Заводом по производству межклеточного вещества является клетка под названием «фибробласт». Фибробластами их называют потому, что они могут синтезировать волокна (лат. fibra волокно) белков коллагена и эластина. В цитоплазме фибробласта много шероховатого и гладкого цитоплазматического ретикулума и хорошо развит комплекс Гольджи. В шероховатом ретикулуме вырабатываются белки, а в гладком углеводы. Все это упаковывается в комплексе Гольджи и в виде компонентов межклеточного вещества секретируется в межклеточное пространство. В межклеточном пространстве происходит сама сборка составных частей волокон и матрикса (рисунок 58).
Рисунок 58. Образование коллагеновых волокон
Только первые этапы создания волокон и компонентов аморфного вещества происходят внутри клеток. Для образования коллагеновых волокон внутри клетки сначала образуется полипептидная цепь или цепочка из аминокислот под названием пре-проколлаген. «Пре» и «про» указывают на то, что это далеко не коллаген, а его предшественник. Это примерно как прапрадедушка. В полипептидной цепочке препроколлагена повторяются триплеты из аминокислот глицина, пролина и лизина. При участии витамина С, к пролину и лизину присоединяется гидроксил ион (ОН-группа). Затем к полипептиду присоединяются сахара, то есть происходит гликирование аминокислотной цепочки. Как только полипептид стал гидроксилированным и гликированным, он из шероховатого эндоплазматического ретикулума поступает в комплекс Гольджи. В комплексе Гольджи, благодаря сахарам, три полипептида скручиваются в тройную спираль. Такую тройную спираль называют проколлагеном. Чтобы такая спиральная заготовка не объединялась с другими такими же заготовками внутри клетки, концы у спирали «разлохмачены». С «разлохмаченными» концами тройная спираль проколлагена выходит из клетки. На наружной поверхности клетки ферменты протеазы обрезают лохматые аминокислотные концы, и спираль проколлагена превращается в тропоколлаген. С этого момента вступают в игру гидроксил-ионы, полученные от витамина С. Лохматые концы больше не мешают склеиваться тропоколлагенам друг с другом боками через водород, который есть в ОН-группе. Кроме того, «вступает в игру» фермент лизил-оксидаза, который модифицирует аминокислоту лизин, и между лизинами разных тропоколлагенов устанавливается ковалентная связь или прочная сшивка. Но «склеивание» или «сшивка» тропоколлагена с соседом происходит не по всей длине молекулы. Каждая молекула тропоколлагена на четверть выдвинута вперед или назад по отношению к соседу. Таким образом, одна палочка молекулы тропоколлагена тремя четвертями своей длины может быть связана с соседней молекулой и одной четвертью с молекулой, лежащей за соседкой. Между концами лежащих друг за другом молекул тропоколлагена остаются небольшие пространства. Эти пространства создают видимый под микроскопом эффект поперечной исчерченности коллагеновых фибрилл длинных нитей, образующихся в результате самосборки молекул тропоколлагена. Фибриллы объединяются в более толстые структуры коллагеновые волокна.
При недостатке аскорбиновой кислоты (витамин С) нарушается гидроксилирование пролина и лизина, а это приводит к нарушению сборки тропоколлагеновых молекул и их объединению в фибриллы коллагена. При авитаминозе С, известном как цинга, выпадают зубы. Причина очень простая в связке периодонта, которая крепит корень зуба к челюсти, исчезают коллагеновые волокна.
Причиной нарушения образования коллагена может быть не только дефицит аскорбиновой кислоты, но недостаток поступления в организм аминокислоты лизина. Лизин это одна из восьми незаменимых аминокислот, то есть аминокислот, которые не синтезируются в организме взрослого человека. К счастью, мы получаем её с животной и растительной пищей. Лизин это важный игрок аминокислотного трио проколлагена. Лизин и пролин гидроксилируются с участием витамина С. Между лизинами образуются ковалентные связи во время сборки коллагеновых фибрилл и волокон. Благодаря лизину еще один вид волокон соединительной ткани приобретает свои уникальные свойства. В данном случае речь пойдет об эластических волокнах.
Аналогично проколлагену фибробласты синтезируют и выделяют в межклеточное пространство белок проэластин, в котором также много глицина и пролина и который образует скрученный клубок молекулы эластина (рисунок 59). Лизин в эластине заменяется на две необычные аминокислоты десмозин и изодесмозин. Эти две необычные аминокислоты в эластических волокнах выполняют ту же функцию, что и связки в суставах, поэтому их название созвучно с греческим словом «десмос» связка. Десмозин и изодесмозин образуются из четырех остатков лизина и формируют поперечные сшивки между скрученными молекулами эластина. За счет таких сшивок молекулы эластина связаны между собой. Скрученные молекулы эластина при растяжении выпрямляются, но отдельные молекулы эластина остаются связанными между собой десмозином и изодесмозином. Эластические волокна иногда называют «резиноподобные», но они могут растягиваться в пять раз больше, чем резина.
Рисунок 59. Эластические волокна
Фибробласты это заводы по производству межклеточного вещества в собственно соединительной ткани. Но есть еще соединительные ткани со специальными свойствами. Клетки-заводы в других разновидностях соединительной ткани называются по-другому. В кроветворных и лимфоидных органах их называют «ретикулярные клетки», в хряще «хондробласты», а в костях «остеобласты». Общее для всех этих клеток название механоциты. Они отвечают за механические свойства и прочность межклеточного вещества соединительной ткани. При повреждении соединительной ткани, когда необходимо сблизить края раны, в цитоплазме фибробластов появляется сократительный белок, альфа-гладкомышечный актин, такой же, как и в гладкомышечных клетках. Содержащие такой белок фибробласты могут укорачиваться и уменьшать размеры дефекта ткани. Умеющие сокращаться фибробласты называют миофибробластами. Миофибробласты приобретают дополнительное свойство сокращения, но не теряют способности вырабатывать межклеточное вещество.
В соединительной ткани, в отличие от эпителия, много кровеносных сосудов. Поэтому эндотелиальные клетки и перициты капилляров относят к клеткам соединительной ткани. Кроме того, в соединительной ткани всегда есть лейкоциты, мигрировавшие из крови. Тучные клетки братья-близнецы базофильных лейкоцитов. Плазматические клетки это активно работающие В-лимфоциты. Есть макрофаги, то есть большие фагоциты (пожиратели), которые образуются из моноцитов крови. Сказал про макрофаги и вспомнил студенческие годы
Готовясь к любому экзамену, я распределял время на подготовку так, чтобы за день до экзамена мне не надо было ничего учить. В этот день я шел с утра в баню, а после обеда просматривал экзаменационные вопросы и коротко в голове прокручивал план ответа. Так же было и перед экзаменом по гистологии. В одном из вопросов по соединительной ткани вижу название «гистиоцит». Название очень простое, и переводится как «тканевая клетка», или клетка ткани. Но что это такое, а главное, что делает эта клетка не помню. Полез в учебник, и нашёл лишь одно предложение: «Гистиоцит это оседлый макрофаг соединительной ткани». На следующий день, вытянув свой билет и получив гистологические препараты, я увидел, что один из четырех вопросов был по соединительной ткани. В конце этого длинного вопроса отдельно был выделен гистиоцит. Без страха и волнения я начал готовить свой ответ. Экзамен я сдавал заведующему кафедрой, очень талантливому и эрудированному человеку, учителю всех ныне здравствующих и работающих в Казани гистологов, профессору Эрнсту Галимовичу Улумбекову. Надо отметить, что для него не было важно, что зазубрил студент, главное было, чтобы студент понимал связь строения органа с его функцией. Он даже не посмотрел на подготовленный мной на бумаге ответ и убрал в сторону выданные мне вместе с билетом гистологические препараты. У него был свой набор препаратов, окрашенных не стандартным гематоксилин-эозином, а сделанных с любовью и пониманием дела, наглядных и удивительных срезов органов и тканей с различными методами окраски, включая окраску по Маллори, импрегнацию солями серебра и хлорного золота и многое другое, удивительное и красивое. Согласно студенческой легенде, там был даже препарат зуба в полости матки. Нет, зубы в матке не росли, это лаборанты при изготовлении препарата поместили в матку кролика декальцинированный зуб. Говорят, что этот препарат заставил вспотеть не один десяток студентов. Взяв из своей коробочки несколько препаратов, не помню, сколько их было, но точно не один, он попросил меня определить, что это, и описать. После беседы по препаратам, с подробным разбором гистологического строения органа, которому принадлежал конкретный препарат, профессор лишь бросил взгляд на билет. Из всего билета он спросил меня лишь одно. Я думаю, вы уже догадались, что он спросил: «Что такое гистиоцит?»
В сухом остатке:
Соединительная ткань образуется из мезодермы и мезенхимы.
Соединительную ткань подразделяют на собственно соединительную ткань и соединительную ткань со специальными свойствами.
Соединительная ткань со специальными свойствами это жировая, хрящевая и костная ткани, а также ткани внутренней среды, к которым относят кровь и лимфу.
Собственно соединительная ткань бывает оформленной и неоформленной.
В оформленной соединительной ткани плотно упакованные волокна лежат параллельно друг другу.
В неоформленной соединительной ткани волокна лежат в разных направлениях рыхло или плотно получаются рыхлая неоформленная и плотная неоформленная соединительные ткани.
В соединительной ткани много межклеточного вещества.
Межклеточное вещество состоит из волокон и основного аморфного вещества.
Волокна бывают двух типов коллагеновые и эластические.
Волокна собираются во внеклеточном пространстве, куда фибробласты выделяют проколлаген и проэластин.
Проколлаген выделяется в виде трех скрученных полипептидов, к которым «пришиты» ОН-группы и сахара.
Гидроксилирование преколлагена происходит с участием витамина С внутри шероховатого эндоплазматического ретикулума, а тройная спираль образуется в комплексе Гольджи фибробластов.
Тройная спираль проколлагена превращается в тропоколлаген, когда внеклеточные протезы убирают аминокислотные нескрученные полипептидные концевые остатки.
Молекулы тропоколлагена объединяются в коллагеновые фибриллы, а фибриллы, объединяясь, образуют коллагеновые волокна за счет ковалентных связей между лизинами.
В белке эластине из лизина образуются десмозин и изодесмозин, которые образуют поперечные соединения между молекулами эластина.
Желеобразное основное аморфное вещество, удерживающее воду, напоминает кучу гигантских «ёршиков».
Стержнем гигантского «ёршика» является гиалуроновая кислота (гликозаминогликан), к которой прикреплены маленькие «ёршики» протеогликаны.
Стержень протеогликана образует осевой белок (протеин), к которому прикреплены сульфатированные гликозаминогликаны (хондроитин-сульфат, кератан-сульфат и дерматан-сульфат).
Дополняют гигантские «ёршики» гликопротеины (фибронектин и ламинин).
Механоциты синтезируют межклеточное вещество. В собственно соединительной ткани их называют фибробластами.
К клеткам соединительной ткани относят также клетки стенки кровеносных капилляров (эндотелий и перициты) и «прописавшиеся» в соединительной ткани лейкоциты крови, тучные клетки, плазматические клетки и макрофаги.
Гистиоцит это оседлый макрофаг соединительной ткани.
Правда ли, что пока толстый сохнет, худой сдохнет?
Жировая ткань
Наверняка все слышали поговорку: «Пока толстый сохнет, худой сдохнет». Поговорка намекает на то, что лучше иметь, чем не иметь запасы жира в организме. С одной стороны, это так. Не случайно на полотнах великих художников эпохи Возрождения вы не увидите субтильных моделей, когда сложно разобраться парень это или девушка. Полнота женщин всегда и во все времена напрямую ассоциировалась с плодовитостью. Это не случайно. Жир является источником женских половых гормонов-эстрогенов. В жировой ткани есть фермент ароматаза, который превращает мужской половой гормон тестостерон в эстроген (рисунок 60). Чем больше жира в организме, тем больше в крови эстрогенов. При истощении все наоборот. У спортсменок в период высоких физических нагрузок, так же, как у узниц концентрационных лагерей во время второй мировой войны, потеря жира приводила к нарушению менструального цикла. Без жира нарушается выработка женских половых гормонов. Полноценная репродуктивная функция женщин напрямую зависит от женских половых гормонов, а значит, и от количества жира в организме. Думаю, не случайно в последнее время стали популярны конкурсы красоты плюс-сайз моделей.
Рисунок 60. Ароматаза жировой ткани
Избыток жира у мужчин и, как следствие, повышенная концентрация в крови женских половых гормонов не лучшим образом сказываются на их способности оставить потомство. Если мужчина с избытком жира еще и большой любитель пива, то ситуация еще больше усугубляется. В пиве много эстрогенов растительного происхождения. Получается, то, что хорошо для женщин, не очень хорошо для мужчин.
Короновирусная история показала, что излишек жира в организме не является благом ни для женщин, ни для мужчин. В жировой ткани снижена активность NK-клеток, которые являются ключевым элементом врожденного иммунного ответа в борьбе с вирусами. NK-клетки убивают зараженные вирусом и раковые клетки в нашем организме. Кроме того, на клетках жировой ткани есть ангиотензин, превращающий фермент 2, через который коронавирус проникает внутрь наших клеток. Это значит, что чем больше жировых клеток, тем больше возможностей у вируса найти уютную клетку для своего размножения.
Что же такое жир или жировая ткань? Жировая ткань это одна из разновидностей соединительной ткани. Прародительницой большинства клеток в соединительной ткани является так называемая мезенхимальная стволовая клетка. Ее потомки превращаются в фибробласты, которые синтезируют межклеточногое вещество соединительной ткани. Так же образуются хондробласты хряща и остеобласты кости. Из этой же мезенхимальной стволовой клетки образуются клетки жировой ткани (рисунок 61).
Рисунок 61. Виды жировых клеток
Клетки жировой ткани способны накапливать жиры в цитоплазме. Но таких жиронакапливающих клеток как минимум два вида. Поэтому выделяют два вида жировой ткани белая и бурая. Самая распространенная это белая жировая ткань. Белая жировая ткань лежит под дермой кожи и формирует третий слой кожи гиподерму. Знаменитое украинское свиное сало это толстый слой гиподермы свиньи. Жир, окружающий внутренние органы или висцеральный жир это тоже белая жировая ткань. Бурой жировой ткани у взрослых мало, но ее много у детей. Бурая жировая ткань находится между лопатками и в комочках Биша на щеках ребенка. Именно комочки Биша делают детские лица очаровательно щекастыми. Также бурую жировую ткань можно обнаружить вдоль позвоночника, в области шеи и около почек. В бурой жировой ткани много кровеносных сосудов, благодаря чему она выглядит темнее белой жировой ткани. Но это только одно отличие. В клетках белой и бурой жировой тканей по разному хранится жир внутри цитоплазмы. В белой жировой ткани жир занимает практически весь объем цитоплазмы в виде большой жировой капли. Большая жировая капля смещает ядро клетки на периферию под мембрану. Поэтому на гистологических срезах, окрашенных гематоксилин-эозином, жировые клетки напоминают перстень, где драгоценный камень это ядро клетки. Оба красителя и гематоксилин, и эозин не окрашивают жир, поэтому большая жировая капля выглядит как пустота внутри перстня. Для окрашивания жира нужны специальные красители, например, судан, который часто используют для диагностики жирового гепатоза, который в обиходе называют ожирением печени. При жировом гепатозе в цитоплазме клеток печени гепатоцитах накапливается жир, и это не лучшим образом сказывается на работе самой крупной железы нашего организма.
В клетках бурой жировой ткани жир складируется внутри клеток мелкими каплями, равномерно распределенными в цитоплазме. Поэтому ядро никуда не смещается и остается в центре клеток. Кроме того, в этих клетках много митохондрий. За счет большого количества митохондрий и содержащихся в них ферментов цитохромов, в состав которых входит железо, клетки выглядят темными. Поэтому и называют такие жировые клетки бурыми. Клетки бурой жировой ткани по размерам меньше белых жировых клеток. Бурая жировая ткань это не просто место складирования жиров про запас. Бурая жировая ткань это место активного сжигания жиров и выработки тепла. Таким образом, белый подкожный жир это наша подкожная шуба, сохраняющаяя тепло, а бурая жировая ткань это печка, согревающая нас.