Национальный фармацевтический университет Кафедра «Клинической лабораторной диагностики» Лекция 7 Тема: Клинико-биохимические критерии при заболеваниях соединительной ткани Харьков, 2015

Определение соединительной ткани Соединительные ткани это комплекс мезенхимальных производных, состоящих из клеточных дифферонов и большого количества межклеточного вещества (волокнистых структур и аморфного вещества), участвующих в поддержании гомеостаза внутренней среды и отличающихся от других тканей меньшей потребностью в аэробных окислительных процессах.

Определение соединительной ткани Соединительная ткань: - составляет более половины массы тела человека; - участвует в формировании стромы органов, прослоек между другими тканями, дермы кожи, скелета; - формирует и анатомические образования - фасции и капсулы, сухожилия и связки, хрящи и кости. Полифункциональный характер соединительных тканей определяется сложностью их состава и организации.

Классификация соединительной ткани Разновидности соединительной ткани различаются между собой составом и соотношением клеток, волокон, а также физико- химическими свойствами аморфного межклеточного вещества. 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. К соединительнотканным образованиям относят кожу, подкожную жировую ткань, матрикс костей, хрящи, зубы, фасции, строму паренхиматозных внутренних органов, нейроглию, стенки кровеносных сосудов и др.

Соединительные ткани Слева направо: рыхлая соединительная ткань, плотная соединительная ткань, хрящ, кость, кровь.

Соединительные ткани Классификация соединительной ткани Собственно соединительная ткань Соединительные ткани со специальными свойствами Скелетные ткани

Соединительная ткань включает Классификация соединительной ткани Рыхлая волокнистая соединительная ткань Плотная оформленная соединительная ткань Плотная неоформленная соединительная ткань

Соединительные ткани со специальными свойствами Классификация соединительной ткани Ретикулярная ткань Слизистая ткань Жировая ткань

Скелетная ткань Классификация соединительной ткани Хрящевая ткань Цемент зуба Костная ткань Дентин зуба

Функции соединительной ткани : 1. опорная – т.е. не только связывает, но и «поддерживает» организм в качестве своеобразного каркаса; 2. барьерная – кожа, соединительно-тканевые прослойки, окружающие сосуды и следующие за ними повсюду вплоть до капилляров, ни одно из веществ, приносимых с кровью и нужных для обменных процессов, не может попасть к месту назначения, не проходя через соединительную ткань. Кроме того, ее клетки осуществляют фагоцитоз и биосинтез антител; 3. функция депонирования – подкожная клетчатка, рыхлая соединительная ткань межфасциальных пространств накапливают жир, гистиоциты – накапливают продукт обмена гемоглобина пигмент гемосидерин; 4. метаболическая – биосинтез макромолекул, из которых строится межклеточная субстанция соединительной ткани, ее волокна и основное вещество. Есть и другие специализированные функции. Так, фибробласты синтезируют холестерол и др. липиды; в других – синтезируется кортизол (гидрокортизон); 5. репаративная – воспаление и следующее за ним развитие грануляционно- фиброзной ткани. Она отвечает на действие патогенных стимулов пролиферацией, давая молодую соединительную ткань, которая превращается, в конце концов, в рубец, заполняющий дефект любых тканей. Функции соединительной ткани : 1. опорная – т.е. не только связывает, но и «поддерживает» организм в качестве своеобразного каркаса; 2. барьерная – кожа, соединительно-тканевые прослойки, окружающие сосуды и следующие за ними повсюду вплоть до капилляров, ни одно из веществ, приносимых с кровью и нужных для обменных процессов, не может попасть к месту назначения, не проходя через соединительную ткань. Кроме того, ее клетки осуществляют фагоцитоз и биосинтез антител; 3. функция депонирования – подкожная клетчатка, рыхлая соединительная ткань межфасциальных пространств накапливают жир, гистиоциты – накапливают продукт обмена гемоглобина пигмент гемосидерин; 4. метаболическая – биосинтез макромолекул, из которых строится межклеточная субстанция соединительной ткани, ее волокна и основное вещество. Есть и другие специализированные функции. Так, фибробласты синтезируют холестерол и др. липиды; в других – синтезируется кортизол (гидрокортизон); 5. репаративная – воспаление и следующее за ним развитие грануляционно- фиброзной ткани. Она отвечает на действие патогенных стимулов пролиферацией, давая молодую соединительную ткань, которая превращается, в конце концов, в рубец, заполняющий дефект любых тканей.

Строение соединительной ткани: 1 - соединительная ткань, 2 - паренхиматозные клетки, 3-капилляры и элементы крови; 4 - лаброциты; 5 - фиброциты и фибробласты; 6 - волокно коллагена; 7 - волокно эластина; 8 - основной материал (матрикс )

Клетки соединительной ткани: 1. Фибробласты (и все его разновидности в специализированных тканях, как остеобласты, хондробласты и кератобласты); 2. тучные клетки (лаброциты, мастоциты, гепариноциты); 3. клетки семейства гистиоцитов (макрофаги); 4. плазматические клетки (плазмоциты); 5. клетки, проникающие в соединительную ткань из крови (лимфоциты и гранулоциты – нейтрофильные и эозинофильные). Клетки соединительной ткани: 1. Фибробласты (и все его разновидности в специализированных тканях, как остеобласты, хондробласты и кератобласты); 2. тучные клетки (лаброциты, мастоциты, гепариноциты); 3. клетки семейства гистиоцитов (макрофаги); 4. плазматические клетки (плазмоциты); 5. клетки, проникающие в соединительную ткань из крови (лимфоциты и гранулоциты – нейтрофильные и эозинофильные).

Все разновидности соединительной ткани построены по общим принципам: -Межклеточное вещество занимает больший объем, чем клеточные элементы. -Наличие своеобразных волокнистых (фибриллярных) структур. Все разновидности соединительной ткани построены по общим принципам: -Межклеточное вещество занимает больший объем, чем клеточные элементы. -Наличие своеобразных волокнистых (фибриллярных) структур. Поскольку межклеточное вещество представлено двумя компонентами, то соединительная ткань функционирует как посредник между кровеносными сосудами и органами (основное вещество) и как связующее звено организма (волокнистые структуры). Основное вещество состоит из интерстициальной жидкости, белков, полисахаридов и гликопротеинов. Белки и полисахариды определяют консистенцию интерстициальной жидкости. Благодаря способности связывать воду, они, например, обеспечивают эластические свойства суставных хрящей и прозрачность роговицы. Поскольку межклеточное вещество представлено двумя компонентами, то соединительная ткань функционирует как посредник между кровеносными сосудами и органами (основное вещество) и как связующее звено организма (волокнистые структуры). Основное вещество состоит из интерстициальной жидкости, белков, полисахаридов и гликопротеинов. Белки и полисахариды определяют консистенцию интерстициальной жидкости. Благодаря способности связывать воду, они, например, обеспечивают эластические свойства суставных хрящей и прозрачность роговицы.

Волокнистые структуры межклеточного матрикса подразделяются на три типа: коллагеновые, эластические и ретикулярные волокна. Коллагеновые волокна не растягиваются и возникают в местах, где развиваются напряжения (сухожилия, связки). Эластические волокна способны сильно и обратимо растягиваться. При этом их длина может увеличиваться более чем в 1,5 раза (кровеносные сосуды). Ретикулярные волокна гибкие, и их разветвленная сеть формирует основную структуру таких органов, как лимфоузлы и селезенка. Строение дермы Коллаген

Белки внеклеточного матрикса (ВКМ) можно разделить на 2 группы: -К-Коллагены - семейство фибриллярных белков. Составляют 75% от общего количества белков и являются основными структурными белками ВКМ; -Н-Неколлагеновые белки (около 25%). Это регуляторные белки, ферменты, а также адгезивные белки, обеспечивающие связывание различных компонентов матрикса между собой и с клеточными мембранами.

Основным структурным белком межклеточного матрикса и наиболее распространенным белком является КОЛЛАГЕН. Он составляет до 30% всех тканевых белков, и около 6% массы тела, являясь основной волокнистой структурой кожи, костей, зубов, сухожилий, хряща и больших кровеносных сосудов. Около 40% коллагена находится в коже, 50% - в тканях скелета и 10% - в строме внутренних органов. Коллаген существует в нескольких формах, при этом основная структура всех типов коллагена является схожей. В настоящее время описано 28 типов коллагена, которые кодируются более чем 40 генами. Они отличаются друг от друга по аминокислотной последовательности, а также по степени модификации интенсивности гидроксилирования или гликозилирования. Общим для всех коллагенов является присутствие их во внеклеточном матриксе., Более 90 % всего коллагена высших организмов приходится на коллагены I, II,III и IV типов, которые образуют очень прочные фибриллы. Основным структурным белком межклеточного матрикса и наиболее распространенным белком является КОЛЛАГЕН. Он составляет до 30% всех тканевых белков, и около 6% массы тела, являясь основной волокнистой структурой кожи, костей, зубов, сухожилий, хряща и больших кровеносных сосудов. Около 40% коллагена находится в коже, 50% - в тканях скелета и 10% - в строме внутренних органов. Коллаген существует в нескольких формах, при этом основная структура всех типов коллагена является схожей. В настоящее время описано 28 типов коллагена, которые кодируются более чем 40 генами. Они отличаются друг от друга по аминокислотной последовательности, а также по степени модификации интенсивности гидроксилирования или гликозилирования. Общим для всех коллагенов является присутствие их во внеклеточном матриксе., Более 90 % всего коллагена высших организмов приходится на коллагены I, II,III и IV типов, которые образуют очень прочные фибриллы.

С хематически цепь коллагена может быть представлена следующим образом: Гли- Х- Ги Про – Гли- X – Ги Лиз – Гли- X- Ги Про Коллаген содержит в основном заменимые аминокислоты и очень мало метионина, тирозина и гистидина. Коллаген почти не содержит цистеина и триптофана. Изгибы α - цепи вызывает аминокислотный остаток пролина. Глицин обеспечивает плотность укладки трех полипептидных цепей т.к. не имеет радикала и может находится внутри тройной спирали.

Молекула коллагена представляет собой правозакрученную спираль из трёх α-цепей тропоколлагена. Коллагеновая фибрилла это полукристаллическая структурная единица коллагена, а коллагеновые волокна образуются путем агрегации микрофибрилл.

Уникальные свойства коллагенов Коллагеновые волокна обладают огромной прочностью и практически нерастяжимы. Они могут выдерживать нагрузку, в раз превышающую их собственный вес. Именно поэтому большое количество коллагеновых волокон, состоящих из коллагеновых фибрилл, входит в состав кожи, сухожилий, хрящей и костей.

Разновидности коллагена Типы Фибриллярные коллагеныI, II, III, V, XI, XXIV, XXVII Фибрилл-ассоциированные коллагены (FACIT) X, XII, XIV, XVI, XIX, XX, XXI, XXII Коллагены, формирующие филаменты- бусины (beaded filament forming) VI Сетеобразующие коллагеныIV, VIII, X Коллаген, формирующий якорные фибриллы VII Трансмембранные коллагеныXIII, XVII, XXIII, XXV/CLAC-P Другие коллагеныXXVIII, XV, XVIII

Спиралевидная структура, напоминающая три переплетенные пружины, способные скручиваться и возвращаться в исходное состояние, придает молодой коже упругость, гладкость и эластичность. Синтез коллагена сложный ферментативный многостадийный процесс, который должен быть обеспечен достаточным количеством витаминов и минеральных элементов! Синтез протекает в фибробласте и ряд стадий вне фибробласта. Важный момент в синтезе реакции гидроксилирования, которые открывают путь дальнейшим модификациям, необходимым для созревания коллагена. Катализируют реакции гидроксилирования специфические ферменты. Так, образование 4-оксипролина катализирует пролингидроксилаза, в активном центре которой находится железо. Фермент активен в том случае, если железо находится в двухвалентной форме, что обеспечивается аскорбиновой кислотой (витамин C). Дефицит аскорбиновой кислоты нарушает процесс гидроксилирования, что влияет на дальнейшие стадии синтеза коллагена- гликозилирование, отщепление N- и С-концевых пептидов и др. В результате синтезируется аномальный коллаген, более рыхлый. Эти изменения лежат в основе развития цинги.

Основной маркер распада коллагена - гидроксипролин Важнейшим метаболитом, характеризующим скорость распада коллагена, является гидроксипролин % этой аминокислоты освобождается в результате гидролиза коллагена. Повышение содержания гидроксипролина в плазме крови увеличивается при распаде коллагена и нарушениях его созревания, что может приводить к развитию патологий (коллагенозы и фиброзы).

Эластин - основной структурный компонент эластичных волокон, которых много в связках, стенках крупных артерий, легких. Для этих волокон характерны высокая степень растяжения и быстрое восстановление исходной формы и размера после снятия нагрузки. Связки, богатые наэластин, соединяют кости скелета и удерживают их в суставах, поэтому они должны быть гибкими и эластичными. В основе строения - белок эластин. Эластин еще более гидрофобен, чем коллаген. В нем до 90 % гидрофобных аминокислот. Много лизина, есть участки со строго определенной последовательностью расположения аминокислот. Цепи укладываются в пространстве в виде глобул. Глобула из одной полипептидной цепи называется -эластин. За счет остатков лизина происходит взаимодействие между молекулами –эластина.

Особенности аминокислотного состава эластина Эластин – гликопротеин с молекулярной массой 70 к Да, содержит много гидрофобных аминокислот - глицина, аланина, валина, лейцина и пролина. Наличие гидрофобных радикалов препятствует созданию вторичной и третичной структуры, в результате молекулы эластина принимают различные конформации в межклеточном матриксе. В эластине мало гидроксилизина и практически нет цистеина и триптофана.

Неколлагеновые белки внеклеточного матрикса К неколлагеновым белкам относятся гликопротеины, белковые компоненты протеогликанов и ферменты. Функции неколлагеновых белков: - структурная - адгезивная - защитная - транспортная - минерализующая - ферментативная - рецепторная - регулирующая

Большую часть неколлагеновых белков ВКМ составляют гликопротеины, выполняющие различные функции Гликопротеины (ГП) ВКМ – это разнообразные сложные белки, связанные гликозидными связями с углеводным компонентом. Класс под названием гликопротеины или, более корректно, гликоконъюгаты – это белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный к полипептидной основе. Содержание углеводов в них варьирует от 1 до 85% по массе. Гликопротеины содержат остатки фосфосерина, глутамата и аспартата, которые способны связывать ионы кальция и участвовать в минерализации матрикса. Особенностью первичной структуры этих белков является наличие аминокислотной последовательности (-арг-гли-асп-) – (RGD), ответственной за связывание с клетками.

Гликопротеины Выделяют два подкласса белков, содержащих углеводы: гликопротеины и протеогликаны. Между этими подклассами имеются существенные отличия: Протеогликаны доля углеводов 15-20%, не содержат уроновых кислот, углеводные цепи содержат не более 15 звеньев, углевод имеет нерегулярное строение. доля углеводов 80-85%, содержат уроновые кислоты, углеводные цепи крайне велики, углевод имеет регулярное строение.

Гликопротеины Углеводный компонент, даже небольшой по массе, предоставляет новые свойства молекуле белка гликопротеинов. Для них характерна термостабильность, что отличает их от протеинов. Гликопротеины выдерживают высокие и низкие температуры, не изменяя физико-химических свойств. В отличие от других белков, гликопротеины трудно перевариваются протеолитическими ферментами желудочно-кишечного тракта (пепсином, трипсином и др.). Углеводная часть предоставляет сложным белкам большую специфичность. Это своеобразные векторные группы протеинов, которые «узнают» участки других структур (макромолекул, поверхности клеток). Гликопротеины быстрее выводятся из клетки и находятся, как правило, вне клетки (в биологических жидкостях, на внешней поверхности клеток).

Гликопротеины Функцией гликопротеинов являются: 1. Структурная – клеточная стенка, костный матрикс, например, коллаген, эластин. 2. Защитная – например, антитела, интерферон, факторы свертывания крови (протромбин, фибриноген). 3. Рецепторная – присоединение эффектора приводит к изменению конформации белка-рецептора, что вызывает внутриклеточный ответ. 4. Гормональная – гонадотропный, адренокортикотропный и тиреотропный гормоны. 5. Ферментативная – холинэстераза, нуклеаза. 6. Транспортная – перенос веществ в крови и через мембраны, например, трансферрин, транскортин, альбумин, Na +,К + -АТФаза.

Гликопротеины Гликопротеины делят на 2 группы: 1. Растворимые; 2. Нерастворимые. Различают гликопротеины, участвующие в формировании фибриллярных структур (представлены белками – фибронектином и фибриллином) и ряде неволокнистых структур (ламинин,тенасцин и энтактин). Фибриллин – входит в состав эластических структур, формируя микрофибриллы. Энтактин- белок базальной мембраны, обеспечивающий связывание коллагена 4 типа с другими компонентами клеточных мембран. Нерастворимые гликопротеины образуют "каркас", "строму" межклеточного матрикса. В группу адгезивных белков входят, кроме фибронектина и ламинина, нидоген, интегрины и другие белки, которые по структуре могут быть гликопротеинами.

Фибронектин - ключевой адгезивный белок Фибронектин – высокомолекулярный гликопротеин, состоит из 2 полипептидных цепей. В каждой цепи фибронектин имеет центры связывания с коллагеном, протеогликанами, гликопротенинами клеточных мембран. Фибронектин называют «молекулярным клеем». Существует несколько форм фибронектина, которые синтезируются разными клетками. Растворимый, или плазменный, фибронектин синтезируется гепатоцитами. Нерастворимый, или тканевый фибронектин синтезируется в основном фибробластами или эндотелиоцитами, глиоцитами и эпителиальными клетками, и участвует в адгезии всех перечисленных клеточных структур, а, значит, и клеток.

Фибронектин - ключевой адгезивный белок Обе формы фибронектина (растворимый, или плазменный, и нерастворимый, или тканевый) вовлекаются в разнообразные процессы: способствуют адгезии и распространению эпителиальных и мезенхимальных клеток, стимулируют пролиферацию и миграцию эмбриональных и опухолевых клеток, контролируют дифференцировку и поддержание цитоскелета клеток, активно участвуют в воспалительных и репаративных процессах. Это связано с тем, что каждая субъединица фибронектина содержит последовательность Арг-Гли-Асп (RGD), с помощью которой он может присоединяться к клеточным рецепторам (интегринам). Эти рецепторы опосредованно взаимодействуют с актиновыми микрофиламентами, которые находятся в цитозоле. В этом процессе участвуют так называемые белки прикрепления (от англ. attach - прикреплять proteins): талин, винкулин, α-актинин. С помощью таких белок-белковых взаимодействий информация может передаваться из межклеточного матрикса внутрь клетки, а также в обратном направлении - из клетки наружу, таким образом влияя на протекающие в клетке процессы.

Фибронектин - ключевой адгезивный белок При опухолевых заболеваниях количество фибронектина снижается, что способствует метастазированию опухоли Методы определения фибронектина в сыворотке или плазме крови – ИФА, турбидиметрия и др. Известно также, что фибронектин участвует в миграции клеток, которые могут присоединяться к его RGD-участкам, и, таким образом, фибронектин как бы помогает им перемещаться в межклеточном матриксе. В межклеточном матриксе, окружающем трансформированные (или опухолевые) клетки, количество фибронектина заметно снижено, что может быть одной из причин появления метастазов.

Ламинин – наиболее распространённый неколлагеновый гликопротеин (адгезивный белок) базальных мембран (3), отделяющих соединительную ткань от эпителия. Ламинин – гликопротеин, состоит из трех полипептидных цепей (a и 2-х β), которые укладываются в пространстве в крестообразную форму. Ламинин взаимодействует со всеми структурными компонентами базальных мембран, включая коллаген IV типа, нидоген, фибронектин и др. Он может влиять на рост, морфологию, дифференцировку и подвижность клеток. Ламинин выполняет роль адгезивного белка для различных эпителиальных и мезенхимальных клеток. N- концевые группы ламинина могут присоединять кальций и образовывать сетевидные структуры с помощью кальций-зависимого взаимодействия. Уровень ламининов повышается при карценогенезе

Гликопротеины К гликопротеинам относят большинство белков плазмы крови: трансферрин, гаптоглобин, макроглобулин, фибриноген и др. Содержание их увеличивается при воспалительных процессах, в связи с чем их называют белки острой фазы. Углеводная часть - гликопротеинов плазмы крови характеризуется большим разнообразием моносахаридов. В состав гликопротеинов входят следующие углеводы: 1) гексозы - главным образом галактоза и манноза, в небольших количествах глюкоза; 2) пентозы – ксилоза и арабиноза; 3) дезоксисахарофукоза и рамноза; 4) нейраминовая кислота и ее уксуснокислые эфиры, которые называются сиаловыми кислотами. В состав подавляющего большинства изученных в настоящее время гликопротеинов входят сиаловые кислоты, например орозомукоид содержит 912% сиаловых кислот, а-гликопротеин до 6 %.

Гликопротеины В клинической практике нашло широкое применение, в основном, определение связанных с белком гексоз (серомукоидов) и сиаловых кислот, поскольку методы определения фукоз, аминосахаров и нейраминовой кислоты сложны и трудоемки. При различных воспалительных процессах уровень связанных с белком гексоз (серомукоидов) и сиаловых кислот повышается. Уровень серомукоидов в крови значительно возрастает при всех воспалительных и некробиотических процессах (то есть состояниях, связанных с разрушением клеток) Имеют важное диагностическое значение в ревматологии для диагностики острых, вялотекущих, хронических воспалительных процессов, а также при опухолях, инфаркте миокарда и др.

Гликопротеины В норме уровень серомукоидов составляет 0,22-0,28 г/л. Уровень серомукоидов в крови значительно возрастает при всех воспалительных и некробиотических процессах (то есть состояниях, связанных с разрушением клеток), в том числе при ревматизме, подагре, туберкулезе и острых воспалительных заболеваниях легких (пневмонии, плеврите), инфаркте миокарда, злокачественных новообразованиях, остром и хроническом лейкозе, миеломе, лимфосаркоме, сахарном диабете, обострении хронического холецистита, желтушном синдроме (особенно на почве новообразования), у страдающих ишемическим инсультом головного мозга, служа отражением общего отклика организма на патологический процесс. Снижение концентрации серомукоидов отмечается у больных инфекционным гепатитом (вирусный гепатит А), рассеянным склерозом, гепатоцеллюлярной дистрофией, некоторыми другими заболеваниями, при которых подавляется биосинтез серомукоидов в печени. Сиаловые кислоты : норма в крови - 2,0-2,36 ммоль/л (0,18-0,22 усл. ед.). Концентрация сиаловых кислот увеличивается при ревматизме, туберкулезе (особенно активном), раке, инфаркте миокарда, опухолях головного мозга, остеомиелите, лейкемии, лимфогранулематозе и других заболеваниях преимущественно воспалительного характера, а также сопровождающихся распадом соединительной ткани.

К неколлагеновым белкам внеклеточного матрикса относятся протеогликаны Протеогликаны - высокомолекулярные соединения, состоящие из белка (5-10% от общей массы) и гликозаминогликанов (90-95%). Протеогликаны образуют межуточное (основное) вещество внеклеточного матрикса соединительной ткани, в которое погружены или которым покрыты волокнистые элементы соединительной ткани. Они могут составлять до 30% сухой массы ткани. Протеогликаны являются подклассом большого класса сложных белков, которые называются гликопротеинами. В отличие от гликопротеинов, у протеогликанов углеводный компонент гораздо больше по массе и они содержат уроновые кислоты. Протеогликаны играют роль и межтканевых прослоек и служат смазочным материалом в суставах. Протеогликаны выполняют функцию связывания экстрацеллюлярной воды, а также катионов. Например, они могут фиксировать ионы кальция в очагах оссификации.

Основную часть протеогликанов составляют гликозаминогликаны Гликозаминогликаны – гетерополисахариды, образованные чередующимися остатками гексозамина и уроновой кислоты (глюкуроновой, идуроновой или галактуроновой) либо галактозы. Гликозаминогликаны линейные отрицательно заряженные гетерополисахариды. Раньше их называли мукополисахариды (от лат. mucus – слизь), так как они обнаруживались в слизистых секретах (мукоза) и придавали этим секретам вязкие, смазочные свойства. Эти свойства обусловлены тем, что гликозаминогликаны могут связывать большие количества воды, в результате чего межклеточное вещество приобретает желеобразный характер. В организме гликозаминогликаны ковалентно связаны с белковой частью протеогликанов. По строению мономеров различают 7 типов глюкозаминогликанов: Гиалуроновая кислота. Среди всех гликозаминогликанов имеет наибольшую молекулярную массу ( Да). Содержащие сульфированные гликозаминогликановые цепи. Самые распространенные сульфатированные гликозаминогликаны в организме человека – гепарин, гепарансульфаты, хондроитинсульфаты, кератинсульфаты и дерматансульфаты.

Строение протеогликанов В структуре протеогликанов выделяют коровый (COR) белок (от анг. сore – основа, ядро), который через N- и О-гликозидные связи соединен с трисахаридами, связанными в свою очередь с гликозаминогликанами (ГАГ). Схема строения протеогликанов межклеточного вещества

Функции протеогликанов Молекулы протеогликанов участвуют в сборке межклеточного матрикса, облегчают фиксацию клеток и регулируют их рост. Они могут образовывать комплексы с коллагеном, адгезивными белками и другими белками, защищая их углеводными компонентами от действия ферментов. Все протеогликаны и гликозаминогликаны, являясь полианионами, могут присоединять, кроме воды, большое количества катионов и таким образом участвовать в формировании тургора различных тканей. Протеогликаны и гликозаминогликаны играют роль молекулярного сита в межклеточном матриксе, они припятствуют распространению патогенных микроорганизмогв. Протеогликаны и гиалуроновая кислота и выполняют рессорную функцию в суставных хрящах. Гиалуроновая кислота - основной функцией в соединительной ткани является связывание воды, благодаря чему межклеточное вещество приобретает характер желеобразного матрикса, (например, выполняет функцию стабилизатора геля в стекловидном теле глаза, которое содержит всего 1% гиалуроновой кислоты и на 98% состоит из воды). Гепарансульфатсодержащие протеогликаны способствуют созданию фильтрационного барьера в почках. Кератансульфаты и дерматансульфаты обеспечивают прозрачность роговицы. Гепарин антикоагулянт. Протеогликаны участвуют в регуляции активности сигнальных молекул. Гепарансульфаты компоненты плазматических мембран, где они могут функционировать как рецепторы и участвовать в клеточной адгезии и межклеточных взаимодействиях. Они также выступают компонентами синаптических и других пузырьков.

Ферменты соединительной ткани Активность ферментов соединительной ткани сравнима с печенью. Это фосфоглицераткиназа (образование макроэргов), пируваткиназа, ЛДГ, малатдегидрогеназа и др. Но некоторых ферментов нет в соединительной ткани, например, глюкозо-6- фосфатдегидрогеназы. Это говорит о склонности к анаэробному синтезу макроэргов. В соединительной ткани есть гидролитические ферменты с оптимумом рН 6,0. Из 25 ферментов этой группы 12 есть в соединительной ткани, (особенно катепсины), – они находятся в лизосомах клеток и обеспечивают их резорбцию. Кислые гидролазы соединительной ткани – это РНК-аза, липаза, кислая фосфатаза, ДНК-аза, -глюкозидаза, -галактозидаза, -глюкуронидаза, -N-ацетилглюкозаминидаза, гиалуронидаза, катепсин и др. Распад коллагена катализируется коллагеназой. Распад протеогликанов катализируют гиалуронидазы разных типов по виду ГАГ. Распад глико- и мукопротеинов – ферменты нейраминидазы. Ферменты соединительной ткани Активность ферментов соединительной ткани сравнима с печенью. Это фосфоглицераткиназа (образование макроэргов), пируваткиназа, ЛДГ, малатдегидрогеназа и др. Но некоторых ферментов нет в соединительной ткани, например, глюкозо-6- фосфатдегидрогеназы. Это говорит о склонности к анаэробному синтезу макроэргов. В соединительной ткани есть гидролитические ферменты с оптимумом рН 6,0. Из 25 ферментов этой группы 12 есть в соединительной ткани, (особенно катепсины), – они находятся в лизосомах клеток и обеспечивают их резорбцию. Кислые гидролазы соединительной ткани – это РНК-аза, липаза, кислая фосфатаза, ДНК-аза, -глюкозидаза, -галактозидаза, -глюкуронидаза, -N-ацетилглюкозаминидаза, гиалуронидаза, катепсин и др. Распад коллагена катализируется коллагеназой. Распад протеогликанов катализируют гиалуронидазы разных типов по виду ГАГ. Распад глико- и мукопротеинов – ферменты нейраминидазы.

Рыхлая волокнистая соединительная ткань Рыхлая волокнистая соединительная ткань (textus connectivus collagenosus laxus) обнаруживается во всех органах, сопровождает кровеносные и лимфатические сосуды и образует строму многих органов. Строение рыхлой волокнистой соединительной ткани в различных органах имеет сходство. Состоит из межклеточного вещества и клеток (фибробласты, макрофаги, тучные клетки, адвентициальные клетки, плазматические клетки, перициты, жировые клетки, лейкоциты, мигрирующие из крови, иногда пигментные клетки (пигментоциты, меланоциты, которых много в родимых пятнах, а также в соединительной ткани людей черной и желтой рас - содержат в своей цитоплазме пигмент меланин).

Костная и зубная ткань Костная и зубная ткань - специализированный тип соединительной ткани. 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, благодаря которой кость приобретает уникальные механические свойства и содержат по массе - 50% неорганических соединений, 25% органических компонентов. Основной белок костной и зубной ткани - коллаген I типа. Клеточными элементами костной ткани являются остеобласты, остеоциты и остеокласты. Остеобласты - крупные клетки, имеющие мощный аппарат белкового синтеза. В них синтезируется тропоколлаген, который переходит в межклеточное вещество, протеогликаны. Остеоциты участвуют в обмене минеральных и органических компонентов между костным матриксом и тканевой жидкостью. Остеокласты - крупные клетки, ведущей функцией которых является резорбция костей. Они, как и остеобласты, принимают участие в биосинтезе белков, однако у них этот процесс менее интенсивен. Маркером остеобластической активности является фермент - щелочная фосфатаза, активности остекластов – кислая фосфатаза.

Костная ткань

Mежклеточный матрикс суставного хряща Основные компоненты межклеточного хрящевого матрикса - коллаген II типа, агрекан, гиалуроновая кислота и вода. Кроме них, в матриксе находятся малые протеогликаны, коллагены VI, IX, XI типов, связывающий белок, другие неколлагеновые белки (фибронектин, анкорин, хрящевой олигомерный белок, хондроадгерин), 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. Важную роль в организации хрящевого межклеточного матрикса играет также фибронектин. 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, базальные мембраны расположены между двумя различными слоями клеток и играют роль высокоселективного фильтрационного барьера. 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.

Базальные мембраны 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. 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. 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.

Наследственные заболевания, связанные с нарушением обмена соединительной ткани Генетические дефекты синтеза и распада различных структурных компонентов соединительной ткани приводят к развитию наследственных заболеваний. Среди заболеваний, при которых поражаются коллагеновые и эластические волокна, наиболее часто наблюдают болезнь Марфана. Болезнь Марфана наследственное заболевание, характеризующееся системным поражением соединительной ткани. В развитии болезни важное значение имеет поражение коллагена и эластина, выражающееся в нарушении внутри- и межмолекулярных связей в этих структурах. Первичный генетический дефект, обусловливающий болезнь Марфана, связан с повреждением гена фибриллина-1. В норме этот ген кодирует синтез соединительнотканного протеина фибриллина-1 (структурный гликопротеинный компонент эластина). Для больных типичны высокий рост, длинные (паукообразные) пальцы, бедренные и паховые грыжи, гипоплазия мышц и подкожной клетчатки, плоскостопие, пороки сердца, аневризма аорты.

Мукополисахаридозы Группа заболеваний, в основе которых лежит нарушение метаболизма аморфного вещества, в основном кислых гликозаминогликанов, получили название мукополисахаридозы. Протеогликаны после эндоцитоза разрушаются в лизосомах клеток соединительной ткани, в частности фибробластах, под действием специфических лизосомальных гликозидаз. Если какие-либо лизосомальные ферменты отсутствуют (генетический дефект их синтеза) или их активность снижена, в соединительной ткани различных органов начинается накопление неразрушенных или частично разрушенных протеогликанов. Поэтому мукополисахаридозы относятся к болезням накопления. В настоящее время выделяют 9 основных типов мукополисахаридозов, характеризующихся недостаточностью различных ферментов и определёнными особенностями клинической картины.

Заболевания, связанные с нарушением синтеза и созревания коллагена Тип коллагена Локализация коллагена в тканях Заболевания ПричинаКлинические проявления I Кости, кожа, связки, сухожилия, склера, роговица, строма внутренних органов Неидеальный остеогенез Мутации в генах (наиболее 160), почаще всего делеции и подмены. Самая неблагоприятная - подмена глицина на другую аминокислоту, в итоге чего же в молекуле проколлагена возникает перелом либо изгиб, и обычная тройная спираль не появляется Завышенная ломкость костей, аномалии зубов, треугольная форма лица, гиперподвижность суставов, голубые склеры II Хрящи, межпозвоночные диски, стекловидное тело Заболевание Книста Делеция в гене, которая приводит к синтезу укороченных цепей коллагена Укорочение и деформации конечностей, туго- подвижность суставов, кифосколиоз, миопия высочайшей степени Синдром Стиклера и Вагнера Образование терминирующего кодона, вследствие чего же в стекловидном теле синтезируется половина молекулы коллагена Прогрессирующая миопия, нередко отслойка сетчатки; патология суставов по типу приобретенного остеоартрита

Тип коллагена Локализация коллагена в тканях Заболевания ПричинаКлинические проявления III Кожа, сосуды, строма паренхиматозных органов, матка Синдром Элерса- Данло-Русакова, IV тип Мутации в гене (наиболее 20) по типу делеции, вставок, замен. В итоге этого синтезируется молекула коллагена с нарушением первичной структуры, которая различается сниженной стабильностью. Фибриллы, которые образуют такие молекулы коллагена, тоньше обычных и наименее организованы Спонтанные разрывы больших сосудов, перфорации кишечного тракта, разрывы беременной матки, спонтанный пневмоторакс IV Базальные мембраны (почки и лёгкие) Синдром Альпорта Мутации в генах, которые сопровождаются нарушением образования базальных мембран Преимущественное поражение почек, проявляющееся гематурией и протеинурией; при неких формах сразу развивается диффузный эзофагеальный лейомиоматоз (доброкачественная опухоль гладких мускул пищевого тракта). Синдром Гудпасчера Образование антител к молекулам коллагена IV типа Гломерулонефрит, лёгочный гемосидероз VIIКожа Буллёзный эпидермолиз Мутации в гене, приводящие к понижению общего количества «заякоренных» фибрилл в коже, также синтез дефектных фибрилл Эпидермис слабо связан с дермой, просто слущивается и образует пузыри (буллы), которые просто травмируются, и на их месте образуются эрозии

Гидроксипролин Гидроксипролин, аминокислота, входящая в в состав коллагена - белка костной и соединительной ткани, являющегося показателем скорости их метаболизма. Выводится с мочой. Основные показания к назначению исследования: подозрение на наследственные заболевания соединительной ткани (синдром Марфана и др.), болезни сопровождающиеся патологическими процессами в костной ткани (болезнь Педжета), остеопороз. Поскольку коллаген является одним из компонентов костной ткани, определение общего уровня гидроксипролина в моче позволяет судить о костном метаболизме. Резорбция костей (при остеопорозе) и разрушение коллагеновых волокон сопровождаются повышением экскреции гидроксипролина с мочой. В норме костный метаболизм и, следовательно, уровень гидроксипролина в моче повышены у детей в период интенсивного роста. Однако подобные изменения отмечаются также при некоторых заболеваниях, сопровождающихся активацией резорбции костной ткани, таких, как болезнь Педжета, метастатическое поражение костей и ряд эндокринных нарушений.

Перед проведением исследования необходимо ограничить прием продуктов, содержащих коллаген, так как они влияют на результат. Процедура: Мочу собирают в специальный контейнер с консервантом, препятствующим разрушению гидроксипролина, в течение 2 или 24 ч при сборе суточной мочи первую (утреннюю) порцию сливают, а последнюю сохраняют для анализа. После сбора мочи пациент может перейти на обычную для него диету и возобновить прием препаратов. Гидроксипролин

Референтные значения гидроксипролина в моче Возраст Содержание ммоль/сут Дети в возрасте от 1 до 5 лет 0,15 - 0,49 Дети в возрасте от 6 до 10 лет 0,27-0,75 Подростки в возрасте от 11 до 14 ле 0,48 - 1,37 Взрослые в возрасте от 18 до 21 года 0,15 - 0,42 Взрослые в возрасте от 22 до 40 лет 0,11 - 0,32 Взрослые в возрасте от 41 до 55 лет 0,11 - 0,33

Определение уровня коллагена Для количественного определения уровня коллагена могут быть использованы различные аналитические методы, общепризнанные в биохимии и аналитической химии, такие как слектрофотометрия и газовая хроматография (H. Inoue, et al., J. of Chromatography В, 724: (1999)). Самые современные доступные спектрофотометрические колориметрические методы измерения уровня гидроксипролина представляют собой модификации метода Неймана и Логана (1950) или метода Стегемана. Для определения уровня коллагена, а также типов коллагенов широко используют методы ИФА и турбидиметрии с наборами коммерческих диагностических тест-систем.

маркеры метаболизма коллагена Разработанные информативные биохимические маркеры делают возможной оценку метаболизма коллагена в организме беременной. Это карбокситерминальный пропептид проколлагена I типа (CICP), отражающий процессы синтеза, и карбокситерминальный телопептид коллагена I типа (Crosslaps®), являющийся показателем катаболизма коллагена I типа.

Динамика показателей метаболизма коллагена I типа в динамике физиологической беременности Неберемен ные (M ± m) Беременно сть нед. (M ± m) p* Беременно сть нед. (M ± m) p**p*** Рост матери, см 166,34 ± 1, ,32 ± 0,8 7 0, ,03 ± 1,0 2 0,1510,623 CrossLaps, нг/мл 0,36 ± 0,050,37 ± 0,020,9650,56 ± 0,060,0490,004 CICP, нг/мл 93,04 ± 10,159,97 ± 3,91 < 0, ,45 ± 5,3 6 0,027 < 0,001

Патологические процессы непосредственно в соединительной ткани в зависимости от механизмов их развития можно разделить на следующие группы заболеваний: 1) диффузные (системные) заболевания соединительной ткани (коллагенозы) (ревматизм, ревматоидный артрит, системная красная волчанка, склеродермия, узловой периартериит, дерматомиозит, синдромы Рейтера, Шегрена и др. ); 2) наследственные заболевания соединительной ткани (синдром Элерса- Данлоса, несовершенный остеогенез, синдром Менке и др.). Диффузные (системные) заболевания соединительной ткани х Диффузные (системные) заболевания соединительной ткани х арактеризуются системным типом воспаления различных органов, сочетаются с аутоиммунными и иммунокомплексными процессами и фиброзообразованием. Их особенностью является мультифакториальный тип предрасположения с определенной ролью иммуногенетических факторов. Патологические процессы непосредственно в соединительной ткани в зависимости от механизмов их развития можно разделить на следующие группы заболеваний: 1) диффузные (системные) заболевания соединительной ткани (коллагенозы) (ревматизм, ревматоидный артрит, системная красная волчанка, склеродермия, узловой периартериит, дерматомиозит, синдромы Рейтера, Шегрена и др. ); 2) наследственные заболевания соединительной ткани (синдром Элерса- Данлоса, несовершенный остеогенез, синдром Менке и др.). Диффузные (системные) заболевания соединительной ткани х Диффузные (системные) заболевания соединительной ткани х арактеризуются системным типом воспаления различных органов, сочетаются с аутоиммунными и иммунокомплексными процессами и фиброзообразованием. Их особенностью является мультифакториальный тип предрасположения с определенной ролью иммуногенетических факторов.

Лабораторная диагностика заболеваний соединительной ткани Зависит от вида заболевания и вовлечение в процесс тех или иных структур соединительной ткани. Так, при ревматических болезнях клиническое значение имеют: маркеры воспаления - острофазовые показатели (СОЭ, СРБ, ферритин, фибриноген, сиаловые кислоты, серомукоиды и др.), маркеры нарушения синтеза или метаболизма соединительной ткани (коллагена, маркёры костеобразования (остеокальцин, карбокси- и аминотерминальные пропептиды проколлагена типа I, общая щелочная фосфатаза и костный изофермент щелочной фосфатазы), маркёры резорбции костной ткани (N- и С-телопептиды молекул коллагена I типа, связанные поперечными сшивками, дезоксипиридинолины, гидроксипролин и кальций в моче), наличие аутоантител и др. При онкопатологии – определение специфических онкомаркеров, концентрации фибронектина, ламинина. При коллагенозах – уровень органоспецифических и/или органонеспецифических аутоантител (ревматоидный фактор, антитела к ДНК, циклическому цитруллинированному пептиду и др.).

Основные диагностические лабораторные тесты в ревматологии РЕВМАТОИДНЫЙ ФАКТОР (РФ) АНТИНУКЛЕАРНЫЕ АНТИТЕЛА (АНА) АНТИТЕЛА К ЦИТРУЛЛИНИРОВАННЫМ БЕЛКАМ (АЦБ) АНТИНЕЙТРОФИЛЬНЫЕ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ АНТИТЕЛА (АНЦА) АНТИФОСФОЛИПИДНЫЕ АНТИТЕЛА (АФЛ)

СКРИНИНГОВЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ТЕСТЫ ДОЛЖНЫ ОБЛАДАТЬ ВЫСОКОЙ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ТЕСТЫ ДОЛЖНЫ ОБЛАДАТЬ ВЫСОКОЙ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ СПЕЦИФИЧНОСТЬЮ Характеристика лабораторных тестов

Лабораторная экспресс-диагностика ревматоидного артрита IgM РФ, АМЦВ АЦЦП СОЭ СРБ 45 мин.

Непрямая реакция иммунофлюоресценции (НРИФ) АНФ, антитела к дсДНК (с Crithidia Luciliae), АНЦА, ASMA, антикардиальные антитела и др.

Иммуноферментный анализ (ИФА) Аутоантитела Цитокины, хемокины, факторы роста Маркеры дисфункции эндотелия Маркеры хрящевого и костного метаболизма Другие биомаркеры

ИММУНОДОТ Аутоантитела ИММУНОБЛОТ

Лазерная нефелометрия СРБ, SAA Иммуноглобулины Компоненты комплемента Ревматоидный фактор Антистрептолизин-О

Иммунохемилюминисценция АЦЦП Витамин D Маркеры хрящевого и костного метаболизма Гормоны Прокальцитониновый тест Гомоцистеин NT-proBNP Цитокины

Проточная цитометрия Субпопуляции лимфоцитов периферической крови, маркеров апоптоза

ПЦР в реальном времени мРНК: ФНОα, ИЛ-1b, ИЛ-6, ИЛ-10, ИЛ-17, ИФН-γ, ИЛ-15, ИЛ-4, ИЛ-8, ИЛ-2 HLA B27

Спасибо за внимание