Структурная организация межклеточного матрикса. Изменения соединительной ткани при старении, коллагенозах. Роль коллагеназы при заживлении ран. Оксипролинурия

Биология и генетика

Роль коллагеназы при заживлении ран. Коллаген IX типа антипараллельно присоединяется к фибриллам коллагена II типа. Его глобулярный НК4домен основный он не связан с фибриллами коллагена II типа и поэтому к нему может присоединяться такой компонент матрикса как гиалуроновая кислота. Микрофибриллы которые образуются тетрамерами коллагена VI типа присоединяются к фибриллам коллагена II типа и к гиалуроновой кислоте.

Структурная организация межклеточного матрикса. Изменения соединительной ткани при старении, коллагенозах. Роль коллагеназы при заживлении ран. Оксипролинурия.

Как уже говорилось, межклеточный матрикс представляет собой супрамолекулярный комплекс, образованный сложной сетью связанных между собой макромолекул. В организме человека межклеточный матрикс формирует такие высокоспециализированные структуры, как хрящ, сухожилия, базальные мембраны, а также (при вторичном отложении фосфата кальция) кости и зубы. Эти структуры различаются между собой как по молекулярному составу, так и по способам организации основных компонентов (белков и полисахаридов) в различных формах межклеточного матрикса.

Межклеточный матрикс костной и зубной ткани. Костная и зубная ткань - специализированный тип соединительной ткани. Эти ткани выполняют в организме человека следующие важные функции:

1. из костей образуется скелет организма;
2. кости защищают и поддерживают внутренние органы;
3. кости служат местом депонирования кальция и неорганического фосфата;
4. костный мозг входит в состав кроветворной и иммунной систем;
5. зубы как часть жевательного аппарата входят в состав пищеварительной системы;
6. зубы - часть речевого аппарата человека.

Замечательным свойством костей является сочетание в них таких качеств, как высокая прочность на разрыв с очень лёгким весом. Костная и зубная ткань отличаются высокой минерализацией (или кальцификацией) межклеточного матрикса и содержат по массе -50% неорганических соединений, 25% органических компонентов и 25% воды.

Неорганическая часть. В состав костей входит 99% всего кальция организма, 87% фосфора, ~ 60% магния и -25% натрия. Кальций в костях находится в форме минерала гидроксиапатита, примерный состав которого Са10(РО4)6(ОН)2. Гидроксиапатит образует кристаллы, имеющие обычно размер 20 × 5 × 1,5 нм. В костной ткани содержится много микроэлементов, таких как медь, стронций, барий, цинк, фтор и др., которые играют важную роль в обмене веществ в организме. Минеральная часть костей включает также карбонаты, гидроксиды и цитраты. Минеральный состав зуба различен в разных его частях. Твёрдые части зуба (эмаль, дентин и цемент) содержат от 70% (цемент и дентин) до 96 - 97% (эмаль) неорганических веществ. Основную часть этих веществ составляют фосфат кальция, входящий в состав кристаллов гидроксиапатита (75%), а также карбонат и фторид кальция. Мягкие части зуба (пульпа и периодонт) не относят к тканям с высокой степенью минерализации. Пульпа состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани (такая ткань находится практически во всех органах и образует их строму, или каркас), а периодонт образован плотной волокнистой соединительной тканью, которая также входит в состав сухожилий и связок.

Органическая часть. Органические вещества костного матрикса представлены белками, липидами и небольшим количеством протеогликанов. Основной белок костной ткани - коллаген I типа (90 - 95%). Кроме него, в матриксе костей присутствуют такие белки, как коллаген V типа, остеонектин, остеокальцин, так называемые морфогенетические белки кости (BMP) и ферменты - щелочная фосфатаза (в остеобластах) и кислая фосфатаза (в остеокластах). Оба эти фермента служат маркёрами соответствующих клеток костной ткани. Углеводная часть протеогликанов костного матрикса представлена дерматан- и кератансульфатами. Главный компонент органических веществ зубной ткани - коллаген I типа. Углеводы и липиды присутствуют в небольших количествах. Содержание органических веществ в твёрдых частях зуба варьирует от 2% (эмаль) до 30% (дентин и цемент). Содержание органических веществ в мягких частях зуба такое же, как в соответствующих видах соединительной ткани.

Mежклеточный матрикс суставного хряща. Основные компоненты межклеточного хрящевого матрикса - коллаген II типа, агрекан, гиалуроновая кислота и вода. Кроме них, в мат-риксе находятся малые протеогликаны, коллагены VI, IX, XI типов, связывающий белок, другие неколлагеновые белки (фибронектин, анкорин, хрящевой олигомерный белок, хонд-роадгерин), разнообразные ростовые факторы. "Эндоскелет" хрящевого матрикса образован фибриллярной сетью, которая состоит из коллагенов II, IX и XI типов и придаёт хрящу прочность. Коллаген XI типа находится внутри фибрилл, образованных коллагеном II типа, он играет определённую роль в сборке этих фибрилл. Коллаген IX типа антипараллельно присоединяется к фибриллам коллагена II типа. Его глобулярный НК4-домен - основный, он не связан с фибриллами коллагена II типа, и поэтому к нему может присоединяться такой компонент матрикса, как гиалуроновая кислота. Микрофибриллы, которые образуются тетрамерами коллагена VI типа, присоединяются к фибриллам коллагена II типа и к гиалуроновой кислоте. Кроме того, они могут присоединяться к клеткам, поэтому коллаген VI типа называют "мостовой" молекулой между поверхностью клетки и фибриллами коллагена во внеклеточном матриксе. Высокомолекулярные агрегаты, состоящие из агрекана и гиалуроновой кислоты, являются полианионами, так как содержат большое количество кислых групп. Это способствует высокой гидратации хрящевого матрикса и обеспечивает выполнение им рессорных функций. Содержание воды в суставном хряще непостоянно: при нагрузке жидкость вытесняется, пока давление набухания не уравновесит внешнюю нагрузку. Когда нагрузка прекращается, вода вновь возвращается в хрящ. Очень наглядно это проявляется в межпозвоночных дисках. Утром, после ночного сна, на долю воды приходится около 75% массы диска. При внешней нагрузке на диски в течение дня содержание воды уменьшается примерно на 20%. Вследствие того рост человека к вечеру на 1-2 см меньше, чем утром. У космонавтов в условиях невесомости отмечается увеличение роста даже на 5 см. Малые протеогликаны, например, декорин, присоединяются к фибриллам коллагена II типа; они влияют на фибриллогенез, так как ограничивают диаметр этих фибрилл. Важную роль в организации хрящевого межклеточного матрикса играет также фибронек-тин. Биологическое значение этих и других минорных компонентов хрящевого матрикса заключается в том, что они участвуют в сборке и организации высокомолекулярных компонентов межклеточного вещества и в регуляции функции хондроцитов.

Mежклеточный матрикс кожной ткани. Основной организующий компонент матрикса кожной ткани - коллаген VII типа. Пучки фибрилл, образованные димерами этого коллагена, своими С-концами могут присоединяться к lamina densa базальной мембраны (как бы "заякориваться" в ней) и образовывать петли в субэпидермисе. Такие "заякоренные" фибриллы могут соединять lamina densa базальной мембраны с "якорными дисками", которые находятся в более глубоких субэпителиальных слоях и по своему составу похожи на базальные мембраны (содержат коллаген IV типа). "Заякоренные" фибриллы также захватывают фибриллы коллагена I и III типов. Таким способом "заякоренные" фибриллы коллагена VII типа обеспечивают присоединение эпидермиса к дерме.

Базальные мембраны. Базальные мембраны - специализированная форма межклеточного матрикса. Они синтезируются различными клетками: эндотелиальными, эпителиальными, мышечными, нервными, жировыми. Базальные мембраны представляют собой тонкие слои, которые обычно отделяют клетки и клеточные слои от окружающей соединительной ткани. Например, они окружают отдельные мышечные волокна, жировые и шванновские клетки. В таких структурах, как почечные клубочки и лёгочные альвеолы, ба-зальные мембраны расположены между двумя различными слоями клеток и играют роль высокоселективного фильтрационного барьера. С помощью электронной микроскопии выявлена двухслойная структура базальных мембран:lamina mm, которая находится со стороны клеточной мембраны, и lamina densa, которая соединена с подлежащей соединительной тканью. Основными компонентами базальных мембран являются коллаген IV типа, ламинин, гепарансульфатсодержащие протеогликаны (ГСПГ). Нерастворимость и механическую стабильность базальных мембран обеспечивают молекулы коллагена IV типа, которые организуются в специальную опорную сеть. Эта эластичная трёхмерная сеть образует структурный остов, к которому прикрепляются другие компоненты базальных мембран. Ламинин взаимодействует практически со всеми структурными компонентами базальных мембран: коллагеном IV типа, нидогеном, ГСПГ.Нидоген формирует с ламинином нековалентно связанный комплекс. Кроме этого, нидоген имеет центр связывания коллагена IV типа и, таким образом, может играть роль "мостовой" молекулы между различными компонентами базальной мембраны.ГСПГ базальных мембран могут образовывать олигомеры, соединяясь концевыми доменами белкового ядра, а также связываться с ламинином и коллагеном IV типа. Базальные мембраны выполняют разнообразные и сложные функции. В почечных клубочках базальная мембрана служит полупроницаемым фильтром, препятствующим переходу макромолекул из плазмы в первичную мочу. Большое значение в этом процессе имеет высокий отрицательный заряд протеогликанов, который препятствует прохождению через базальную мембрану других отрицательно заряженных молекул (например, белков), а также отрицательно заряженных эритроцитов. Кроме этого, базальные мембраны играют важную роль в прикреплении и ориентации клеток в пространстве, в процессах эмбрионального развития и тканевой регенерации.

Известны 2 типа коллагеназ:

Тканевая коллагеназа присутствует у человека в различных органах и тканях. В норме она синтезируется клетками соединительной ткани, прежде всего, фибробластами и макрофагами. Тканевая коллагеназа - металлозависимый фермент, который содержит Zn2+ в активном центре. В настоящее время известно 4 изоформы этого фермента. Активность коллагеназы зависит от соотношения в межклеточном матриксе её активаторов и ингибиторов. Среди активаторов особую роль играют плазмин, калликреин и катепсин В (см. раздел 14). Тканевая коллагеназа обладает высокой специфичностью, она перерезает тройную спираль коллагена в определённом месте, примерно на 1/4 расстояния от С-конца, между остатками глицина и лейцина (или изолейцина). Образующиеся фрагменты коллагена растворимы в воде, при температуре тела они спонтанно денатурируются и становятся доступными для действия других протеолитических ферментов. Нарушение катаболизма коллагена ведёт к фиброзу органов и тканей (в основном печени и лёгких). А усиление распада коллагена происходит при аутоиммунных заболеваниях (ревматоидном артрите и системной красной волчанке) в результате избыточного синтеза коллагеназы при иммунном ответе.

Бактериальная коллагеназа синтезируется некоторыми микроорганизмами. Например,Clostridium histolyticum (возбудитель газовой гангрены) выделяет коллагеназу, расщепляющую пептидную цепь коллагена более чем в 200 местах. Этот фермент гидролизует следующую связь -X-Гли-Про-У- между звеньями X и Гли. Таким образом разрушаются соединительнотканные барьеры в организме человека, что обеспечивает проникновение (или инвазию) этого микроорганизма и способствует возникновению и развитию газовой гангрены. Сам возбудитель не содержит коллагена и поэтому не подвержен действию коллагеназы.

Заболевания, связанные с нарушением синтеза и созревания коллагена

Монография известного индийского специалиста в области геронтологии, посвященная изменениям, наступающим при старении в структуре и функциях хроматина, активности ферментов, структуре коллагена и его синтезе, деятельности иммунной и эндокринной систем. Рассмотрены также старение клеток и современные теории старения.

Предназначена для биологов, биохимиков, геронтологов, врачей-гериатров.

Книга:

Отдельные цепи коллагена диссоциируют в щелочной или в кислой среде и в растворах мочевины, тиоцианата и гуанидин-гидрохлорида. При нагревании до 40 °C водородные связи между цепями рвутся. Количество коллагена, которое экстрагируется таким способом, велико у развивающихся животных, но быстро уменьшается с возрастом. Когда коллаген экстрагировали нейтральной солью из кожи крыс возрастом от. 1, 5 до 24 мес, было обнаружено, что у более старых животных экстрагируется меньше коллагена . При этом количество экстрагирующихся одиночных?-цепей быстро уменьшалось, а тримеров?-цепей (?-коллаген) - увеличивалось (рис. 4.3 и 4.4; табл. 4.3). Для димеров?-цепей (?-коллаген) изменений не наблюдалось.

Таблица 4.3. Соотношение различных типов коллагена из кожи крыс как функция возраста

Изучены изменения поперечных сшивок коллагена из бычьей кожи по мере развития животных . В коже зародышей много сшивок типа ДДОЛНЛ, которые делают ее плохо растворимой. К рождению доля этих сшивок уменьшается примерно на одну треть. В возрасте 6 мес их практически нет, их заменяют диоксилизинонорлейцин (ДОЛНЛ) и фракция С. До 18 мес количество этих сшивок постепенно увеличивается и составляет около 95 % всех сшивок. В коже человека максимальное количество ДОЛНЛ и фракции С наблюдается в возрасте 17–20 лет.

В период развития коллаген постоянно обновляется. По-видимому, изменение характера поперечных сшивок и их соотношения в течение этого периода обусловлено появлением?-цепей различных типов. Обмен коллагена постепенно замедляется, так как развитие сопровождается уменьшением скорости синтеза и разрушением коллагена. Показано, что потребление в коже крыс аскорбиновой кислоты, которая является кофактором и пролил- и лизилгидроксилазы, велико при рождении и быстро уменьшается по мере развития животных. В возрасте 6 мес потребление аскорбиновой кислоты составляет одну сотую от ее потребления при рождении. Вместе с тем аскорбиновая кислота в течение всей жизни поглощается костями и связками, правда после 12 нед ее поглощение падает. Очевидно, синтез коллагена в коже крыс в возрасте 6–8 нед практически прекращается, тогда как в костях и связках он продолжается всю жизнь. Следовательно, аскорбиновая кислота требуется млекопитающим в течение всей жизни для поддержания нормального состояния костей и связок. Описанные результаты позволяют предположить, что появление в старческом возрасте морщин на коже может быть связано не только с прекращением обмена коллагена в ткани, но также с увеличением числа поперечных сшивок между мономерами коллагена, отложившегося в коже на ранних стадиях развития. Сообщают, что число сшивок в коллагене сухожилия хвоста крысы увеличивается в возрастном интервале 3-100 нед от 1 на 500000 до 1 на 50000, т. е. в 10 раз . Это может изменить не только физические свойства коллагена, но и его способность экстрагироваться солевым раствором .

Другим фактором, влияющим на обмен коллагена в течение жизни животного, является фермент коллагеназа. Этот фермент расщепляет в коллагене связь Gly - Leu . Паратгормон стимулирует синтез коллагеназы и вызывает деминерализацию костей. В матке в период беременности синтез фермента усиливается, тогда как прогестерон ингибирует его синтез . В коже человеческого эмбриона коллагеназы больше, чем у взрослого человека. Если кожу эмбриона и взрослого человека культивировать in vitro, то из первой выделяется в среду значительное количество латентной, неактивной, коллагеназы (зимогена), однако из последней латентная коллагеназа не выделяется . Молекулярная масса латентной коллагеназы из кожи человека - 55000-60000, а активной коллагеназы - 45000-50000 . Если латентный фермент пропустить через колонку с сефадексом G-50, обработанным предварительно NaI, то он активируется. Трипсин удаляет из молекулы фермента пептид с мол. массой 10000 и активирует его. Таким образом, фермент, по-видимому, инактивируется путем связывания с ингибитором, имеющим мол. массу 10000. Комплекс фермент - ингибитор (латентная коллагеназа) активируется тиолблокирующими агентами, например 4-аминофенилмеркуриацетатом . Природу ингибитора еще предстоит установить, однако ясно, что активность коллагеназы может быть еще одним контрольным пунктом обмена коллагена и изменения его структуры при старении.

Согласно одной из теорий старения, основанной на образовании поперечных сшивок , увеличение числа таких сшивок в коллагене и других внеклеточных макромолекулах вызывает изменение физических и химических свойств соединительных тканей. Свидетельством в пользу этой теории служит то, что экстрагируемость коллагена из кожи и его расщепление коллагеназой с возрастом уменьшаются, а его термостабильность и сила сокращения при этом увеличиваются. Даже если увеличение числа сшивок и вызывает эти изменения и оказывает влияние на функционирование соединительных тканей при старении животного, старение других тканей, не имеющих большого количества внеклеточного матрикса и коллагена, должно иметь другие причины. Кроме того, образование поперечных сшивок происходит после модификации, осуществляемой с помощью лизилоксидазы. Изменение содержания этого фермента в соединительных тканях с возрастом также может быть причиной увеличения числа сшивок.

В ряде работ сообщается, что количество поперечных сшивок в коллагене при старении растет. Однако более поздние исследования не подтверждают это заключение. Когда измеряли число сшивок в сухожилии коров 3- и 12-летнего возраста после расщепления коллагена цианогенбромидом, никакой разницы в количестве ковалентных сшивок не обнаружили . При определении числа сшивок, образованных пиридинолином в коллагене реберных связок и ахиллесова сухожилия крыс и человека , было показано, что у человека после 30 лет оно уменьшается, а у крыс после наступления зрелости растет. Основные типы сшивок - оксилизинонорлейцин (ОЛНЛ) и диоксилизинонорлейцин (ДОЛНЛ) с возрастом не меняются , т. е. образование поперечных сшивок в коллагене не является, по-видимому, первичной причиной старения . Было высказано предположение, что уменьшение растворимости коллагена с возрастом может определяться стабилизацией лабильных сшивок. Для того чтобы установить, меняется ли количество поперечных сшивок с возрастом, необходимы дальнейшие исследования.

Особый интерес в связи с этим представляют три типа реакций. Первый - это реакции моносахаридов, глюкозы и галактозы, с альдегидами, образовавшимися из лизиновых и оксилизиновых остатков. В коже быка интенсивность этих реакций с возрастом увеличивается. Поскольку упомянутые здесь гексозильные соединения не могут образовывать связи с другими?-цепями, в результате этих реакций уменьшается число потенциальных мест для образования сшивок. Роль происходящих изменений неясна, но, возможно, они ответственны за повышенную хрупкость кожи и костей в старческом возрасте.

Второй тип реакций - взаимодействие аллизина с оксилизином с образованием альдимина или взаимодействие оксиаллизина с оксилизином либо с лизином с образованием кетоаминов, более стабильных, чем альдимины. Доля таких поперечных сшивок в сухожилиях человека, быка и крысы в период их роста увеличивается, но затем уменьшается. Эти изменения могут регулироваться уровнем лизилгидроксилазы, который в свою очередь зависит от других факторов.

Третий тип реакций - определение сшивок путем восстановления 3 Н-боргидридом. С возрастом количество включающегося трития уменьшается. Возможно, причиной этому служит уменьшение доли таких сшивок. Вместе с тем причиной уменьшения включения трития может быть то, что эти сшивки в старческом возрасте становятся более стабильными и поэтому не восстанавливаются.

В ранний период развития в тканях меняются не только число и стабильность поперечных сшивок, но также и типы коллагена. Как было показано ранее , в коже и, возможно, в других тканях изменяется соотношение коллагена типа I и III. Обычно в культуре in vitro хондроциты синтезируют коллаген типа II, но если их обработать бромдезоксиуридином, аналогом тимидина, то они синтезируют тип I и другой тип коллагена, которого в тканях в норме нет . Коллаген типа I синтезируют также старые хондроциты. Если в связках обычно синтезируется коллаген типа II, то в связках суставов при остеоартрите появляется коллаген типа I . Было бы существенно выяснить, по этой ли причине происходит уменьшение в старческом возрасте коллагенового матрикса при остеопорозе. Может ли произойти замена синтеза остеобластами коллагена типа I на синтез коллагена какого-либо другого типа? При врожденной болезни - osteogenesis imperfecta - при которой кости становятся очень хрупкими, фибробласты кожи в культуре синтезируют в большом количестве коллаген типа III. Некоторые связанные с коллагеном заболевания возникают из-за уменьшения уровня специфических ферментов, необходимых для его синтеза . Происходит ли при этом сдвиг в синтезе или ингибирование синтеза коллагена типа I, неизвестно. Любое из этих изменений может повлиять на способность матрикса содействовать кристаллизации апатита, в результате чего кость может стать более хрупкой, так как известно, что все типы коллагена, кроме типа I, образуют аморфные волокна.

Структурные изменения коллагена при старении могут быть обусловлены несколькими факторами. Один из них, возможно, изменение в синтезе различных?-цепей, кодируемых разными генами. В таком случае интересно выяснить, что является причиной включения гена?-цепей одного типа и "выключения" гена?-цепей другого типа? Вместе с тем с возрастом может меняться активность пролил- и лизилгидроксилазы, лизилоксидазы и гликозилтрансфераз, влияющих на образование поперечных сшивок, и это также может отражаться на возрастных структурных изменениях. Хорошо известно, что уровень этих ферментов с возрастом меняется. Тогда что определяет уровень их синтеза? Одним из определяющих факторов может быть обмен коллагена, который зависит от активности коллагеназы. Коллагеназа, когда в ней нет необходимости, существует в неактивной форме. Синтез этого фермента, а также синтез его ингибитора и активация неактивной коллагеназы могут определяться различными факторами, уровень которых в свою очередь может меняться с возрастом.

Таким образом, можно предположить, что структурные изменения коллагена, зависящие от возраста, происходят из-за изменения уровня некоторых ферментов и, следовательно, являются вторичными причинами старения. Какое-либо повреждение первичных центров, т. е. генома, в результате которого может измениться синтез ферментов, принимающих участие в синтезе?-цепей, их деградации и модификации, может привести к нарушению структуры коллагена, а следовательно, и его функции. Отсюда вытекает необходимость изучения изменения в регуляции синтеза этих ферментов и разных типов?-цепей на уровне генома; только тогда можно разобраться в молекулярных событиях, связанных с изменениями в структуре коллагена как функции возраста. Полиморфизм молекул коллагена и сдвиги в соотношениях типов коллагена в тканях, наблюдающиеся на протяжении жизни, похожи на те явления, которые имеют место для изоферментов лактатдегидрогеназы и аланинаминотрансферазы . Все это может объясняться разной активностью генов, кодирующих свойства?-цепей разных типов. Активность генов может определяться факторами, уровень которых меняется на протяжении жизни. В пользу этой точки зрения свидетельствует тот факт, что синтез коллагена в период постэмбрионального развития свободно живущей нематоды Panagrellus silusiae имеет прерывистый характер, и каждая очередная его вспышка совпадает с увеличением уровня пролилгидроксилазы .

Министерство здравоохнанения Республики Беларусь

УО «Витебский государственный ордена Дружбы народов

медицинский университет»

Кафедра Общей и клинической биохимии

Реферат на тему:

Изменение соединительной ткани при старении,коллагенозах и заживлении ран

Выполнила:

Студентка 37 группы 2 курса

Лечебного факультета

Минина Е.Г.

Проверил:

Гребенников И.Н.

Витебск, 2011

Введение.

Нарушения обмена веществ и энергии на:

Молекулярном уровне;

Клеточном уровне;

Органном и тканевом уровнях;

Уровне целостного организма.

Неравномерными, разнонаправленными изменениями обмена веществ и энергии - характеризуется старение.

Установление нарушения обмена веществ и энергии.

Лечение болезней обмена веществ и энергии.

Заключение.

Литература.

Введение.

Нарушение обмена веществ и энергии лежат в основе повреждений органов и тканей, ведущих к возникновению болезни . Происходящие при этом изменения в протекании химических реакций сопровождаются большими или меньшими сдвигами в энергообразующих и энергопоглощающих процессах. Различают 4 уровня, на которых могут происходить нарушения обмена веществ и энергии: молекулярный; клеточный; органный и тканевой; целостный организм. Нарушения обмена веществ и энергии на любом из этих уровней могут носить первичный или вторичный характер. Во всех случаях они реализуются на молекулярном уровне, на котором изменения обмена веществ и энергии приводят к патологическим нарушениям функций организма.

Нормальное протекание метаболических реакций на молекулярном уровне обусловлено гармоничным сочетанием процессов катаболизма и анаболизма. При нарушении катаболических процессов прежде всего возникают энергетические трудности, нарушаются регенерация АТФ, а также поступление необходимых для биосинтетических процессов исходных субстратов анаболизма. В свою очередь, первичное или связанное с изменениями процессов катаболизма повреждение анаболических процессов ведет к нарушению воспроизведения функционально важных соединений - ферментов, гормонов и др. Нарушение различных звеньев метаболических цепей неравнозначно по своим последствиям. Наиболее существенные, глубокие патологические изменения катаболизма происходят при повреждении системы биологического окисления при блокаде ферментов тканевого дыхания, гипоксии и др. или повреждении механизмов сопряжения тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования (например, разобщение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования при тиреотоксикозе). В этих случаях клетки лишаются основного источника энергии, почти все окислительные реакции катаболизма блокируются или теряют способность аккумулировать освобождающуюся энергию в молекулах АТФ. При ингибировании реакций цикла трикарбоновых кислот выработка энергии в процессе катаболизма сокращается примерно на две трети. При нарушении нормального течения гликолитических процессов (гликолиза, гликогенолиза) организм лишается способностиадаптироваться к гипоксии, что особенно отражается на функционировании мышечной ткани. Нарушение использования углеводов, уникальных метаболических источников энергии в условиях недостатка кислорода, является одной из причин существенного снижения мышечной силы у больных сахарным диабетом. Ослабление гликолитических процессов затрудняет метаболическое использование углеводов, ведет к гипергликемии, переключению биоэнергетики на липидные и белковые субстраты, к угнетению цикла трикарбоновых кислот в результате недостатка щавелево-уксусной кислоты. Возникают условия для накопления недоокисленных метаболитов - кетоновых тел, усиливается распад белков, интенсифицируется глюконеогенез. Развиваются ацетонемия, азотемия, ацидоз .

Рост, развитие и наступающий затем процесс старения сопровождаются значительными изменениями в соединительной ткани. В биохимическом аспекте они сводятся к следующему:

2. Количество основного вещества с возрастом уменьшается, а содержание коллагеновых волокон - увеличивается.

3. Снижается количество поперечных связей в эластине и уменьшается эластичность соединительно-тканных образований.

4. Количество поперечных связей в коллагене, напротив, увеличивается, вследствие чего увеличивается прочность коллагенового волокна и умень-шается доступность его коллагеназе.

5. В процессе старения замедляется интенсивность метаболизма компонентов соединительной ткани.

6. Уменьшается концентрация гидроксипролина в сыворотке крови и суточная экскреция его с мочой.

7. В составе коллагеновых и эластических волокон увеличивается содержание кальция, что ведёт к ригидности некоторых видов соединительной ткани.

8. Количество связанной воды уменьшается, что приводит к снижению тургора тканей.

Структура и функции соединительной ткани могут нарушаться в патологии, в частности, при мукополисахаридозах и коллагенозах.

Мукополисахаридозы - группа тяжёлых наследственных заболеваний, связанных с генетически обусловленным отсутствием одного из ферментов, участвующих в катаболизме ГАГ или протеогликанов, которые при этом накапливаются в лизосомах, что приводит к развитию тяжёлых клинических проявлений. При некоторых видах мукополисахаридозов происходит выделение с мочой нерасщеплённых фрагментов ГАГ. Клиническая симптоматика различных видов мукополисахаридозов имеет свои особенности, но всех их объединяет нарушение умственного и физического развития ребёнка, деформации скелета, помутнение роговицы, нарушение структуры и функций различных соединительнотканных структур, сокращение продолжительности жизни. В настоящее время эти заболевания не поддаются лечению, но они могут быть диагностированы в период беременности путём определения активности соответствующих ферментов в клетках амниотической жидкости.

Коллагенозы - группа заболеваний, при которых повреждаются все структурные компоненты соединительной ткани: клетки, волокна, основное вещество. К коллагенозам относятся ревматизм, ревматоидный артрит, системная красная волчанка, системная склеродермия, узелковый периартериит, дерматомиозит. Коллагенозы являются следствием не только генетических нарушений, но и могут иметь приобретённый характер.

Рубцовоизменённая соединительная ткань (рубец) - особый вид соединительной ткани, образующейся в ответ на повреждение любых тканей в результате травмы или воспалительного процесса. В заживающей ране фибробласты интенсивно синтезируют коллаген, неколлагеновые белки, холестерин, триацилглицерины, фосфолипиды, гликозаминогликаны, протеогликаны, гликопротеины. Затем происходит формирование рубцовой ткани, в процессе которого уменьшается количество клеток, почти полностью расщепляются липиды, неколлагеновые белки, протеогликаны, а также избыток коллагена и формируется рубец. Рубец - это плотная соединительная ткань, полностью воспроизводящая конфигурацию дефекта ткани, которую он заполняет. Сформировавшийся рубец состоит, главным образом, из коллагеновых волокон, структура которых не имеет регулярного строения, а также очень небольшого количества нерасщеплённых липидов, гликозаминогликанов, неколлагеновых белков. Коллаген вызывает адгезию и агрегацию тромбоцитов, что способствует образованию защитной плёнки на поверхности раны и её заживлению. Иногда могут формироваться гипертрофические обезображивающие рубцы келлоидного характера, содержащие в своём составе много липидов, ГАГ и продуктов их деградации при пониженном содержании коллагена. Кортикотропный гормон гипофиза, глюкокортикоиды, паратгормон, ионизирующее излучение, стресс, дефицит полноценного белка и витамина С в диете замедляют заживление ран. К гормонам, стимулирующим синтез коллагена и способствующим заживлению ран, относятся соматотропин, тироксин, инсулин, половые гормоны.

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет

Кафедра биологической химии

Реферат на тему:

Изменения соединительной ткани при старении, коллагенозах и заживлении ран

Выполнила:

Студентка 2 курса

лечебного факультета

18 группы

Виноградова Д.А.

Преподаватель:

Козловская С.П.

Витебск, 2014

План:

1. Биохимические изменении соединительно ткани при старении Стр.3

2. Диффузные болезни соединительной ткани (коллагенозы) Стр.3
3. Изменение соединительной ткани при заживлении ран Стр.6

4. Заключение Стр.13

5. Список используемой литературы Стр.14

Биохимические изменения соединительной ткани при старении

Общим возрастным изменением, которое свойственно всем видам соединительной ткани, является уменьшение содержания воды и отношения основное вещество/волокна. Показатель этого соотношения уменьшается как за счет нарастания содержания коллагена, так и в результате снижения концентрации гликозаминогликанов. В первую очередь значительно снижается содержание гиалуроновой кислоты. Однако не только уменьшается общее количество кислых гликозаминогликанов, но изменяется и количественное соотношение отдельных гликанов. Одновременно происходит также изменение физико-химических свойств коллагена (увеличение числа и прочности внутри- и межмолекулярных поперечных связей, снижение эластичности и способности к набуханию, развитие резистентности к коллагеназе и т.д.), повышается структурная стабильность коллагеновых волокон (прогрессирование процесса «созревания» фибриллярных структур соединительной ткани). Следует помнить, что старение коллагена in vivo неравнозначно износу. Оно является своеобразным итогом протекающих в организме метаболических процессов, влияющих на молекулярную структуру коллагена.

Диффузные болезни соединительной ткани (коллагенозы)

Основное место в патологии соединительной ткани (далее СТ) занимают системные ее поражения, которые обусловлены нарушениями обмена веществ или иммунного гомеостаза и отражают несостоятельность различных функций СТ. Существуют первичные и вторичные системные поражения СТ. Первичные поражения бывают врожденные и наследственные. Врожденные и наследственные первичные системные поражения СТ обусловлены пороками развития и нарушениями обмена веществ. К ним, в частности относятся мукополисахаридозы, синдром Морфана, несовершенный остеогенез.

Системные первичные поражения СТ приобретенного характера включают большую группу диффузных болезней СТ – коллагеновых болезней (коллагенозы), характеризующиеся генерализованным поражением СТ. Этиологическими факторами могут явиться: лекарственная непереносимость (антибиотиков, сульфанидамидов), охлаждение, инфекция (чаще стрептококковая), чрезмерная инсоляция, вибрация, физическая или психическая травма. Определенное значение имеют нарушения функции гипоталамо-гипофизарно- надпочечниковой системы и наследственная предрасположенность.

Заболевания систем СТ являются классическим примером органоспецифических аутоиммунных болезней. Об этом свидетельствуют:

· наличие аутоантител;

· обнаружение в очаге поражения комплексов антиген-антитело;

· скопление в пораженных тканях плазматических и лимфоидных клеток, имеющих отношение к продукции циркулирующих антител;

· гипергаммаглобулинемия;

· эффективность лечения иммунодепрессантами, в частности, кортикостероидами;

· сочетание с другими аутоиммунными болезнями (тиреоидитом Хасимото и др.).

Инициальным звеном процесса является стимуляция иммунокомпетентной системы каким-либо антигеном с участием аутоантигена, выработкой аутоантител и рядом иммунных нарушений. Появлению аутоантигенов способствует высвобождение кислых гидролаз в очаге дезорганизации СТ, усиление гидролитического расщепления тканей и клеток. Антитела образуются против всех элементов СТ и направлены против антигенов собственных тканей. Могут развиваться аутоиммунные синдромы, связанные с циркулирующими антителами – аутоиммунная гемолитическая анемия, аутоиммунная тромбоцитопения, гломерулонефрит и др.

Возможен и второй механизм развития диффузных болезней – нарушение метаболизма коллагена, в частности, повышенная скорость его биосинтеза, формирование малоустойчивых коллагеновых структур с повышенным распадом, образование избыточного фиброза. Но и в этом случае повреждения коллагена могут быть обусловлены циркулирующими в крови комплексами антиген-антитело.

Несмотря на большое своеобразие отдельных нозологических форм диффузных болезней СТ все они объединены рядом общих признаков, из которых основной – иммунообусловленный системный воспалительный процесс. Кроме того, всем этим заболеваниям свойственны лихорадка, артриты, рецидивирующие полисерозиты, разнообразная висцеральная патология (миоэндокардиты, гломерулонефриты или амилоидоз почек, поражения печени, гепатолиенальные синдромы, генерализованная лимфаденопатия), в большинстве случаев рецидивирующее и прогрессирующее течение.

Иммунное повреждение тканей – основной компонент патогенеза диффузных болезней СТ. При различных нозологических формах оно выражено неодинаково, лишено строгой нозологической специфичности.

К диффузным болезням СТ относятся:

· ревматизм, характеризующийся преимущественным поражением сердца и сосудов;

· ревматоидный артрит – поражения, главным образом, суставов;

· симметричный полисиновит, приводящий к постепенной деструкции суставов;

· системная склеродермия – прогрессирующее полисиндромное заболевание с характерным изменение кожи, опроно-двигательного аппарата, внутренних органов (легкие, сердце, пищеварительный тракт, почки) и распространенными вазоспастическими нарушениями по типу синдрома Рейно, в основе которых лежат поражения СТ с преобладанием фиброза и сосудистая патология в виде облитерирующего эндартериита;

· системная красная волчанка, проявляющаяся поражением всей СТ, многих органов и систем;

· узелковый периартериит – системное поражение сосудов с вовлечением в процесс всех слоев сосудистой стенки (панартериит);

· синдром Гудпасчера – иммуновоспалительное заболевание мелких сосудов легких и почек, характеризующееся классической триадой – легочные кровотечения, гломерулонефрит, антитела к антигенам основной мембраны капилляров легких и почек (см. выше);

· болезнь Бехтерева – преимущественно поражение составно-связочного аппарата позвоночника, периферических суставов с вовлечением в процесс сердца, почек, аорты;

· синдром Шегрена («сухой синдром») – аутоиммунное поражение экзокринных (прежде всего слезных и слюнных) желез, сопровождающееся их гипофункцией, сочетающееся с системными иммуновоспалительными заболеваниями;

· ряд других болезней.

Смешанные формы диффузных болезней СТ, характеризуются наличием признаков двух или более болезней, как, например, синдром Шарпа. Этот синдром проявляется сочетанием клинических признаков свойственных системной красной волчанке, склеродермии, ревматоидному артриту и дерматомиозиту, а также высоким титром антител к ядерному рибонуклеопротеиду в сыворотке крови; прогноз синдрома относительно благоприятный.

К смешанным болезням СТ относят и саркоидоз – системное заболевание из группы гранулематозов, характеризующееся развитием эпителиоидно-клеточных гранулем, дистрофией, деструкцией, склерозом различных тканей и органов с нарушением функции.

Изменение соединительной ткани при заживлении ран

Фибробласты участвуют в заживлении ран. При заживлении ран эпидермис играет важную роль, которая заключается не только в восстановлении целостности кожных покровов, но и в регуляции роста и созревании грануляционной ткани. Преждевременная или затянувшаяся эпидермизация раневого дефекта вызывает формирование некачественного рубца. В связи с этим метаболические изменения в эпидермисе лежат в основе структурно-функциональных превращений на уровне кожи, возникающие при ликвидации раневого дефекта. Происходящие в эпидермисе перестройки связаны с переходом клеток на измененный, оптимизированный, с точки зрения гомеостаза, уровень функционирования. Наибольшим структурно-метаболическим сдвигам подвергнут ростковый слой Мальпиги, включающий в себя базальный и шиповатый слои, клетки которых определяют формирование вышележащих слоев эпидермиса.

Дефицит витамина С.

Дистрофию соединительной ткани

Цинга́- болезнь, вызываемая острым недостатком витамина C (аскорбиновая кислота), который приводит к нарушению синтеза коллагена, и соединительная ткань теряет свою прочность.

Синдром Элерса-Данлоса

Синдром Элерса-Данло (Ehlers-Danlos) (СЭД; Q79.6) - генетически гетерогенное заболевание, обусловленное разнообразными мутациями в генах коллагена, либо в генах, отвечающих за синтез ферментов, принимающих участие в созревании волокон коллагена. Характеризуется гиперэластичностью кожи, подкожными сферулами, переразгибанием суставов, лёгкой ранимостью тканей и геморрагическим синдромом. Истинная распространённость неизвестна вследствие сложности верификации и большого числа лёгких форм, частота диагностированных случаев - 1 на 5000 новорождённых, тяжёлые формы встречают редко (1:100 000).

Латиризм - эпидемическая болезнь, неоднократно наблюдавшаяся во Франции, Италии, Алжире и Ост-Индии в неурожайные годы, когда жители, из-за дороговизны хлеба, пользовались, как пищевым средством, чиной или гороховником Lathyrus из сем. Papilionaceae. Различают несколько видов Lathyrus, из которых ядовитые семена дают L. cicera и L. clymenum. Болезнь наступает иногда уже после шестинедельного употребления семян чины, иногда же спустя несколько месяцев и поражает не только людей, но также и некоторых животных (лошадей, свиней, уток). Болезнь, во многом напоминающая спинно-мозговую сухотку, обусловлена, по всем вероятиям, поражением спинного мозга и характеризуется преимущественно явлениями паралича, особенно нижних конечностей. Чрезвычайно типична неправильная походка подобных больных. Иногда болезнь заканчивается гангреной нижних конечностей, как при хроническом отравлении спорыньей. Болезнь поражает преимущественно юный возраст; мужчин чаще, чем женщин.

Список используемой литературы

1.http://med-books.info/ veterinariya

2.http://znaiu.ru

3.http://forum.biomedis.ru

Описание работы

Общим возрастным изменением, которое свойственно всем видам соединительной ткани, является уменьшение содержания воды и отношения основное вещество/волокна. Показатель этого соотношения уменьшается как за счет нарастания содержания коллагена, так и в результате снижения концентрации гликозаминогликанов. В первую очередь значительно снижается содержание гиалуроновой кислоты. Однако не только уменьшается общее количество кислых гликозаминогликанов, но изменяется и количественное соотношение отдельных гликанов. Одновременно происходит также изменение физико-химических свойств коллагена (увеличение числа и прочности внутри- и межмолекулярных поперечных связей, снижение эластичности и способности к набуханию, развитие резистентности к коллагеназе и т.д.), повышается структурная стабильность коллагеновых волокон (прогрессирование процесса «созревания» фибриллярных структур соединительной ткани).