных венулах. Подобные перицитам мезангиальные клетки локализуются в почечных тельцах.

Морфология

Овальной формы клетки образуют длинные, расположенные вдоль сосуда первичные отростки, от которых под прямым углом отходят более тонкие и короткие вторичные отростки, охватывающие сосуд (капилляр или посткапиллярную венулу) (рис. 6-36). Для перицита характерны дисковидное ядро с небольшими углублениями, обычный набор органелл, мультивезикулярные тельца, микротрубочки и гликоген. В области, обращённой к стенке сосуда, цитоплазма перицита содержит пузырьки. Около ядра и в отростках присутствуют сократительные белки, в т.ч. актин и миозин. Перициты покрыты базальной мембраной, но тесно связаны с эндотелиальной клеткой, т.к. базальная мембрана между ними может и отсутствовать. В этих местах выявлены щелевые и адгезионные контакты.

Рис. 6-36. Перицит. Покрытая базальной мембраной клетка прилегает снаружи к базальной мембране эндотелиальной клетки сосуда микроциркуляторного русла. Длинные первичные отростки направляются вдоль сосуда. Вторичные отростки отходят от первичных, циркулярно окружая сосуд.

Функция

Сократительная активность. Перициты имеют общие свойства с ГМК (экспрессия гладкомышечного актина, виментина) и способны сокращаться в ответ на ангиотензин II, серотонин, ацетилхолин, АТФ, эндотелин-1, регулируя просвет сосуда.

Источник ГМК. При заживлении ран и восстановлении сосудов перициты дифференцируются в ГМК. В клеточной культуре показана дифференцировка перицитов в остеобласты, хондробласты, фибробласты, адипоциты (см. также главу 10).

Секреторная функция. Синтез компонентов базальной мембраны сосудов.

Фагоцитоз. Участвуют в фагоцитозе остатков базальной мембраны.

Информационные взаимодействия в системе перицит–эндотелиальная клетка. Перициты взаимодействуют с эндотелиальными клетками через щелевые и адгезионные контакты, а также путём паракринной регуляции. Перициты оказывают влияние на пролиферацию миграцию, дифференцировку и выживание эндотелиальных клеток, что отражается на темпах роста и разветвлённости сосудов.

· Перициты экспрессируют рецептор фактора роста из тромбоцитов (PDGFRb) (рецепторная тирозинкиназа), секретируют TGFb-1 и VEGF.

· Эндотелиальные клетки в ответ на TGFb экспрессируют рецептор VEGFR-1 (рецепторная тирозинкиназа), взаимодействующий с VEGF. Для поддержания функциональной активности перицитов (экспрессии TGFb и VEGF) эндотелиальные клетки, в свою очередь, секретируют фактор роста PDGFb, взаимодействующий с рецептором PDGFRb в мембране перицита.

· Клиническая значимость. Нарушение информационных взаимодействий в системе эндотелиальная клетка-перицит (например, гибель перицитов) приводит к различным патологическим состояниям: диабетическая ретинопатия, эктопическая кальцификация тканей, инсульт, кровоточивость, отёки, опухолевый рост. В клинике онкологических заболеваний перициты являются одной из главных мишеней для терапевтического угнетения васкуляризации опухоли.

Адипоциты

Среди адипоцитов различают клетки белого и клетки бурого жира.

Клетка белого жира

В ходе дифференцировки в цитоплазме мезенхимной клетки появляются капельки жира, сливающиеся по мере увеличения их количества. Дифференцированный адипоцит — крупная округлая клетка диаметром 120 мкм, содержит одну крупную каплю жира, оттесняющую на периферию цитоплазму и все органеллы. В цитоплазме, узким ободком окружающей каплю жира, находятся сплющенное ядро, свободные рибосомы, гладкая и гранулярная эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи и митохондрии. Адипоциты секретируют гормон лептин, взаимодействие которого с рецепторами нервных клеток вентромедиального и латерального ядер гипоталамуса ведёт к включению центральных механизмов пищевого поведения; лептин противодействует накоплению жировой ткани. Адипоциты секретируют и имеют рецепторы ко многим гормонам и факторам (табл. 6-13, 6-14).

Синтез и запасание жира. Адипоциты синтезируют липопротеиновую липазу, диффундирующую на поверхность эндотелиальных клеток (преимущественно в капиллярах жировой ткани). Липиды, поступающие с пищей, транспортируются в жировую ткань в составе ЛОНП и в виде хиломикронов. Липопротеиновая липаза гидролизует эти липиды до жирных кислот. Свободные жирные кислоты проникают в адипоциты и запасаются в жировых капельках в виде триглицеридов. Жировые клетки способны синтезировать жирные кислоты также из глюкозы и аминокислот. Инсулин стимулирует синтез липопротеиновой липазы, отложение жира и поглощение глюкозы адипоцитами. Вместе с тем инсулин замедляет мобилизацию жира из адипоцитов, подавляя активность ферментов, расщепляющих жир. Запасаемые триглицериды гидролизуются чувствительной к гормонам липазой, активируемой цАМФ. Образующиеся свободные жирные кислоты поступают в просвет капилляров, где нековалентно связываются с альбуминами и транспортируются в печень.

Липопротеиновая липаза (ген LPL) функционирует как гомодимер. Основная функция — гидролиз триглицеридов, циркулирующих хиломикронов и липопротеинов очень низкой плотности (ЛОНП). Молекула соединена с мембраной эндотелия через gpi-белок и функционирует в присутствии аполипопротеина C-2 на поверхности эндотелия, обращенной в просвет сосуда. Липопротеиновая липаза также выступает в роли лиганд-несущего фактора для опосредованного рецепторами захвата липопротеина. Мутации гена и недостаточность липопротеиновой липазы ведут к различным нарушениям метаболизма липопротеинов, в тяжёлых случаях — к развитию гиперлипопротеинемии I типа (липоидоза идиопатического, или болезни Бюргера–Грютца).

Таблица 6-13. Белки, выделяемые жировой тканью во внутреннюю среду (кровоток)

Молекула	Функция
Лептин	Сигнал, поступающий в мозг и передающий информацию о жировых запасах, регулирует аппетит и расходование энергии
Фактор некроза опухоли a (TNFa)	Влияет на сигнальный путь, опосредуемый рецептором инсулина, возможная причина развития резистентности к инсулину при ожирении
ИЛ-6	Участвует в иммунной защите, обмене глюкозы и жиров
PAI-1	Мощный ингибитор фибринолитической системы
Тканевый фактор	Главный клеточный инициатор коагуляционного каскада
Ангиотензиноген	Регулятор артериального давления и гомеостаза электролитов
Адипсин	Возможный посредник между процессами активации альтернативного пути комплемента и обмена в жировой ткани
Ингибитор активатора плазминогена 1	Регулирует интенсивность синтеза триацилглицерина в жировой ткани
Адипофилин	Маркёр накопления липидов в клетке
АдипоQ/apM1/Адипонектин/Acrp	Связан с патогенезом семейной комбинированной липидемии, с резистентностью к инсулину
Простагландины PGI2 и PGF2 a	Участвуют в процессах воспаления, свертывания крови, овуляции, менструации, секреции соляной кислоты и др.
Трансформирующий фактор роста b (TGFb)	Регулятор многих процессов, включая пролиферацию, дифференцировку, апоптоз и др.
Инсулиноподобный фактор роста I (IGF-I)	Стимулирует пролиферацию клеток многих типов и опосредует многочисленные эффекты гормона роста
Подавляющий миграцию макрофагов фактор (MIF)	Вовлечён в воспалительный ответ и иммунорегуляцию

Таблица 6-14. Рецепторы адипоцитов белой жировой ткани

Рецептор	Влияние активации рецептора на метаболизм адипоцита
Гормоны и цитокины
Лептина (OB-R)	Стимуляция липолиза Аутокринная регуляция экспрессии лептина
Инсулина	Ингибирование липолиза и стимуляция липогенеза Индукция захвата глюкозы и окисления Стимуляция экспрессии лептина
Глюкагона	Стимуляция липолиза
Инсулиноподобных факторов роста IGF-I и –II	Ингибирование липолиза Стимуляция транспорта глюкозы и окисления
Гормона роста	Индукция экспрессии лептина и IGF-I Стимуляция липолиза
Тиротропина	Регуляция дифференцировки адипоцитов Регуляция липолиза
Простагландинов	Выраженные антилиполитические эффекты (PGE2) Модуляция дифференцировки преадипоцитов (PGF2a and PGI2)
Фактор некроза опухоли a (TNFa)	Стимуляция липолиза Регуляция секреции лептина Мощное ингибирование дифференцировки адипоцитов Участие в развитии процесса резистентности к инсулину
Интерлейкина-6 (ИЛ6)	Ингибирование активности липопротеиновой липазы Индукция липолиза
Аденозина	Ингибирование липолиза
Гастрина/холецистокинина В	Регуляция экспрессии и секреции лептина
Желудочного ингибирующего пептида	Стимуляция синтеза жирных кислот и триглицеридов Усиление эффектов инсулина
Глюкагоноподобного пептида 1 (GLP-1)	Регуляция синтеза гликогена Усиление поддерживаемого инсулином метаболизма глюкозы
Нейропептида Y1	Ингибирование липолиза Индукция экспрессии лептина
Атриопептина	Модуляция окисления глюкозы Связывание и выведение атриопептина
Ангиотензина II	Усиление липогенеза Стимуляция образования простациклина зрелыми адипоцитами Влияние на инсулин-опосредованную регуляцию метаболизма адипоцитов
Эпидермального фактора роста (EGF)	Регуляция дифференцировки адипоцитов Влияние на липолитический эффект катехоламинов
Фактора роста из тромбоцитов (PDGF)	Регуляция дифференцировки адипоцитов
Фактора роста фибробластов (FGF)	Регуляция дифференцировки адипоцитов
Трансформирующего фактора роста b (TGFb)	Мощное ингибирование дифференцировки адипоцитов
Рецепторы катехоламинов и холинорецепторы
b1, b2, b3, b4	Стимуляция липолиза Индукция термогенеза Снижение уровня мРНК лептина
a1	Индукция образования инозитолфосфата и активация протеинкиназы С
a2	Ингибирование липолиза Регуляция роста преадипоцитов
Н-холинорецептор	Стимуляция липолиза
М-холинорецептор	Ингибирование липолиза
Ядерные рецепторы
g-Рецептор пролифератора пероксисом (PPARg)	Индукция дифференцировки адипоцитов и чувствительности к инсулину
Рецепторы ретиноевой кислоты RAR/RXR	Регуляция дифференцировки адипоцитов
Трийодтиронина (T3)	Стимуляция липолиза Регуляция секреции лептина Индукция дифференцировки адипоцитов Регуляция эффектов инсулина
Глюкокортикоидов	Стимуляция дифференцировки адипоцитов
Андрогенов	Контроль развития жировой ткани (антиадипогенные сигналы) Модуляция экспрессии гена ob
Эстрогенов	Контроль развития жировой ткани (проадипогенные сигналы) Модуляция экспрессии гена ob
Прогестерона	Регуляция метаболизма и распределения жира в организме
Витамина D	Угнетение дифференцировки адипоцитов
Рецепторы липопротеинов
Липопротеинов очень низкой плотности (ЛОНП)	Связывание и интернализация ЛОНП Участие в накоплении липидов
Липопротеинов низкой плотности (ЛНП)	Усиление захвата холестерина
Липопротеинов высокой плотности (ЛВП)	Выведение и метаболизм ЛВП

Клетка бурого жира

Клетка бурого жира содержит множество мелких жировых капель и крупных митохондрий. В буром адипоците функционирует естественный механизм разобщения окислительного фосфорилирования, что биологически полезно как способ образования тепла. Бурый цвет клетки и ткани в целом обусловлен присутствием железосодержащих пигментов в митохондриях. Активированная гормон-чувствительная липаза гидролизует триглицериды в жирные кислоты и глицерол. Освобождаемые жирные кислоты метаболизируются с образованием тепла. Повышенное теплообразование объясняется наличием во внутренней мембране митохондрий трансмембранного белка термогенина. Термогенин разрешает обратный ток протонов, предварительно транспортированных в интермембранное пространство, без прохождения через систему АТФ-синтетазы. Таким образом, энергия, генерируемая протонным током, не используется на синтез АТФ, а рассеивается в виде тепла.

Виды соединительных тканей

Различают волокнистые соединительные ткани и соединительные ткани со специальными свойствами. Волокнистые соединительные ткани (в зависимости от количества волокон и основного вещества во внеклеточном матриксе) делят на рыхлую и плотную. В свою очередь, плотная соединительная ткань делится на оформленную и неоформленную, что определяется организацией волокон во внеклеточном матриксе. К соединительным тканям со специальными свойствами относят эмбриональную (мезенхима), жировую и ретикулярную ткани. Для этих тканей характерно преобладание однотипных клеток.

Волокнистая соединительная ткань

Рыхлая соединительная ткань

Рыхлая (неоформленная) соединительная ткань (рис. 6-37) находится во всех органах, образует их строму и сопровождает сосуды. Эта ткань содержит сравнительно немного хаотично распределённых коллагеновых и эластических волокон. Между волокнами находится большое количество основного вещества с погружёнными в него разнообразными клетками: фибробластами, переселяющимися и резидентными макрофагами, тучными клетками, перицитами, адипоцитами, плазматическими клетками, лейкоцитами. Молекулы гликозаминогликанов, переплетаясь, образуют сеть, в ячейках и каналах которой удерживается большое количество тканевой жидкости с растворёнными в ней веществами. Лейкоциты, макрофаги, тучные и плазматические клетки принимают активное участие в защитных реакциях.

Рис. 6-37. Рыхлая соединительная ткань. Межклеточное вещество состоит большей частью из основного вещества с хаотично распределёнными волокнами, коллагеновыми и эластическими. Характерно клеточное разнообразие (фибробласты, тучные клетки, различные лейкоциты, адипоциты, макрофаги, плазматические клетки). [17]

Плотные соединительные ткани

Плотная соединительная ткань содержит большое количество плотно расположенных волокон. Количество основного вещества относительно незначительно.

Плотная неоформленная соединительная ткань состоит из большого количества плотно, но беспорядочно расположенных волокон. Между волокнами присутствуют фибробласты (фиброциты), макрофаги, тучные клетки. Характерна для собственно кожи, периоста.

Плотная оформленная соединительная ткань. Волокна располагаются плотно, образуя параллельно идущие пучки. В узких пространствах между волокнами цепочками выстраиваются фиброциты. Из такой ткани образованы связки, сухожилия и фиброзные мембраны.

· Связка (например, ligamenta flava и ligamentum nuchae) состоит из эластина, формирующего толстые волокна. Между ними располагаются тонкие коллагеновые волокна и фиброциты.

· Сухожилие (рис. 6-38) состоит из коллагеновых волокон, формирующих сухожильные пучки I, II и III порядков. Между пучками I порядка расположены ряды сухожильных клеток с пластинчатыми отростками. Группы пучков I порядка, окружённые рыхлой соединительной тканью с сосудами и нервами, образуют пучки II порядка. Несколько пучков II порядка объединяются рыхлой соединительной тканью в пучки III порядка. При повреждении сухожилия активированные фиброциты и фибробласты синтезируют коллаген для новых волокон.

Рис. 6-38. Сухожилие. А — поперечный срез. Б — продольный срез. В и Г — схема строения сухожилия на поперечном и продольном срезах. [17]

· Фиброзные мембраны. Пучки коллагеновых волокон и лежащие между ними фиброциты расположены слоями. В каждом слое волнообразные пучки коллагеновых волокон проходят параллельно в одном направлении, отличном от направлений в соседних слоях. Отдельные пучки волокон переходят из одного слоя в другой, связывая их между собой. К фиброзным мембранам относят фасции, апоневрозы, сухожильный центр диафрагмы, капсулы внутренних органов, твёрдую мозговую оболочку, склеру.

Соединительные ткани со специальными свойствами

К соединительным тканям со специальными свойствами отнесены мезенхима, слизистая соединительная ткань, ретикулярная и жировая ткани.

Мезенхима

Эмбриональная соединительная ткань — мезенхима (рис. 6-39) — источник происхождения клеток всех соединительных тканей. Мезенхимные клетки имеют звёздчатую или веретенообразную форму с нежными ветвящимися отростками, формирующими сеть. В овальном ядре — диспергированный хроматин и хорошо заметные ядрышки. Гелеобразный внеклеточный материал состоит почти исключительно из основного вещества и минимального количества рассеянных волокон (в основном ретикулиновых).

Рис. 6-39. Мезенхима. Рыхлая сеть, образованная клетками звёздчатой формы. Клетки разделены аморфным межклеточным веществом, содержащим редкие ретикулиновые волокна. [17]

Слизистая соединительная ткань

Эмбриональная слизистая (студенистая) соединительная ткань присутствует в пупочном канатике, окружая пупочные артерии и вену, преимущественно состоит из гелеподобного основного вещества, богатого гиалуроновой кислотой, часто называемого вартоновой студенью (вартонов студень). Она заполняет большие межклеточные пространства между тонкими коллагеновыми волокнами (тип I и III) и фибробластоподобными клетками (UCMS-клетки, Umbilical Cord Matrix Stem Cells) стромы, отстоящими далеко друг от друга. Клетки имеют веретеновидную форму и тонкие отростки, экспрессируют молекулы адгезии CD44, CD105, маркёры интегринов CD29, CD51, маркёры стволовых мезенхимных клеток SH2, SH3, но не маркёры клеток гемопоэтического ряда CD34 и CD45, т.е. имеют ряд черт, сходных со стволовыми мезенхимными клетками костного мозга. In vitro клетки стромы пупочного канатика могут быть индуцированы к дифференцировке в различные клеточные типы: остеогенные, адипогенные клетки, предшественники кардиомиоцитов, что может найти применение в клинической практике.

Ретикулярная ткань

Ретикулярная ткань (рис. 6-40) имеет сетевидное строение и состоит из ретикулиновых волокон (коллаген типа III) и ретикулярных клеток, имеющих длинные отростки. Ретикулярные клетки вместе с ретикулиновыми волокнами образуют рыхлую сеть (строму) красного костного мозга, лимфатических узлов, селезёнки и миндалин.

Рис. 6-40. Ретикулярная ткань состоит из ретикулярных клеток и ретикулиновых волокон. [17]

Ретикулярные клетки красного костного мозга имеют рецепторы цитокинов (ИЛ1, ИЛ3, ИЛ4, ИЛ6, ИЛ7), экспрессируют молекулы адгезии к белкам межклеточного матрикса (ICAM-1, ICAM-2, VCAM-1, интегрины a1–3 и b1–4), секретируют различные гемопоэтические факторы роста (ИЛ3, ИЛ7, SCF, GM-CSF, G-CSF, M-CSF), обеспечивающие специфическое микроокружение для развивающихся клеток крови.

Стволовая мезенхимная клетка красного костного мозга (СМК) относится к самообновляющейся клеточной популяции, из которой образуются стромальные клетки Stro-1⁺, экспрессирующие маркёры стволовых клеток (CD34, Sca-1 и др.). Стволовая мезенхимная клетка, а также её дочерние стромальные клетки могут дифференцироваться в жировые, костные, хрящевые, мышечные и ретикулярные клетки (рис. 6-41).

Рис. 6-41. Пути дифференцировки стволовой мезенхимной клетки красного костного мозга. Из стволовой мезенхимной клетки образуется клетка предшественница, способная дифференцироваться в жировые, костные, хрящевые, мышечные (ГМК) и стромальные клетки. При этом образующиеся стромальные клетки также могут давать начало жировым, костным, хрящевым и ретикулярным клеткам. [71]

Фибробластоподобные ретикулярные клетки лимфоидной системы. Клетки образуют строму в паракортикальной и парафолликуллярной зонах лимфатических узлов, экстрафолликулярных областях селезёнки и миндалин.

Хемотаксис. В эмбриогенезе взаимодействие рецептора лимфотоксина b (LTbR), экспрессирующегося на поверхности стромальных клеток, с лимфотоксином a₁b₂ (LTa₁b₂), встроенного в мембрану CD3^–CD4⁺CD45⁺ гемопоэтических клеток, индуцирует продукцию клетками стромы лимфоидных хемокинов и молекул адгезии для привлечения и связывания гемопоэтических клеток. В зрелой ткани ретикулярные клетки экспрессируют поверхностно-клеточный хемокин лиганд 16 (CXCL16), привлекающий активированные T–лимфоциты и NK–клетки, в плазмолемму которых встроен рецептор CXCR6.

Жировая ткань

Жировая ткань встречается во многих органах. Различают белую и бурую жировую ткань.

Белый жир составляет почти всю жировую ткань организма. Участвует в поглощении из крови, синтезе, хранении и мобилизации нейтральных липидов (триглицеридов). На распределение жировой ткани в организме влияют половые гормоны и гормоны коры надпочечников. Жировые клетки (адипоциты) образуют скопления (дольки), разделённые перегородками из рыхлой соединительной ткани. В последней в жировую ткань проходят кровеносные сосуды и нервы. Отдельные жировые клетки окружены сетью ретикулиновых и коллагеновых волокон. В соединительнотканных перегородках присутствуют фибробласты и тучные клетки.

· Ожирение. Гипертрофическое ожирение — увеличение размера адипоцитов вследствие избыточного накопления жира внутри каждой клетки; гиперпластическое ожирение — увеличение числа адипоцитов.

· Опухоли жировой ткани могут возникать в любой части тела, но чаще появляются в забрюшинной области и в конечностях. Липомы — доброкачественные опухоли адипоцитов. Липосаркомы — злокачественные опухоли адипоцитов.

Бурый жир у новорождённого участвует в терморегуляции. У взрослого бурый жир в небольшом количестве встречается в средостении, вдоль аорты и под кожей между лопатками. Бурая жировая ткань обильно снабжена кровеносными капиллярами, образующими сеть вокруг каждого адипоцита, и имеет выраженную симпатическую иннервацию.

Пигментная ткань

Волокнистая (рыхлая или плотная) соединительная ткань, содержащая большое количество пигментных клеток. Это сосудистая оболочка и радужка глаза, дерма в области околососковых кружков, мошонки, вокруг анального отверстия, родинки и родимые пятна.

Скелетные ткани

К скелетным (твёрдым) типам тканей внутренней среды относятся хрящевая (хрящ) и костная (кость) ткани.

Хрящевая ткань

Хрящ у плода выполняет формообразующую, а в сформированном организме — опорную функции. Хрящ необходим для образовании костной ткани путём энхондрального остеогенеза. Хрящевая ткань состоит из хрящевых клеток (хондроцитов) и межклеточного вещества — хрящевого матрикса. Различают гиалиновый, эластический и волокнистый хрящи. Хрящи, как и покровные эпителии, не содержат кровеносных сосудов. Хрящевая ткань состоит из хрящевых клеток (хондроцитов) и межклеточного вещества — хрящевого матрикса. Основные свойства хряща — прочность и упругость — определяются молекулярной организацией хрящевого матрикса. Различают гиалиновый, эластический и волокнистый хрящи. Генез, структура и функция хондроцитов, а также организация хрящевого матрикса рассмотрены на примере гиалинового хряща.

Рис. 6-42. Основные структуры хряща. Снаружи хрящ покрыт надхрящницей. Под ней расположен молодой хрящ, а глубже — зрелый хрящ. В хрящевой ткани присутствуют хондроциты, окружённые хрящевым матриксом. [17]

Рис. 6-42А. Гиалиновый хрящ. Под надхрящницей (1) в поверхностных слоях молодого хряща располагаются хондробласты и молодые хондроциты (2). В глубоких слоях хряща хондроциты образуют изогенные группы клеток (3). Интертерриториальный матрикс (4) занимает пространство между клеточными территориями. Окраска гематоксилином и эозином.

Гиалиновый хрящ

Гиалиновый хрящ (рис. 6-42, 6-42А) локализуется в рёбрах, суставах, стенке воздухоносных путей. У плода гиалиновый хрящ формирует скелет, а в растущем организме и при переломах кости гиалиновый хрящ является местом образования костной ткани.

Гистогенез и рост хряща

Хрящ развивается из мезенхимы (рис. 6-43). Гистогенез хряща стимулируют тироксин, тестостерон и соматотропин, а угнетают кортизол, гидрокортизон и эстрадиол.

Рис. 6-43. Дифференцировка мезенхимной клетки в хондрогенном или остеогенном направлении. Мезенхимная клетка дифференцируется в прехондрогенную клетку, что контролируется BMP и FGF. Под влиянием тех же факторов, а также представителей семейства Sox (Sex reversal Y-related high-mobility group box protein) (Sox9, Sox5L, Sox6), семейства Wnt и катенин/TCF/LEF (Lymphoid Enhancer-binding Factor) прехондрогенная клетка дифференцируется в ранний хондроцит. Фактор Ihh и члены семейства Wnt поддерживают дифференцировку раннего хондроцита в так называемый «призматический» хондроцит. Клетки на этой стадии развития служат мишенями представителей семейства BMP, транскрипционного фактора Cbfa1 и Dlx5/6, под влиянием которых они превращаются в хондроциты на стадии гипертрофии. Дифференцировку мезенхимной клетки в остеогенном направлении инициируют факторы Ihh и Cbfa1. Переход от последующей стадии преостеобласта к стадии остеобласта поддерживают Osx (Osterix) и b–катенин /TCF/LEF. [121]

Хондрогенез

В дифференцировке хондроцитов различают три стадии: конденсации клеток, собственно дифференцировки и гипертрофии. Ранние маркёры хондроцитов — коллагены типов II, IX, XI, протеогликан агрекан. В дальнейшем хондроциты последовательно проходят стадии постмитотических хондроцитов, прегипертрофии и гипертрофии (рис. 6-44) (мезенхимная клетка ® прехондрогенная клетка ® ранний хондроцит ® «призматический» хондроцит ® хондроцит на стадии гипертрофии) (рис. 6-43, рис. 45). Хондроциты на последней стадии вместо коллагена II типа экспрессируют коллаген X типа, окружаются минерализованным матриксом и погибают путем апоптоза.

Стадия конденсации клеток прослежена как при хондрогенном, так и при остеогенном коммитировании клеток–предшественниц. Представители надсемейства трансформирующего фактора роста b (TGFb) TGFb1, TGFb2, TGFb3, а также BMP2, BMP4, BMP6 и BMP7 служат главными индукторами энхондрального остеогенеза. TGFb поддерживает конденсацию клеток, индуцируя в хондроцитах экспрессию транскрипционного фактора Sox9 (рис. 6-44). Кроме того, TGFb стимулирует транскрипционную активность Sox9 путем активации другого транскрипционного фактора Smad3 [Sma и MADD (Mother against decapentaplegic)]. Инактивация Sox9 в зачатке конечности до наступления стадии конденсации хондрогенных клеток блокирует эту стадию и последующие этапы образования хряща и кости. Увеличение плотности клеток в зачатке конечности позволяет клеткам контактировать и обмениваться информацией через щелевые контакты. Молекула адгезии N–кадгерин играет важную роль в хондрогенезе.

Рис. 6-44. Хондрогенез и энхондральный остеогенез. Представители надсемейства TGFb участвуют в рекрутировании хондрогенных клеток из мезенхимы. Хондрогенные клетки конденсируются. Клетки центральной части этого скопления преимущественно под влиянием транскрипционного фактора Sox9 и в меньшей мере сигнального пути Wnt/b–катенин детерминируются для дифференцировки в хондроциты. Клетки периферической части формируют надхрящницу. На стадии гипертрофии все хондроциты находятся под контролем каскада Ihh/паратиреоидный гормон-подобный пептид (PTHrP). Ihh экспрессируется в хондроцитах перед их вступлением в стадию гипертрофии, что индуцирует экспрессию PTHrP в клетках зачатка надхрящницы. PTHrP блокирует вступление клеток в стадию гипертрофии. Ihh поддерживает дифференцировку клеток в остеогенном направлении. Представители семейства Wnt, например Wnt4, поддерживают дифференцировку хондроцитов и их вступление в стадию гипертрофии, которая характеризуется активацией синтеза коллагена типа X. Хондроциты в зоне гипертрофии в конечном итоге «замуровываются» минерализованным матриксом и погибают путем апоптоза. Последующая васкуляризация позволяет хондрокластам разобрать хрящевую ткань для протекания в этом месте последующих процессов энхондрального остеогенеза. [119]

Рост

Рост хрящей происходит как изнутри (интерстициальный рост), так и от надхрящницы (аппозиционный рост). Интерстициальный рост происходит за счёт пролиферации хондроцитов и увеличения объёма матрикса. Аппозиционный рост — наложение слоёв новообразованной хрящевой ткани по периферии хряща за счёт дифференцировки хрящевых клеток из хондрогенных клеток надхрящницы.

Надхрящница

У плода надхрящницу образует слой уплотнённой мезенхимы вокруг хрящевого зачатка. В постнатальном онтогенезе надхрящница — плотная волокнистая неоформленная соединительная ткань, окружающая хрящ. В надхрящнице различают волокнистый наружный слой (коллаген типа I) и клеточный внутренний слой, содержащий хондрогенные клетки, участвующие в аппозиционном росте. Кровеносные сосуды надхрящницы осуществляют питание хряща.

Хондроциты

Хондроциты (рис. 6-45) — окружённые хрящевым матриксом клетки хрящевой ткани. При развитии хрящевой ткани происходящие из мезенхимы хондрогенные клетки дифференцируются в хондробласты. Хондробласты пролиферируют и начинают синтез веществ для построения хрящевого матрикса, выделяя их в составе секреторных пузырьков (матриксные пузырьки). В зрелом хряще хондроциты, расположенные ближе к поверхности хряща, имеют овальную форму, их длинная ось расположена параллельно поверхности хряща. В более глубоких слоях хондроциты образуют группы в пределах одной лакуны — так называемые изогенные группы клеток (клон). Хондроциты являются мишенью для инсулиноподобных факторов роста (соматомединов), стимулирующих синтез нуклеиновых кислот и белка. Хондроциты имеют хорошо развитые гранулярную эндоплазматическую сеть и комплекс Гольджи. Многочисленные секреторные гранулы содержат коллагены, протеогликаны и гликопротеины.

Рис. 6-45. Хондроцит. Поверхность клетки неровная, с многочисленными короткими отростками. Цистерны гранулярной эндоплазматической сети расширены. Хондроцит содержит много гликогена и липидов. [17]

Хрящевой матрикс

Хрящевой матрикс содержит до 75% воды, что позволяет веществам из сосудов надхрящницы диффундировать в матриксе и осуществлять питание хондроцитов. Важное значение для обеспечения прочности и упругости хряща имеют белки хрящевого матрикса. Функционально наиболее значимы коллагены, протеогликаны и хондронектин.

Коллагены. Тип II, образующий коллагеновые волокна, составляет до 40% сухого веса хряща. Тип IX сшивает коллагеновые волокна. Его содержание в хряще в пять раз меньше, чем коллагена типа II. a₂‑Цепь этого коллагена ковалентно связывает хондроитинсульфат. Тип VI найден в матриксе гиалинового и эластического хряща, а также в n. pulposus межпозвонкового диска. Тип X — редкая форма коллагена, с ним связывают способность некоторых хрящей к обызвествлению. Необызвествляющиеся хрящи (например, трахеи) не содержат этой формы коллагена.

Протеогликаны (рис. 6-46). Коллагеновые волокна погружены в макромолекулярные агрегаты протеогликанов — гигантских молекул, секретируемых хондроцитами. Главная функция протеогликанов — связывание воды в хрящевом матриксе и обеспечение диффузии. Основа протеогликана — гиалуроновая кислота. От неё в разные стороны отходят полипептидные цепи т.н. центрального белка. Длинные цепи центрального белка во множестве связывают боковые полисахаридные цепи (гликозаминогликаны). К глобулярному концу центрального белка присоединены короткие молекулы олигосахаридов, а к противоположному концу белка — хондроитинсульфаты. По всей длине центрального белка к нему прикреплены молекулы кератансульфата и олигосахаридов.

· Агрекан — главный протеогликан хрящевого матрикса. Более сотни цепей хондроитинсульфата прикрепляются к центральному белку M_r 250 кД, формируя протеогликан M_r в 3000 кД. Многочисленные молекулы агрекана затем связываются с цепями гиалуроновой кислоты, формируя крупные агрегаты более 100 000 кД, которые фиксируются сетью коллагеновых волокон.

· Сульфатирующие ферменты. Важную роль выполняют два сульфатирующих фермента, присоединяющие сульфатную группу SO₄^2– к молекуле сахара в четвёртом (хондроитин-4-сульфат) или шестом (хондроитин-6-сульфат) положениях.

· Генетические дефекты сульфатирующих ферментов известны у человека и у мутантных короткопалых мышей, когда из-за отсутствия полноценного хондроитинсульфата, а следовательно и протеогликана, нарушается хондрогенез, и развивается ненормально маленький плод с уродливыми конечностями.

Гликозаминогликаны. По мере дифференцировки хондроцитов качественный состав гликозаминогликанов изменяется. Так, цепи хондроитинсульфата в молекуле протеогликана, синтезируемого молодыми хондроцитами, примерно в два раза длиннее, чем в молекуле протеогликана, вырабатываемого более зрелыми клетками. Протеогликан молодых и гипертрофированных хондроцитов содержит относительно много хондроитин-6‑сульфата. Включение хондроитин-6‑сульфата в протеогликан в ходе дифференцировки хрящевых клеток уменьшается, но возрастает включение хондроитин-4‑сульфата. Молодые хондроциты синтезируют короткие цепи кератансульфата, а старые клетки синтезируют более длинные молекулы этого гликозаминогликана.

Вода и упругость хряща. Молекула протеогликана связывает (структурирует) большой объём воды, по массе намного превышающий её собственный. Количество структурированной воды определяет упругость хрящевой ткани. При сжатии хряща вода вытесняется из областей вокруг сульфатированных и карбоксильных групп протеогликана, группы сближаются, и силы отталкивания между их отрицательными зарядами препятствуют дальнейшему сжатию ткани. Вода возвращается на прежнее место при снятии давления. Таким образом, если коллаген определяет прочность хряща, то протеогликан — его упругость. Чем длиннее молекулы хондроитинсульфата в составе протеогликана, тем больше воды структурирует протеогликан. Поэтому протеогликан старых хондроцитов связывает меньше воды, вследствие чего хрящевой матрикс у пожилых людей становится менее упругим. Протеогликаны не только структурируют воду. Они занимают большой объём в пространстве тканевого матрикса и, взаимодействуя с коллагенами, регулируют толщину коллагеновых фибрилл (рис. 6-47). Кроме того, протеогликаны связывают отдельные компоненты матрикса в единую систему, усиливая взаимодействие между фибронектином и коллагеном.

Рис. 6-46. Протеогликан хряща. Стержнем макромолекулы служит гиалуроновая кислота. К ней присоединены молекулы центрального белка, связанные с полисахаридами. [17]

Рис. 6-47. Матрикс хряща. Протеогликаны взаимодействуют с коллагенами и регулируют толщину коллагеновых волокон. Связывание протеогликанами большого количества воды определяет упругость хрящевой ткани. [17]

Хондронектин, контролируя консистенцию матрикса, важен для развития хряща и поддержания его структуры. Молекула хондронектина имеет участки связывания коллагена типа II, протеогликанов и рецепторов хондронектина в плазмолемме хондроцитов. Таким образом, функции хондронектина аналогичны фибронектину и ламинину. Если фибронектин связывает клетки с коллагеном типа I, а ламинин — эпителиальные клетки с коллагеном типа IV, то хондронектин специфичен в отношении хондроцитов и коллагена типа II.

Суставной хрящ

Суставной хрящ представлен гиалиновой хрящевой тканью, не имеет надхрящницы, поэтому этот хрящ не способен к регенерации. Суставной хрящ состоит из трёх нечётко разграниченных зон — наружной, средней и внутренней (рис. 6-48). В наружной зоне мелкие одиночные хондроциты уплощены. В средней зоне продольные ряды клеток расположены цепочками, лежащими перпендикулярно суставной поверхности. Обе зоны представляют собой типичный гиалиновый хрящ. Внутренняя зона представлена кальцинированным хрящом, содержащим мелкие хондроциты. Кость примыкает к внутренней зоне, формируя костную пластинку, поддерживающую суставной хрящ. В области контакта с внутренней зоной суставного хряща кость представляет собой смесь компактной и губчатой костной ткани; здесь же присутствуют каналы (типа хаверсовых), содержащие остеогенные клетки и кровеносные сосуды. В суставном хряще коллагеновые волокна расположены своеобразно — в виде готических арок, что способствует перераспределению давления, оказываемого на суставную поверхность. Суставной хрящ не содержит капилляров, и большинство его клеток получает питание из синовиальной жидкости.

Рис. 6-48. Хрящи суставной и межпозвонкового диска. В суставном хряще различают три зоны: поверхностная зона содержит плоские клетки, средняя зона представлена округлыми клетками, организованными в виде столбиков, или колонок, и узкая минерализованная глубокая зона. Поверхностная и средняя зона содержат коллаген II типа, а глубокая зона — коллаген X типа. Nucleus pulposus межпозвонкового диска имеет аналогичную структуру. [119]

Эпифизарная пластинка

В росте трубчатых костей участвует эпифизарная пластинка, представленная гиалиновым хрящом. Она существует до тех пор, пока полностью не завершится постнатальный рост кости в длину, после чего замещается костной тканью. Эпифизарная пластинка состоит из четырёх зон — резервной (покоящегося хряща); размножения (пролиферирующего молодого хряща); гипертрофии клеток и созревания хряща; к оссификации хряща и окостенения.

Возрастные изменения и регенерация

В пожилом возрасте происходят изменения гиалинового хряща: гипертрофия и последующая гибель хрящевых клеток и обызвествление матрикса. Дегенерация гиалинового хряща происходит также в ходе энхондрального остеогенеза. Регенерация гиалинового хряща крайне незначительна. Только в раннем детском возрасте она протекает достаточно эффективно. Способность гиалинового хряща к регенерации определяют исключительно потенции надхрящницы. Для восстановления хряща проводят имплантацию аутологичных хондроцитов. Однако эта процедура имеет ограничение в виде невозможности получить достаточное количество хондроцитов и не позволяет существенно улучшить ситуацию в пораженной хрящевой ткани. Установление возможности мезенхимной стволовой клетки из тканей взрослого организма дифференцироваться в хондрогенном направлении, а также установление молекулярных факторов, контролирующих коммитирование и дифференцировку хондроцитов, открывает новые перспективы для восстановления хряща.

Рис. 6-48А. Эластический хрящ. Изогенные группы хрящевых клеток (1) окружены многочисленными эластическими волокнами (2). Окраска гематоксилином и орсеином.

Эластический хрящ

Эластический хрящ (рис. 6-48А) входит в состав ушной раковины, слуховой (евстахиевой) трубы, надгортанника, рожковидных и клиновидных хрящей гортани. Помимо прочности и упругости, эластический хрящ обладает ещё одним свойством — эластичностью. Эластический хрящ принципиально построен так же, как и гиалиновый. Главное отличие — присутствие в хрящевом матриксе сети эластических волокон. По сравнению с гиалиновым, эластический хрящ менее подвержен дегенерации, содержит меньше липидов, гликогена, хондроитинсульфатов и не обызвествляется.

Волокнистый хрящ

Волокнистый хрящ (рис. 6-49, 6-49А) присутствует в межпозвонковых и суставных дисках, симфизе лонного сочленения, а также в местах перехода сухожилий и связок в гиалиновый хрящ. Надхрящницы нет. Структурно волокнистый хрящ не только занимает промежуточное положение между сухожилием и гиалиновой хрящевой тканью, но и часто граничит с ними или островками входит в состав тех и других. Волокнистый хрящ испытывает значительные механические нагрузки как при сжатии, так и при растяжении. Коллагеновые волокна, формируя пучки, расположены параллельно друг другу. Между ними в полостях (лакунах) лежат более крупные и округлые (по сравнению с фиброцитами) хондроциты — как отдельные, так и образующие изогенные группы. В изогенной группе волокнистого хряща хондроциты расположены цепочкой. Небольшие пространства между клетками изогенной группы в лакуне заполнены в основном сульфатированными гликозаминогликанами.

Рис. 6-49. Волокнистый хрящ. Хондроциты образуют цепочки между пучками коллагеновых волокон, проходящих в одном направлении. [17]

Рис. 6-49А. Волокнистый хрящ. Цепочки хондроцитов (1) располагаются между пучками коллагеновых волокон (2), ориентированных в одном направлении. Окраска гематоксилином и эозином.

Межпозвонковый диск (рис. 6-48, 6-50). По периферии диска волокнистый хрящ образует концентрические кольца — annulus fibrosus (фиброзное кольцо). Центральная часть диска — студенистое ядро (nucleus pulposus) — заполнена желеобразной массой. В этот жидкий матрикс погружены т.н. пузыревидные клетки, образующие скопления различной величины и формы. Межпозвонковый диск (в первую очередь студенистое ядро) выступает в роли гидравлического амортизатора. С возрастом волокнистый хрящ фиброзного кольца становится тоньше.

Рис. 6-50. Волокнистый хрящ межпозвонкового диска. Периферическая часть диска образована волокнистым хрящом — фиброзное кольцо (annulus fibrosus). В жидком матриксе студенистого ядра (nucleus pulposus) центральной части диска находятся пузыревидные клетки. [17]

Костная ткань

Кости формируют скелет организма, защищают и поддерживают жизненно важные органы, выполняют функцию депо кальция, содержат до 99% всего кальция. Микроскопически различают грубоволокнистую (первичную, или незрелую, textus osseus rudifibrosus) и пластинчатую (вторичную, или зрелую, textus osseus lamellaris) костные ткани. Макроскопически в кости выделяют губчатое (substantia spongiosa) и компактное вещество (substantia compacta) (рис. 6-51А). Костная ткань имеет минерализованный (обызвествлённый, или кальцифицированный) матрикс. В кости присутствуют две линии клеток — созидающая и разрушающая, что отражает постоянно происходящий процесс перестройки костной ткани. Дифферон созидающей линии клеток в костной ткани: остеогенная клетка ® остеобласт ® остеоцит. Разрушающая линия клеток — остеокласты.

Рис. 6-51А. Диафиз трубчатой кости, компактная часть. Видны остеоны (1) и вставочные костные пластинки (6). В остеоне хорошо различимы канал остеона (2), концентрические костные пластинки (3), костные полости (4), спайная линия (5). Окраска по Шморлю.

Костный матрикс

Костный матрикс составляет 50% сухого веса кости и состоит из неорганической (50%) и органической (25%) частей и воды (25%). Неорганическая часть в значительном количестве содержит два химических элемента — кальций (35%) и фосфор (50%), образующие кристаллы гидроксиапатита, а также входящие в состав других неорганических веществ. Кристаллы гидроксиапатита, имеющие стандартный размер 20´5´1,5 нм, соединяются с молекулами коллагена через остеонектин. В состав неорганической части кости также входят бикарбонаты, цитраты, фториды, соли Mg²⁺, K⁺, Na⁺. Органическая часть — коллагены (коллаген типа I — 90–95% и коллаген типа V) и неколлагеновые белки (остеонектин, остеокальцин, протеогликаны, сиалопротеины, морфогенетические белки, протеолипиды, фосфопротеины), а также гликозаминогликаны (хондроитинсульфат, кератансульфат). Органические вещества костного матрикса синтезируют остеобласты.

· Остеонектин поддерживает в присутствии коллагена осаждение Ca²⁺ и PO₄^3–.

· Остеокальцин — небольшой белок в минерализованном матриксе кости, участвует в процессе кальцификации, служит маркёром для оценки активности костной ткани.

· Морфогенетические белки кости (BMP) — регуляторные, они индуцируют энхондральный остеогенез. Прогрессирующая костеобразующая фибродисплазия связана с нарушением экспрессии BMP-2A. Вероятная причина ключично-черепной дисплазии — мутация гена, кодирующего BMP-6. Глюкокортикоиды модулируют экспрессию и действие BMP, которые стимулируют дифференцировку мезенхимной клетки в коммитированные остеобласты.

Остеоид

Остеоид — неминерализованный органический костный матрикс вокруг остеобластов, синтезирующих и секретирующих его компоненты. В дальнейшем остеоид минерализуется, чему предшествует появление в остеоиде выделяемых остеобластами матриксных пузырьков. Окружённые мембраной матриксные пузырьки размером 30 нм–1 мкм содержат липиды, большое количество Ca²⁺, различные фосфатазы. Особенно велика активность щелочной фосфатазы. Щелочная фосфатаза осуществляет ферментативный гидролиз эфиров фосфорной кислоты с образованием ортофосфата, который взаимодействует с Ca²⁺, что приводит к образованию осадка в виде аморфного фосфата кальция Ca₃(PO₄)₂ с последующим формированием из него кристаллов гидроксиапатита. Для нормальной минерализации остеоида особенно необходим 1a,25‑дигидроксихолекальциферол (активная форма витамина D₃ кальцитриол). Способствуя всасыванию кальция и фосфора в кишечнике, кальцитриол обеспечивает их необходимую концентрацию для запуска кристаллизационных процессов в костном матриксе. Прямо воздействуя на остеобласты, 1a,25‑дигидроксихолекальциферол повышает активность щелочной фосфатазы в этих клетках, способствуя минерализации костного матрикса.

Клетки костной ткани

Остеогенные клетки происходят из мезенхимы, имеют веретеновидную форму и расположены в периосте и эндосте. При высоком pO₂ остеогенные клетки дифференцируются в остеобласты, а при низком pO_2 — в хондрогенные клетки.

Остеобласты

Остеобласты — неделящиеся отростчатые клетки, имеют кубическую, полигональную или цилиндрическую форму. Ядро расположено эксцентрично, цитоплазма резко базофильна. Остеобласты активно синтезируют и секретируют вещества костного матрикса. В связи с этим в остеобластах хорошо развиты гранулярная эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи, присутствует множество секреторных гранул, содержащих проколлаген. Проколлаген секретируется практически через всю поверхность клетки, что даёт возможность остеобласту окружить себя матриксом со всех сторон. Периферическая часть цитоплазмы богата актиновыми микрофиламентами, в большом количестве присутствующими и в отростках. При помощи отростков остеобласты устанавливают контакты с соседними остеобластами и остеоцитами. Функционирование остеобластов в ходе образования и перестройки костной ткани контролируется фактором транскрипции Cbfa1.

Рис. 6-51. Остеоциты в костной трабекуле. Переплетающиеся трабекулы губчатой кости содержат остеоциты и окружены снаружи одним слоем остеобластов. Остеоциты расположены в лакунах. Отростки остеоцитов проходят в отходящих от лакун костных канальцах. [17]

Рис. 6-52. Остеоцит. Тонкие длинные отростки проходят в костных канальцах. Между стенкой лакуны и поверхностью остеоцита в составе неминерализованного матрикса (остеоида) расположены коллагеновые волокна. [17]

Остеоциты

Остеоциты (рис. 6-51, 6-52) — зрелые неделящиеся клетки, расположенные в костных полостях, или лакунах. В клетке присутствуют цистерны гранулярной эндоплазматической сети, свободные рибосомы, комплекс Гольджи, округлые митохондрии и лизосомы. По мере старения остеоцита содержание указанных органелл существенно снижается. Для примембранной цитоплазмы характерно наличие актиновых микрофиламентов и микротрубочек. Тонкие отростки остеоцитов расположены в канальцах, отходящих в разные стороны от костных полостей. Отростки соседних остеоцитов, соприкасающиеся боковыми поверхностями внутри канальца, формируют щелевые контакты. Совокупность сообщающихся между собой канальцев и лакун составляет лакунарно-канальцевую систему. Остеоциты поддерживают структурную целостность минерализованного матрикса, участвуют в регуляции обмена Ca²⁺ в организме. Эта функция остеоцитов находится под контролем со стороны Ca²⁺ плазмы крови и различных гормонов. Остеоциты могут секретировать вещества для образования матрикса новой кости, но эта способность менее выражена, чем у остеобластов.

Лакунарно-канальцевая система заполнена тканевой жидкостью, через которую осуществляется обмен веществ между остеоцитами и кровью. В канальцах постоянно циркулирует жидкость, что поддерживает диффузию метаболитов и обмен между лакунами и кровеносными сосудами надкостницы. По химическому составу лакунарно-канальцевая жидкость отличается от плазмы крови или жидкости в матриксе других тканей. Разделяющий плазму и лакунарно-канальцевую жидкость барьер называют костной мембраной. Барьер формируют остеобласты и остеоциты. Концентрация Ca²⁺ и PO₄^3– в лакунарно-канальцевой жидкости превышает критический уровень для спонтанного осаждения солей Ca²⁺, что указывает на присутствие и важную роль различных ингибиторов осаждения, контролирующих процесс минерализации.

Остеокласты

Остеокласты (рис. 6-54) — крупные многоядерные клетки. Клетка-родоначальница остеокластов — колониеобразующая единица для гранулоцитов и моноцитов (CFU-GM). Остеокласты относят к системе мононуклеарных фагоцитов.

Остеокластогенез

Для дифференцировки остеокластов необходимы колониестимулирующий фактор макрофагов (M‑CSF) и белки семейства TNF остеопротегерин (OPG), остеопротегерин лиганд (OPGL), или RANK лиганд (RANKL), и RANK–рецептор, продуцируемые стромальными клетками костного мозга и остеобластами. Транскрипционный фактор c-Fos и транскрипционный комплекс NF-kB стимулируют остеокластогенез (рис. 6-53).

M‑CSF стимулирует митоз колониеобразующей единицы для гранулоцитов и моноцитов (CFU-GM) и дифференцировку раннего предшественника остеокласта (c-Kit⁺/c-Fms⁺/CD11b⁺/RANK–) в более зрелую клетку c-Kit⁺/c-Fms⁺/CD11b⁺/RANK⁺ — преостеокласт, чувствительный к RANKL. Образующиеся преостеокласты в дальнейшем сливаются с образованием многоядерных клеток.

RANKL, секретируемый остеобластами и стромальными клетками, существует как в растворимой форме, так и будучи связанным с мембраной этих клеток. связанный с мембраной RANKL расщепляется с участием MMP или ADAM RANKL связывается с RANK–рецептором (RANK — Receptor Activator of NF- kB) на поверхности преостеокласта (рис. 6-54). Активация RANK служит сигналом для белков-адапторов TRAF6 (TNF Receptor-Associated Factor 6) и Gab2. Белки-адапторы активируют в клетке сигнальные молекулы (включая фактор транскрипции NF-kB, протеинкиназы JNK и c-Src), запускающие дифференцировку и резорбтивную активность остеокласта. Белки MAPK контролируют белки семейства AP1, такие, как Jun, Fos и FRA, регулирующие гены, необходимые для остеокластогенеза.

Остеопротегерин. Стромальные клетки и остеобласты секретируют ещё один растворимый белок семейства TNF — остеопротегерин (OPG), выполняющий роль рецептора-«ловушки» для RANKL. Связываясь с RANKL и блокируя взаимодействия RANKL/RANK, остеопротегерин защищает костную ткань от резорбции остеокластами.

Клетки, участвующие в воспалительных реакциях (например, активированные T–лимфоциты), а также опухолевые клетки могут усиливать остеокластогенез, продуцируя растворимые или связанные с мембраной M-CSF и RANKL, пептид, относящийся к паратиреоидному гормону (PTHrP), цитокины, простагландины. T–лимфоциты, наряду с экспрессией RANKL, секретируют g-ИФН, который активирует систему “убиквитин-протеасома” в преостеокласте, что приводит к разрушению TRAF6 и, как следствие, блокаде дифференцировки остеокласта.

Паратиреоидный гормон (ПТГ), взаимодействуя с остеобластами и клетками стромы, усиливает экспрессию RANKL, а также угнетает образование OPG.

Активная форма витамина D₃ осуществляет свой остеокластогенный эффект, стимулируя клетки стромы и остеобласты к экспрессии RANKL.

Фактор некроза опухоли (TNF) — мощный остеокластогенный агент, стимулирует остеобласты к образованию RANKL и M-CSF; возможно, вследствие локальной секреции TNF происходит устранение ортопедических имплантатов. Различают 2 вида рецепторов TNF, активация которых приводит к различным эффектам: так, активация p55 TNF рецепторов стимулирует, а p75 TNF рецепторов — ингибирует остеокластогенез.

ИЛ1 стимулирует экспрессию M-CSF стромальными клетками костного мозга; этот эффект ингибируется эстрогенами. Экспрессия RANKL клетками стромы костного мозга возрастает в отсутствие эстрогенов у женщин уже в начальный период менопаузы.

· В трансформированных клетках экспрессия RANKL увеличена; это один из факторов разрушения костной ткани при раковых заболеваниях.

· OPG играет решающую роль в развитии идиопатической гиперфосфатазии — аутосомно-рецессивном заболевании костной ткани, характеризующемся деформацией длинных костей, кифотической деформацией грудной клетки.

Рис. 6-53. Регуляция образования и активности остеокласта. При резорбции костной ткани происходит взаимодействие между остеобластной и остеокластной клеточными линиями. Остеобласт продуцирует M‑CSF, который взаимодействует со своим рецептором c-Fms клетки–предшественницы остеокласта, стимулируя её дифференцировку в преостеокласт. Преостеокласт начинает экспрессировать RANK — рецептор для RANK лиганда (RANKL), также продуцируемого остеобластом (или клеткой стромы). Взаимодействие RANK/RANKL стимулирует дифференцировку и активность остеокласта. Это взаимодействие может быть блокировано растворимым остеопротегерином (OPG), секретируемым остеобластом или клеткой стромы костного мозга. [130]

Функционирование

Остеокласты имеют ацидофильную цитоплазму и расположены в области резорбции (разрушения) кости в лакунах Хоушипа. В активированном остеокласте различают гофрированную каёмку, светлую, везикулярную и базальную зоны. Остеокласт прикрепляется к резорбируемой поверхности кости за счёт формирования замыкающего кольца из подосом — временных выростов цитоплазмы светлой зоны, содержащих F–актин, винкулин, талин, a–актинин. Кольцо из подосом исчезает после завершения резорбции и ухода остеокласта. Остеокласт связывается с витронектином костного матрикса через интегрин av b3, после чего происходит регулируемое малой гуанозин трифосфатазой Rab-3 формирование гофрированной каёмки. Гофрированная каёмка (рис. 6-55) — многочисленные цитоплазматические выросты, направленные к поверхности кости и достигающие её. Через мембрану выростов из остеокласта выделяется большое количество H⁺ и Cl^–, что создаёт и поддерживает в замкнутом пространстве лакуны кислую среду (рис. 6-56), оптимальную для растворения солей кальция костного матрикса (pH 4.5). Образование H⁺ в цитоплазме клетки катализируется карбоангидразой II. Остеокласт секретирует H⁺ с участием H⁺-насоса V-типа (H⁺,K⁺‑АТФазы). Образуемый HCО₃^– удаляется с помощью мембранного анионообменника Cl^–/HCО₃^– в обмен на внеклеточный Cl^–. Везикулярная зона содержит многочисленные лизосомы, ферменты которых (кислые гидролазы, коллагеназы, катепсин K) разрушают органическую часть костного матрикса. В базальной зоне присутствуют ядра, множество митохондрий, рибосомы и полирибосомы, элементы гранулярной эндоплазматической сети, выраженный комплекс Гольджи.

Болезнь Педжета (остеодистрофия деформирующая, остит деформирующий) — наследственная болезнь, характеризующаяся усиленной резорбцией кости активированными остеокластами и интенсивным образованием остеобластами грубоволокнистой (незрелой) костной ткани на месте пластинчатой. Клинически болезнь выражается деформацией бедренных и большеберцовых костей, позвоночника и черепа с выраженным гиперостозом (рост массы костей), утолщением и искривлением костей, повышенной частотой возникновения опухолей.

Рис. 6-54. Остеокласт. Многочисленные цитоплазматические выросты гофрированной каёмки направлены к поверхности кости. Светлая зона окружает гофрированную каёмку, плотно прилегая к костному матриксу. В везикулярной зоне расположены лизосомы. Ядра, митохондрии, цистерны гранулярной эндоплазматической сети и комплекс Гольджи сосредоточены в базальной зоне. [17]

Рис. 6-55. Взаимодействие остеокласта с поверхностью минерализованного костного матрикса. Карбоангидраза II (CA II) катализирует образование H⁺ и HCО₃^–. H⁺ при помощи протонной H⁺,K⁺‑АТФазы активно выкачивается из клетки, что приводит к закислению замкнутого пространства лакуны. Гидролитические ферменты лизосом расщепляют фрагменты костного матрикса. А — остеокласт на поверхности кости; Б — часть гофрированной каёмки; В — часть клеточной мембраны остеокласта в области гофрированной каёмки. [17]

Грубоволокнистая костная ткань

Между толстыми пучками беспорядочно расположенных коллагеновых волокон расположены удлинённые лакуны с длинными анастомозирующими канальцами. Характерно большое количество протеогликанов и гликопротеинов и низкое содержание минеральных солей. В лакунах находятся остеоциты, более многочисленные по сравнению с пластинчатой костной тканью. Такая незрелая кость присутствует у плода. У взрослого она сохраняется в местах прикрепления сухожилий к костям, вблизи черепных швов, в зубных альвеолах, в костном лабиринте внутреннего уха. Постнатально незрелая кость часто образуется при заживлении переломов и в быстрорастущих костных опухолях, возникающих из остеогенных клеток.

Пластинчатая костная ткань

Зрелая (вторичная), или пластинчатая костная ткань образована костными пластинками. Пластинчатая костная ткань формирует губчатое и компактное вещество кости. Губчатое вещество — переплетающиеся костные трабекулы, полости между которыми заполнены костным мозгом. Трабекула состоит из костных пластинок и снаружи окружена одним слоем остеобластов. Трабекулы расположены соответственно направлению сил сжатия и растяжения. Губчатое вещество заполняет эпифизы длинных трубчатых костей и образует внутреннее содержимое коротких и плоских костей скелета. Основная масса компактного вещества состоит из остеонов. Компактное вещество образует диафизы длинных трубчатых костей и слоем различной толщины покрывает все остальные (короткие и плоские) кости скелета.

Костная пластинка — слой костного матрикса толщиной 3–7 мкм. Между соседними пластинками в лакунах расположены остеоциты, а в толще пластинки в костных канальцах проходят их отростки. Коллагеновые волокна в пределах пластинки ориентированы упорядоченно и лежат под углом к волокнам соседней пластинки, что обеспечивает значительную прочность пластинчатой кости.

Остеон

Остеон (рис. 6-56, 6-56А), или хаверсова система — совокупность 4–20 концентрических костных пластинок. В центре остеона расположен хаверсов канал (канал остеона), заполненный рыхлой волокнистой соединительной тканью с кровеносными сосудами и нервными волокнами. Фолькмана каналы (рис. 6-58) связывают каналы остеонов между собой, а также с сосудами и нервами надкостницы. Снаружи остеон ограничен спайной линией (линия цементации), отделяющей его от фрагментов старых остеонов. В ходе образования остеона (рис. 6-57) находящиеся в непосредственной близости от сосуда хаверсова канала остеогенные клетки дифференцируются в остеобласты. Снаружи располагается сформированный остеобластами слой остеоида. В дальнейшем остеоид минерализуется, и остеобласты, окружаемые минерализованным костным матриксом, дифференцируются в остеоциты. Следующий концентрический слой возникает подобным же образом изнутри. По наружной поверхности остеоида на границе с минерализованным костным матриксом проходит фронт обызвествления, где начинается процесс отложения минеральных солей. Диаметр остеона (не более 0,4 мм) определяет расстояние, на которое эффективно диффундируют вещества к периферическим остеоцитам остеона по лакунарно-канальцевой системе из центрально расположенного кровеносного сосуда.

Рис. 6-56. Остеоны в компактной части трубчатой кости. Слой остеонов компактного вещества трубчатой кости сформирован остеонами разных генераций, между которыми располагаются остатки старых остеонов в виде вставочных костных пластинок. [17]

Рис. 6-56А. Диафиз трубчатой кости, компактная часть. Видны остеоны (1) и вставочные костные пластинки (6). В остеоне хорошо различимы канал остеона (2), концентрические костные пластинки (3), костные полости (4), спайная линия (5). Окраска по Шморлю.

Рис. 6-57. Образование остеона. В центральной части на месте будущего канала остеона в составе рыхлой соединительной ткани проходят кровеносные сосуды. Эта центральная часть окружена слоем остеобластов, снаружи лежит слой остеоида. Следующий слой остеобластов и соответствующий ему слой остеоида образуется ближе к центру остеона и имеет меньший диаметр. Сначала обызвествляются периферические пластинки остеона, а затем и центральные. По мере обызвествления матрикса остеобласты дифференцируются в остеоциты. [17]

Организация пластинчатой костной ткани

В пластинчатой костной ткани (рис. 6-58) упорядоченно расположены остеоциты, коллагеновые волокна, костные пластинки и кровеносные сосуды. Остеоциты лежат в лакунах между соседними пластинками. От лакун в толщу соседних пластинок отходят анастомозирующие костные канальцы, содержащие отростки остеоцитов. Коллагеновые волокна в каждой пластинке проходят параллельно друг другу и под углом к волокнам соседних пластинок. В компактном веществе костные пластинки в основном образуют остеоны, ориентированные вдоль длинной оси трубчатой кости. Между остеонами находятся вставочные костные пластинки. Наружные (покрывающие кость) и внутренние (выстилающие полость кости) общие (генеральные) костные пластинки лежат параллельно друг другу. Кровеносные сосуды залегают в каналах остеонов.

Рис. 6-58. Компактная часть трубчатой кости. Под надкостницей расположена наружная система общих костных пластинок. Основной объём компактной части кости занимает слой остеонов. Изнутри к слою остеонов прилегает внутренняя система общих костных пластинок. Слева на врезке — остеон. [17]

Надкостница

Периост покрывает снаружи всю кость, за исключением суставной поверхности. В периосте выделяют два слоя — наружный и внутренний. Толстый наружный слой — волокнистый, представлен плотной соединительной тканью и содержит коллагеновые волокна, немногочисленные фибробласты и кровеносные сосуды. Остеогенные клетки и остеобласты входят в состав внутреннего (остеогенного) слоя надкостницы. Пучки прободающих коллагеновых волокон (волокна Шарпея), заостряющиеся по направлению к кости и уходящие в её матрикс из надкостницы, обеспечивают прочное прикрепление внутреннего слоя к поверхности кости. Периост — источник остеогенных клеток для развития, роста и регенерации костной ткани.

Эндост — тонкая оболочка, покрывающая трабекулы в губчатом веществе, а также выстилающая кость (со стороны костного мозга) и хаверсовы каналы компактного вещества. Иными словами, эндост присутствует на поверхности всех костных полостей. Эндост состоит из слоя неактивных плоских остеогенных клеток. В период роста и перестройки кости целостность эндоста часто нарушается остеокластами.

Гистогенез костной ткани

Образование кости — сложный динамический процесс, в который вовлечены многочисленные морфогены, факторы роста и гормоны, поддерживающие дифференцировку и функционирование остеобластов. Различают внутримембранный (прямой) и энхондральный (непрямой) остеогенез.

Внутримембранный остеогенез

Этим способом образуются плоские кости. В участках мезенхимы, содержащих капилляры, группы мезенхимных клеток формируют первичные центры окостенения (рис. 6-59). При этом клетки округляются; между отростками соседних клеток устанавливаются контакты. Далее мезенхимные клетки дифференцируются в остеобласты.

Рис. 6-59. Внутримембранный остеогенез. В месте первичного центра окостенения клетки мезенхимы сближаются и дифференцируются в остеобласты. Клетки приобретают овальную форму, между длинными клеточными отростками формируются щелевые контакты, начинается синтез веществ костного матрикса. Остеоид равномерно накапливается вокруг тел и отростков остеобластов. Следом за остеоидом остеобласты секретируют матриксные пузырьки и начинается кальцификация остеоида, при этом тела дифференцирующихся остеоцитов и их отростки оказываются замурованными в костных лакунах и костных канальцах, соответственно. В ходе этого процесса образуются трабекулы, представленные грубоволокнистой незрелой костной тканью, окружённой снаружи одним слоем остеогенных клеток и остеобластов. Далее остеокласты разбирают грубоволокнистую костную ткань, на месте которой остеобласты начинают строить зрелую пластинчатую костную ткань. [85]

Дифференцировка остеобластов

Остеобласты и хондроциты происходят из общей плюрипотентной стволовой мезенхимной клетки (рис. 6-60, 6-61). Cbfa1 (Core-binding factor a-1) — один из важнейших транскрипционных факторов, регулирующих экспрессию многих остеоспецифических генов и их дифференцировку. В отсутствие хотя бы одного аллеля Cbfa1 развивается ключично-черепная дисплазия. В зрелых остеобластах генами-мишенями транскрипционного фактора Cbfa1 служат гены остеокальцина, сиалопротеина кости, остеопонтина и субъединицы a1 коллагена. В свою очередь, экспрессию Cbfa1 индуцируют морфогенетические белки кости (BMP).

Наряду с Cbfa1, дифференцировку остеобластов регулирует транскрипционный фактор Osterix (Osx), или Sp7. Фактор транскрипции Sp7 связан с Cbfa1 и не экспрессируется в отсутствие Cbfa1. Osterix связывается с последовательностями Sp1 и EKLF, содержит 3 C2H2-типа «цинковые пальцы», относится к семейству белков Sp (Specificity protein).

Рис. 6-60. Направления дифференцировки мезенхимной клетки. Остеобласты, хондроциты, мышечные трубочки и адипоциты происходят из общей плюрипотентной стволовой мезенхимной клетки. Каждый дифферон контролируется специфическим транскрипционным фактором. Мышечно-специфический фактор транскрипции, антиген миогенной дифференцировки MyoD (Myogenic Differentiation antigen) активирует мышечные гены и контролирует дифференцировку миобластов. g-Рецептор пролифератора пероксисом (PPARγ) индуцирует дифференцировку адипоцитов. Транскрипционные факторы для хондрогенной дифференцировки пока не установлены. [139]

Рис. 6-61. Молекулярные пути дифференцировки остеобластов. Молекулярные факторы Sonic hedgehog (Shh) и Indian hedgehog (Ihh) действуют совместно с морфогенетическими белками кости (BMP). Ноггин и хордин подавляют эффекты BMP, конкурируя за рецепторы BMP, встроенные в клеточную мембрану (см. главу 3). BMP усиливают экспрессию Cbfa1, что опосредуется транскрипционными факторами семейства Smad (Sma и MADD (Mother against decapentaplegic) — цитоплазматические посредники, которые активируются путем фосфорилирования рецептором ростовых факторов TGFb. Внеклеточными лигандами для подобной активации служит не только TGFb, но и другие члены одноименного надсемейства, а именно активины и BMP. Cbfa1 поддерживает экспрессию генов остеогенной дифференцировки. Некоторые другие транскрипционные факторы, экспрессия которых усиливается в обход сигнального пути Cbfa1 через молекулы Smad и рецепторный вход для BMP, также вовлечены в процесс дифференцировки остеобластов. [139]

Остеобласты начинают вырабатывать остеоид. Остеоид минерализуется, и дифференцирующиеся остеоциты оказываются замурованными в лакунах минерализованного костного матрикса. Сформировавшаяся незрелая грубоволокнистая костная ткань существует в форме трабекулы. Отдельные трабекулы, образовавшиеся в различных участках, растут и объединяются друг с другом. Наиболее толстые трабекулы (диаметром свыше 0,4 мм) содержат кровеносный сосуд, расположенный в центральном узком канале, выстланном остеогенными клетками. Поверхность трабекул покрывает слой остеобластов и остеогенных клеток. За счёт этого слоя на поверхности незрелой костной ткани происходит образование костных пластинок. Постепенно остеокласты разрушают первичную кость и на её месте путём аппозиционного роста формируются слои параллельных пластинок, образующих костные трабекулы из зрелой костной ткани. Анастомозирующая сеть костных трабекул формирует губчатое вещество. С утолщением трабекул и уменьшением полостей между ними, вплоть до их исчезновения, губчатое вещество может перестраиваться в компактное, состоящее из остеонов. Длина остеонов плоских костей довольно мала по сравнению с остеонами длинных трубчатых костей. В плоских костях губчатое вещество сохраняется в виде очень тонкого среднего слоя — diploё.

Энхондральный остеогенез

Энхондральный (непрямой) остеогенез (рис. 6-62) происходит в состоящем из гиалинового хряща зачатке будущей кости (хрящевая модель), при этом хондроциты экспрессируют редкий тип X коллагена. В ходе этого процесса образуются длинные трубчатые кости. Морфогенетические белки кости (BMP) индуцируют энхондральный остеогенез. Выделяют два этапа в энхондральном остеогенезе: образование первичных, а затем вторичных центров окостенения.

Рис. 6-62. Энхондральный остеогенез. Хрящ не превращается в кость, а замещается ею. С кровеносными сосудами в хрящевую модель проникают остеогенные клетки. Остеокласты разбирают минерализованный хрящевой матрикс, а остеобласты строят костную ткань. [17]

Центры окостенения

Первичный (диафизарный) центр окостенения образуется в ходе следующих событий: усиление кровоснабжения надхрящницы в хрящевой модели ® повышение pO₂ ® коммитирование стволовой клетки скелетных тканей в остеогенном направлении ® появление остеобластов ® образование грубоволокнистой костной ткани (костная манжетка) в средней части диафиза путём внутримембранного остеогенеза. Параллельно в центральной части хрящевой модели происходят гипертрофия хондроцитов, их дегенерация, обызвествление матрикса, слияние лакун хрящевых клеток и образование полостей. Остеокласты костной манжетки резорбируют первичную костную ткань, что приводит к образованию путей, по которым кровеносные сосуды, остеогенные и другие клетки мезенхимного происхождения проникают из надкостницы в образованные при гибели хряща полости. Дифференцировка проникших в центр хрящевой модели остеогенных клеток приводит к образованию костной ткани. В диафизе первичная костная ткань замещается компактным веществом. Костномозговая полость формируется в результате активной резорбции остеокластами комплекса "кальцинированный хрящ — кальцинированная кость". Образованная ранее костная манжетка утолщается и растёт по направлению к эпифизам.

Вторичный (эпифизарный) центр окостенения. В эпифизах оссификация протекает аналогично формированию диафизарного центра окостенения, но на месте первичной костной ткани образуется губчатое вещество. Когда новообразованная костная ткань заполнит весь эпифиз, хрящевая ткань остаётся в виде узких полосок только на поверхности эпифиза (суставной хрящ), а также между эпифизом и диафизом (метафизом) в виде эпифизарной хрящевой пластинки. Нарушения энхондрального остеогенеза наблюдаются при хондродистрофиях и прогрессирующей костеобразующей фибродисплазии. Прогрессирующая костеобразующая фибродисплазия — редкое заболевание, вызванное нарушением экспрессии BMP2A, что обусловливает прогрессирующую эктопическую оссификацию. Хондродистрофия (Паро–Мари болезнь) — врождённое заболевание, характеризующееся нарушением энхондрального остеогенеза; проявляется карликовостью, короткими конечностями при обычной длине туловища, деформацией нижних конечностей и позвоночника.

Рост трубчатых костей

В удлинении диафиза трубчатых костей участвует эпифизарная пластинка, представленная гиалиновым хрящом (рис. 6-63, 6-63А). Она существует до тех пор, пока полностью не завершится постнатальный рост кости в длину, после чего замещается костной тканью.

Эпифизарная пластинка

Эпифизарная пластинка состоит из четырёх зон — резервной (покоящегося хряща); размножения (пролиферирующего молодого хряща); гипертрофии клеток и созревания хряща; кальцификации хряща и окостенения.

Рис. 6-63. Эпифизарная пластинка. Эпифизарная часть пластинки образована зоной покоящегося хряща. Она представлена типичным гиалиновым хрящом. В зоне размножения присутствуют многочисленные делящиеся хондроциты. Вышедшие из митоза крупные вакуолизированные хондроциты образуют зону гипертрофии и созревания хряща. Минерализация хряща и гибель хондроцитов происходят в зоне кальцификации хряща. В зоне окостенения на месте обызвествлённого хряща формируется костная ткань. [17]

Рис. 6-63А. Эпифизарная пластинка образована гиалиновым хрящом. Обращённая к эпифизу резервная зона (1) содержит небольшое количество хондроцитов. В зоне размножения (2) делящиеся хондроциты формируют колонки, расположенные по оси кости. Закончившие митоз крупные вакуолизированные хондроциты образуют зону гипертрофии и созревания хряща (3). В зоне кальцификации хряща (4) происходит гибель хондроцитов и минерализация хряща. В зоне окостенения (5) на месте обызвествлённого хряща образуется костная ткань. Окраска гематоксилином и эозином.

· Резервная зона покоящегося хряща расположена в эпифизарной части пластинки. Она состоит из гиалинового хряща, содержащего небольшие хаотично рассеянные хондроциты. Эта зона не участвует в росте эпифизарной пластинки, а служит для фиксации пластинки к эпифизу.

· Зона размножения. В этой зоне находятся многочисленные делящиеся хондроциты. Эти мелкие клетки, укладываясь друг на друга, формируют изогенные группы в виде колонок, расположенных перпендикулярно к плоскости пластинки.

· Зона гипертрофии клеток и созревания хряща. Здесь расположены вышедшие из зоны размножения и также сгруппированные в колонки крупные вакуолизированные клетки, прекратившие митозы. Наиболее зрелые из них, ещё более увеличиваясь в размерах, смещаются ближе к диафизу и активно секретируют щелочную фосфатазу, способствующую накоплению ионов кальция и фосфат ионов. По мере обызвествления хряща третья зона переходит в четвёртую.

· Зона кальцификации хряща, граничащая с диафизом, — очень тонкая; её толщина соответствует диаметру одной–трёх клеток. В этой зоне происходят минерализация хрящевого матрикса и гибель хондроцитов. В формирующиеся полости обызвествлённого хрящевого матрикса со стороны диафиза прорастают кровеносные сосуды с сопровождающими их остеогенными клетками. На месте обызвествлённого хряща формируется костная ткань. Тут же появляются остеокласты, разрушающие комплекс "кальцинированный хрящ—кальцинированная кость".

В различных зонах эпифизарной пластинки наблюдается снижающийся уровень коллагенов типов II и IX от резервной зоны к зоне гипертрофии и увеличение содержания кальция и фосфатов. Коллаген типа X экспрессируется исключительно в зоне гипертрофии, и концентрация гиалуронана и хондрокальцина (C-пропептид коллагена типа II) заметно выше в зоне гипертрофии, чем в резервной или пролиферативной зонах. За ремоделирование агрекана в эпифизарной пластинке отвечают не агреканазы (ADAMTS1, ADAMTS4, ADAMTS5), а матриксные металлопротеиназы (MMP2, -3, -8, -9, -10, -12, -13).

Суставной хрящ

В постнатальном периоде суставной хрящ длинных трубчатых костей продолжает свой рост (за счёт пролиферации хондроцитов поверхностных слоёв) до момента достижения эпифизами дефинитивных размеров. Таким образом, суставной хрящ обеспечивает рост эпифиза кости так же, как эпифизарная пластинка обеспечивает рост диафиза кости в длину. В коротких костях, не имеющих эпифизарных пластинок, именно суставной хрящ обеспечивает рост кости в длину в целом.

В суставном хряще снижение содержания агрекана опосредовано матриксными металлопротеиназами и агреканазами. ADAMTS1, ADAMTS4 (агреканаза 1), ADAMTS5 (агреканаза 2), ADAMTS9 расщепляют специфические связи Glu–X (X — наиболее часто Ala или Gly) центрального белка агрекана. ADAMTS4 индуцируется стимуляцией хондроцитов и синовиальных клеток интерлейкином-1, TNFa, TGFb, тогда как ADAMTS5 экспрессируется конститутивно. ADAMTS4 усиленно экспрессируется синовиальными клетками и хондроцитами при остеоартрите и ревматоидном артрите.

Рост трубчатых костей в ширину

Рост трубчатых костей в ширину происходит благодаря образованию новых слоёв костной ткани (образующихся путём аппозиционного роста) остеогенными клетками надкостницы. При этом из вновь образованной кости формируются хаверсовы системы. С внутренней стороны кость резорбируется остеокластами. В итоге стенка диафиза не утолщается, тогда как костномозговая полость увеличивается. По мере завершения роста кости под надкостницей формируются наружные генеральные пластинки (также по аппозиционному механизму).

Несовершенный остеогенез — гетерогенная группа, наследственных заболеваний, характеризующихся повышенной ломкостью костей вследствие нарушения остеогенеза. Более 250 мутаций генов COL1A1 и COL1A2, кодирующих a1 и a2 полипептидные цепи молекулы коллагена типа I, характеризуются синтезом мутантного коллагена и образованием прерванных коллагеновых волокон.

Перестройка костной ткани

В костной ткани одновременно и постоянно протекают процессы резорбции старой кости и формирования новой (рис. 6-64). Кость — динамичная структура с постоянно изменяющейся формой и внутренней организацией. Участки кости, испытывающие сжатие, подвергаются резорбции. Напротив, в области приложения тянущих усилий образуется новая костная ткань. Полагают, что остеобласты и остеоциты чувствительны к пьезоэлектрическим токам, возникающим при деформации кости. Это обстоятельство влияет на интенсивность остеогенеза, а гуморальные факторы контролируют активность остеокластов. В итоге происходит перестройка костной ткани, адаптирующая кость к механическим нагрузкам.

Губчатое вещество кости

У взрослого человека около 4% поверхности губчатого вещества кости вовлечено в процесс активной резорбции, в то же время 10–15% её поверхности покрыто остеоидом.

Остеоны компактного вещества

Остеоны компактного вещества кости не сохраняются в течение всей жизни, а подвержены постоянной резорбции. Их фрагменты всегда присутствуют между сформированными остеонами пластинчатой кости в виде вставочных костных пластинок. В ходе резорбции остеонов образуются полости удлинённой цилиндрической формы, выстланные остеогенными клетками. В этих полостях формируются новые остеоны (рис. 6-65).

Рис. 6-64. Перестройка пластинчатой костной ткани. Показаны три последовательные генерации остеонов (А, Б, В). Новые остеоны возникают на месте старых. Между остеонами новой генерации видны остатки концентрических костных пластинок старых остеонов, образующие вставочные костные пластинки. [17]

Рис. 6-65. Формирование нового остеона. Остеокласты разрушают старую кость, продвигаясь со скоростью 50 мкм в сутки. В образованный туннель проникают остеобласты и располагаются вдоль его стенок, вырабатывая вещества остеоида, откладывающегося кнаружи от остеобластов. За сутки формируется слой остеоида толщиной 1–2 мкм. По мере обызвествления остеоида образуется концентрическая костная пластинка. Подобные пластинки заполняют всё пространство туннеля вплоть до кровеносного сосуда в его центральной части. Так в организме человека происходит замена от 5 до 10% пластинчатой кости в год. [17]

Сращение переломов

В области перелома повреждены ткани, нарушено кровоснабжение, и остеоциты в прилегающих участках остеонов гибнут. Отмирающая кость подвергается активной резорбции. Между концами отломков формируется новая ткань — костная мозоль (рис. 6-66). Костная мозоль возникает в результате интенсивного размножения остеогенных клеток надкостницы. Часть этих клеток дифференцируется в остеобласты, образующие новые костные трабекулы, прочно прикрепляющиеся к матриксу отломка. Скорость размножения остеогенных клеток в наружной части костной мозоли превышает темпы роста кровеносных сосудов, что и определяет появление хондробластов и образование гиалинового хряща. В дальнейшем (по мере обызвествления) хрящ замещается незрелой грубоволокнистой костной тканью, на месте которой формируется губчатое вещество. После этого костная мозоль перестраивается: губчатое вещество между отломками преобразуется в компактное, и восстанавливается первоначальная конфигурация кости.

Рис. 6-66. Срастание перелома. Образование костной мозоли путём размножения клеток преимущественно остеогенного слоя надкостницы (А). Появление гиалинового хряща в наружной части костной мозоли и постепенное распространение хряща по всему её объёму (Б). Замещение хряща костью (В). При этом сначала образуется губчатое вещество, позднее перестраивающееся в компактное (Г). [17]

Гормональная регуляция

Обмен кальция и косвенно — фосфатов в организме регулируют главным образом три гормона: гормон паращитовидной железы (ПТГ), кальцитонин и кальцитриол. Примерно 85% фосфатов содержится в костях. Фосфат обнаруживается также во внутриклеточной и внеклеточной жидкостях. Фосфор плазмы в основном существует в виде неорганического фосфата; значительная его часть находится в свободном состоянии. Гомеостаз Са²⁺ поддерживается равновесием между поступлением кальция в кровь через ЖКТ и из костной ткани и выведением кальция из крови в мочу и в ЖКТ. Глюкокортикоиды ухудшают всасывание Ca²⁺ в кишечнике. Транспорт кальция в пределах ЖКТ в значительной мере определяет кальцитриол. Паратиреоидный гормон (ПТГ) повышает содержание кальция в крови за счёт увеличения высвобождения кальция из костей, снижения экскреции кальция почками и стимуляции почками перехода витамина D в кальцитриол. Кальцитонин — антагонист ПТГ — пептидный гормон, синтезируемый С‑клетками щитовидной железы. Кальцитонин снижает уровень кальция в крови за счёт ингибирования резорбции костей остеокластами. При недостатке эстрогенов развивается остеопороз.

Регуляция роста

Синтез макромолекул костного матрикса стимулируют соматомедины, TGFb, полипептидные факторы роста из кости. Витамины A и C имеют важное значение для роста костей. Соматомедины стимулируют анаболические процессы в скелетных тканях (синтез ДНК, РНК, белка, включая протеогликаны), а также сульфатирование гликозаминогликанов. Активность соматомединов определяет гормон роста (соматотропин). Витамин C необходим для образования коллагена. При дефиците этого витамина замедляются рост костей и заживление переломов. Витамин A поддерживает образование и рост кости. Недостаток витамина тормозит остеогенез и рост костей. Избыток витамина A вызывает зарастание эпифизарных хрящевых пластинок и замедление роста кости в длину.

Регуляция минерализации

Кальцитриол, необходимый для всасывания Ca²⁺ в тонком кишечнике, поддерживает процесс минерализации. Кальцитриол стимулирует минерализацию на уровне транскрипции, усиливая экспрессию остеокальцина. Дефицит витамина D3 приводит к нарушению минерализации кости, что и наблюдают при рахите у детей и остеомаляции у взрослых.

Регуляция резорбции

Резорбцию кости усиливают ПТГ, ИЛ1, TGFa, простагландины. Резорбцию кости поддерживают йодсодержащие гормоны щитовидной железы. Усиление резорбции под действием ПТГ не связано с прямым влиянием этого гормона на остеокласты, т.к. эти клетки не имеют рецепторов ПТГ. Активирующее влияние гормона (а также ИЛ1) на остеокласты осуществляется опосредованно — через остеобласты и стромальные клетки костного мозга: и в тех, и в других ПТГ стимулирует образование остеокластогенного фактора — лиганда остеопротегерина. Резорбцию кости и активность остеокластов подавляют кальцитонин (через рецепторы в плазмолемме остеокластов) и gИФН. Эстрогены ингибируют выработку стромальными клетками костного мозга колониестимулирующего фактора макрофагов (M-CSF), необходимого для образования остеокластов, что тормозит резорбцию.

Рахит. Рахит характеризуется костными нарушениями, вызванными недостаточной минерализацией остеоида (формирующийся межклеточный матрикс кости). Не полностью минерализованная костная ткань дефектна, при росте перестраивающаяся кость изгибается и скручивается. Варианты рахита связаны с недостаточностью витамина D в результате сниженного его поступления и всасывания или дефектов метаболизма, либо вследствие недостаточного количества кальция и фосфатов для минерализации костей.

· Алиментарный рахит. Недостаточное поступление витамина D приводит к пониженному всасыванию кальция в кишечнике. Гипокальциемия стимулирует секрецию ПТГ, вызывающего повышенное вымывание кальция из костей и уменьшенную реабсорбцию фосфатов в почечных канальцах.

· Витамин D–зависимый рахит обусловлен недостаточностью 1a‑гидроксилазы, превращающей кальцидиол в кальцитриол.

Метаболические заболевания костей разделяют на следующие категории: остеомаляция, остеопороз, остеодистрофия, несовершенный остеогенез и остеопетроз.

· Остеомаляция — патология скелета, возникающая при недостаточной минерализации органического матрикса костей. У детей это рахит, вызванный дефицитом витамина D. У взрослых — нарушения метаболизма кальция, фосфора и витамина D.

· Остеопороз — снижение общего объёма костной ткани, приводящее к повышенной склонности к переломам. При остеопорозе повышена резорбция костной ткани, и снижен остеогенез. Причины остеопороза: гиподинамия, снижение секреции соматотропина, дефицит эстрогенов в менопаузе.

Причины

Возрастные. После 35-40 лет костная масса и всасывание кальция в кишечнике снижаются.

Гормональные. При уменьшении уровня эстрогенов (патология яичников, овариэктомия, менопауза) скорость резорбции кости увеличивается. Дефицит эстрогенов снижает активность остеобластов и повышает чувствительность костной ткани к эффектам ПТГ.

Генетические. У мужчин костная масса значительно больше, а остеопороз менее выражен, чем у женщин; в зрелом возрасте у женщин костная масса меньше, а остеопороз выражен больше. Существует семейная тенденция к развитию остеопороза.

Классификация

Постменопаузный остеопороз требует наблюдения в течение 15 лет от начала менопаузы. Происходит разрежение рисунка костных балок, увеличивается частота переломов позвонков и других костей. У тучных женщин уровень эстрогенов после менопаузы выше, что уменьшает риск развития остеопороза.

Сенильный остеопороз характерен для мужчин и женщин старше 75 лет; происходит потеря как кортикальной кости, так и трабекул.

Вторичный остеопороз может развиться на фоне глюкокортикоидной терапии, синдрома Кушинга, синдрома мальабсорбции, при нарушениях питания, множественной миеломе, длительной иммобилизации.

Лечение.

Предупредить остеопороз легче, чем лечить. Медикаментозные средства (кальцитонин, эстрогены, кальций, 1 a,25-дигидроксихолекальциферол) способны лишь замедлить скорость потери кости, но, как правило, малоэффективны для восстановления уже утраченной костной массы. Важное средство предупреждения остеопороза у женщин — введение с наступлением менопаузы эстрогенов, снижающих скорость потери кости. Больным с остеопорозом показано по меньшей мере 1000-1500 мг кальция в день (с пищей поступает около 500 мг кальция).

· Остеодистрофии — наследственные (Олбрайта остеодистрофия), почечная. Разные формы наследственной остеодистрофии Олбрайта развиваются при дефектах генов, кодирующих G–белки (в частности, гена GNAS1, кодирующего a–СЕ стимулирующего аденилатциклазу белка).

· Несовершенный остеогенез.

· Остеопетроз.

· Акромегалия. Вследствие избытка соматотропина развиваются аномальные кости конечностей и лицевого скелета.

· Эктопическая кальцификация происходит в стенке сосудов при атеросклерозе и в норме при образовании мозгового песка в эпифизе.

Соединения костей

Различают непрерывные и прерывистые соединения костей.

Непрерывные соединения

Синдесмоз — непрерывное соединение костей при помощи плотной соединительной ткани (соединительнотканная мембрана между лучевой и локтевой костями, швы между костями черепа). Синхондроз — непрерывное соединение посредством хряща — широко распространён в скелете детей и подростков (соединяет диафиз длинных костей с эпифизом, крестцовые позвонки между собой и т.д.); с возрастом хрящ заменяется костной тканью. У взрослого человека синхондрозы сохраняются в соединениях костей черепа, в грудине (между рукояткой и мечевидным отростком). Симфизы образованы волокнистым хрящом и имеют полость внутри хрящевой пластинки (межпозвонковый симфиз, симфиз рукоятки грудины, лобковый симфиз). Синостоз — непрерывное соединение костей посредством костной ткани (например, соединение тазовых костей).

Суставы

Прерывистые соединения (суставы, или диартрозы). В прерывных соединениях костей суставной хрящ покрывает суставные поверхности. Суставная капсула окружает сустав. В коленном суставе присутствует хрящевой мениск. Полость сустава заполнена синовиальной жидкостью.

Суставная капсула состоит из двух слоёв: внутреннего (синовиального) и наружного (фиброзного), переходящего в волокнистый слой надкостницы. Фиброзный слой — плотная волокнистая соединительная ткань. Образующие пласты коллагеновые и эластические волокна ориентированы вдоль длинной оси диартроза и соединяют надкостницу одной кости с надкостницей другой. Слой без резкой границы переходит во внутренний (синовиальный) слой. Он образован специализированной соединительной тканью, выстилающей полость сустава. Здесь присутствуют многочисленные кровеносные и лимфатические сосуды, нервные волокна, множество тучных клеток. Содержит коллагеновые и в ряде суставов эластические волокна, а также клетки двух типов. Антигенпредставляющие клетки относятся к системе мононуклеарных фагоцитов, они интенсивно фагоцитируют, имеют хорошо развитый комплекс Гольджи, много лизосом, редкие цистерны гладкой эндоплазматической сети. Синовиальные фибробластоподобные клетки кубической формы имеют хорошо развитую гладкую эндоплазматическую сеть. Разделённые немногими коллагеновыми волокнами, эти клетки образуют почти сплошной слой. Повреждённый синовиальный слой быстро и полностью восстанавливается.

Синовиальная жидкость — прозрачный и вязкий диализат плазмы, в высокой концентрации содержащий сильно полимеризованную гиалуроновую кислоту, продуцируемую клетками синовиального слоя.