Основные функциональные единицы кожи, принимающие участие в заживлении кожного дефекта и рубцевании

Существуют множество адгезивных молекул - все они создают опорную сетку, по которой перемещаются клетки, связываясь с определенными рецепторами на поверхности клеточных мембран, передавая информацию друг другу при помощи медиаторов: цитокинов, факторов роста, окиси азота и др.

Базальный кератиноцит

Базальный кератиноцит не только является материнской клеткой эпидермиса, дающей начало всем вышележащим клеткам, но представляет собой мобильную и мощную биоэнергетическою систему. Он вырабатывает массу биологически активных молекул, таких как эпидермальный фактор роста (EGF), инсулиноподобные факторы роста (IGF, факторы роста фибробластов (FGF), фактор роста тромбоцитов (PDGF), фактор роста макрофагов (MDGF), васкулярный эндотелиальный фактор роста (VEGF), трансформирующий фактор роста альфа (TGF-a) и др. Узнав о повреждении эпидермиса через информационные молекулы, базальные кератиноциты и камбиальные клетки потовых желез и волосяных фолликулов начинают активно пролиферировать и перемещаться по дну раны для ее эпителизации. Стимулированные раневым детритом, медиаторами воспаления и фрагментами разрушенных клеток, они активно синтезируют факторы роста, способствующие ускорению ранозаживления.

[1], [2], [3], [4], [5], [6]

Коллаген

Основным конструктивным компонентом соединительной и рубцовой ткани является коллаген. Коллаген - самый распространенный белок млекопитающих. синтезируется в коже фибробластами из свободных аминокислот в присутствии кофактора - аскорбиновой кислоты и составляет практически треть от всей массы белков человека. В нем содержатся в незначительном количестве пролин, лизин, метионин, тирозин. На долю глицина приходится 35%, и по 22% приходится на долю гидроксипролина и гидроксилизина. Около 40% его находится в коже, где он представлен коллагеном I, III, IV, V и VII типов. Каждый тип коллагена имеет свои особенности строения, преимущественную локализацию и соответственно выполняет различные функции. Коллаген III типа состоят из тонких фибрилл, в коже его называют ретикулярным белком. В большем количестве он присутствует в верхней части дермы. Коллаген I типа - самый распространенный коллаген человека, он формирует более толстые фибриллы глубоких слоев дермы. Коллаген IV типа является компонентом базальной мембраны. Коллаген V типа входит в состав кровеносных сосудов и всех слоев дермы, коллаген VII типа формирует «заякоривающие» фибриллы, связывающие базальные мембраны с сосочковым слоем дермы.

Основная структура коллагена - триплетная полипептидная цепь, образующая структуру тройной спирали, которая состоит из альфа-цепей разных видов. Существует 4 вида альфа-цепей, их сочетание и определяет тип коллагена. Каждая цепь имеет молекулярную массу порядка 120 000 кД. Концы цепей свободны и не участвуют в образовании спирали, поэтому именно эти точки чувствительны к протеолитическим ферментам, в частности к коллагеназе, которая специфически разрывает связи между глицином и гидроксипролином. В фибробластах коллаген находится в виде триплетных спиралей проколлагепа. После экспрессии в межклеточный матрикс проколлаген превращается в тропоколлаген. Молекулы тропоколлагена соединяются между собой со сдвигом на 1/4 длины, фиксируются дисульфидными мостиками и таким образом приробретают полосовидную исчерченность, видимую в электронном микроскопе. После выхода молекул коллагена (тропоколлагена) во внеклеточную среду они собираются в коллагеновые волокна и пучки, которые образуют плотные сети, формируя в дерме и гиподерме прочный каркас.

Наименьшей структурной единицей зрелого коллагена дермы кожи человека следует считать субфибриллы. Они имеют диаметр 3-5 им и спирально располагаются по ходу фибриллы, которые рассматривают, как структурный элемент коллагена 2-го порядка. Фибриллы имеют диаметр от 60 до 110 им. Коллагеновые фибриллы, группируясь в пучки, образуют коллагеновые волокна. Диаметр коллагенового волокна - от 5-7 мкм до 30 мкм. Близко расположенные коллагеновые волокна формируются в коллагеновые пучки. Из-за сложности строения коллагена, наличия спиралевидных триплетных структур, соединенных сшивками различного порядка, синтез и катаболизм коллагена занимает длительный период, до 60 дней

В условиях травмы кожи, которая всегда сопровождается гипоксией, накоплением в ране продуктов распада и свободных радикалов, пролиферативная и синтетическая активность фибробластов возрастает, и они реагируют усиленным синтезом коллагена. Известно, что образование коллагеновых волокон требует определенных условий. Так. слабокислая среда, некоторые электролиты, хондроитинсульфат и другие полисахариды ускоряют фибриллогенез. Витамин С, катехоламины, ненасыщенные жирные кислоты, особенно линолевая, тормозят полимеризацию коллагена. Саморегуляция синтеза и распада коллагена регулируется также аминокислотами, находящимися в межклеточной среде. Так поликатион поли - L лизин угнетает биосинтез коллагена, а полианион поли - L глутамат его стимулирует. В связи с тем, что время синтеза коллагена преобладает над временем его деградации, в ране происходит значительное накопление коллагена, который и становится основой будущего рубца. Распад коллагена осуществляется с помощью фибринолитической активности специальных клеток и специфических ферментов.

[7], [8], [9],

Коллагеназа

Специфическим ферментом для расщепления наиболее распространенного в коже коллагена I и III типов является коллагеназа. Вспомогательную роль при этом играют такие ферменты, как эластаза, плазминоген и другие энзимы. Коллагеназа регулирует количество коллагена в коже и рубцовой ткани. Есть мнение, что размер рубца, который остается на коже после заживления раны, зависит главным образом от активности коллагеназы. Она продуцируется эпидермальными клетками, фибробластами, макрофагами, эозинофилами и относится к металлопротеазам. Фибробласты, принимающие участие в разрушении коллагенсодержащих структур, называются фиброкластами. Часть фиброкластов не только секретирует коллагеназу, но поглощает и утилизирует коллаген. В зависимости от конкретной ситуации в ране, состояния макроорганизма, рациональности лечебных мероприятий, наличия сопутствующей флоры, в зоне травмы преобладают либо процессы фибриногенеза, либо фиброклазии, то есть синтеза или разрушения коллагенсодержащнх структур. Если в очаг воспаления перестают поступать свежие клетки, продуцирующие коллагеназу, а старые теряют эту способность - возникает предпосылка для накопления коллагена. Кроме того, высокая активность коллагеназы в очаге воспаления еще не означает, что это залог оптимизации репаративных процессов и рана застрахована от фиброзных преобразований. Активизация фибролитических процессов нередко расценивается как обострение воспаления и его хронизация, в то время, как преобладание фиброгенеза - как его затихание. Фиброгенез, или образование рубцовой ткани па месте травмы кожи осуществляется в основном при участии тучных клеток, лимфоцитов, макрофагов и фибробластов. Пусковой вазоактивный момент осуществляется с помощью тучных клеток, биологически активные вещества, которых способствуют привлечению лимфоцитов в очаг поражения. Продукты распада тканей активируют Т-лимфоциты. которые через лимфокины подключают макрофаги к фибробластическому процессу или напрямую стимулируют макрофаги протеазами (некрогормонами). Мононуклеары не только стимулируют функцию фибробластов, но и тормозят их, выступая в качестве истинных регуляторов фиброгенеза, выделяя медиаторы воспаления и другие протеазы.

[10], [11], [12], [13]

Тучные клетки

Тучные клетки - клетки, характеризующиеся плеоморфизмом с крупными круглыми или овальными ядрами и гиперхромно окрашенными базофильными гранулами в цитоплазме. Они содержатся в большом количестве в верхних отделах дермы и вокруг кровеносных сосудов. Являясь источником биологически активных веществ (гистамин, простагландин Е2, хемотаксические факторы, гепарин, серотонин, фактор роста тромбоцитов и др.). Тучные клетки при повреждении кожи выделяют их во внеклеточную среду, запуская первоначальную кратковременную вазодилататорную реакцию в ответ на травму. Гистамин является сильнодействующим вазоактивным препаратом, приводящим к расширению сосудов и увеличению проницаемости сосудистой стенки, особенно посткапиллярных венул. Эту реакцию И.И.Мечников в 1891 г. расценил как защитную с целью облегчения доступа лейкоцитов и других иммунокомпетентных клеток в очаг поражения. Кроме того он стимулирует синтетическую активность меланоцитов, с чем и связана часто возникающая посттравматическая пигментация. Он вызывает также стимуляцию митоза клеток эпидермиса, что является одним из ключевых моментов в ранозаживлении. Гепарин, в свою очередь уменьшает проницаемость межклеточного вещества. Таким образом, тучные клетки являются не только регуляторами сосудистых реакций в зоне травмы, но и межклеточных взаимодействий, а следовательно иммунологических, защитных и репаративных процессов в ране.

Макрофаги

В процессе фиброгенеза, при репарации раны, лимфоцитам, макрофагам и фибробластам отводят решающую роль. Другие клетки выполняют вспомогательную роль, так как через гистамин и биогенные амины они могут влиять на функцию триады (лимфоциты, макрофаги, фибробласты). Клетки взаимодействуют между собой и с внеклеточным матриксом через мембранные рецепторы, адгезивные межклеточные и клеточно-матриксные молекулы, медиаторы. Стимулируют активность лимфоцитов, макрофагов и фибробластов также продукты распада тканей, Т-лимфоциты через лимфокины подключают макрофаги к фибробластическому процессу или напрямую стимулируют макрофаги протеазами (некрогормонами). Макрофаги в свою очередь не только стимулируют функции фибробластов, но и тормозят их. выделяя медиаторы воспаления и другие протеазы. Таким образом, на этапе ранозаживления основными действующими клетками являются макрофаги, которые принимают активное участие в очищении раны от клеточного детрита, бактериальной инфекции и способствуют заживлению раны.

Функцию макрофагов в эпидермисе выполняют также клетки Лангерганса, которые встречаются также в дерме. При повреждении кожи повреждаются и клетки Лангерганса, выделяя при этом медиаторы воспаления, такие как ферменты лизосом. Тканевые макрофаги или гистиоциты составляют около 25% клеточных элементов соединительной ткани. Они синтезируют ряд медиаторов, ферментов, интерфероны, факторы роста, белки комплемента, фактор некроза опухолей, обладают высокой фагоцитарной и бактерицидной активностью и др. При травме кожи в гистиоцитах резко возрастает метаболизм, они увеличиваются в размерах, возрастает их бактерицидная, фагоцитарная и синтетическая активность, благодаря чему в рану поступает большое количество биологически активных молекул.

Усыновлено, что фактор роста фибробластов. эпидермальный фактор роста и инсулиноподобный фактор, выделяемые макрофагами, ускоряют заживление ран, трансформирующий фактор роста - бета (TGF-B) стимулирует образование рубцовой ткани, Активируя деятельность макрофагов или блокируя определенные рецепторы клеточных мембран можно регулировать процесс репарации кожи. Например, используя иммуностимуляторы, можно активировать макрофаги, повышая неспецифический иммунитет. Известно, что макрофаг имеет рецепторы, распознающие маннозосодержащие и глюкозосодержащие полисахариды (маннаны и глюканы). которые содержатся в Aloe Vera, отсюда понятен механизм действия препаратов из алое, используемых при длительно незаживающих ранах, язвах и акне.

Фибробласты

Основой и наиболее распространенной клеточной формой соединительной ткани является фибробласт. В функцию фибробластов входит продукция углеводно-белковых комплексов (протеогликанов и гликопротеинов), образование коллагеновых, ретикулиновых, эластических волокон. Фибробласты осуществляют регуляцию метаболизма и структурную стабильность этих элементов, в том числе их катаболизм, моделирование своего «микроокружения» и эпителиально-мезенхимального взаимодействия. Фибробласты вырабатывают гликозамипогликаны, из которых наиболее важное значение имеет гиалуроновая кислота. В комплексе с волокнистыми компонентами фибробластов, определяют также пространственною структуру (архитектонику) соединительной ткани. Популяция фибробластов неоднородна. Фибробласты разной степени зрелости делятся на малодифференцированные, юные, зрелые и неактивные. К зрелым формам относятся фиброкласты, в которых процесс лизиса коллагена преобладает над функцией ею продукции.

В последние годы конкретизирована неоднородность «фибробластной системы». Найдены три митогически активных предшественника фибробластов - клеточные типы MFI, MFII, MFIII и три постмитотических фиброцита - PMFIV, PMFV, PMFVI. Путем клеточных делений MFI последовательно дифференцируется в MFII, MFIII и PMMV, PMFV, PMFVI, PMFVI характеризуется способностью синтезировать коллаген I. III и V типов, прогеогликаны и другие компоненты межклеточного матрикса. После периода высокой метаболической активности PMFVI дегенерирует и подвергается апоптозу. Оптимальное соотношение между фибробластами и фиброцитами 2:1. По мере накопления фибробластов рост их тормозится в результате остановки деления зрелых клеток, перешедших к биосинтезу коллагена. Продукты распада коллагена стимулируют его синтез по принципу обратной связи. Новые клетки перестают образовываться из предшественников из-за истощения ростковых факторов, а также благодаря выработке самими фибробластами ингибиторов роста - кейлонов.

Соединительная ткань богата клеточными элементами, но особенно широк диапазон клеточных форм при хроническом воспалении и фиброзирующих процессах. Так. в келоидных рубцах появляются атипичные, гигантские, патологические фибробласты. размером (от 10x45 до 12x65 мкм), являющиеся патогномоничным признаком келоида. Фибробласты, полученные из гипертрофических рубцов, некоторые авторы называют миофибробластами за счет сильно развитых пучков актинических филаментов, образование которых ассоциируется с удлинением формы фибробластов. Однако этому утверждению можно возразить, так как все фибробласты in vivo, особенно в рубцах. имеют удлиненную форму, а их отростки порой имеют длину, превышающую более чем в 10 раз величин) тела клетки. Объясняется это плотностью рубцовой ткани и мобильностью фибробластов. Перемещаясь вдоль пучков коллагеновых волокон в плотной массе рубца в незначительном количестве межуточного вещества. они вытягиваются вдоль своей оси и порой превращаются в тонкие веретеноподобные клетки, имеющие очень длинные отростки.

Повышенная митотическая и синтетическая активность фибробластов после травмы кожи стимулируется вначале продуктами распада тканей, свободными радикалами, затем факторами роста: (PDGF)-ростковым фактором тромбоцитов, фактором роста фибробластов (FGF), затем iMDGF- фактором роста макрофагов. Сами фибробласты синтезируют протеазы (коллагеназу, гиалуронидазу, эластазу), тромбоцитарный фактор роста, трансформирующий фактор роста - бета. эпидермальный фактор роста, коллаген, эластин и др. Реорганизация грануляционной ткани в рубцовую является сложным процессом, в основе которою лежит постоянно меняющийся баланс между синтезом коллагена и ею разрушением коллагеназой. В зависимости от конкретной ситуации фибробласты то вырабатывают коллаген, то секретируют коллагеназу под влиянием протеаз и прежде всего активатора плазминогена. Наличие молодых, недифференцированных форм фибробластов; гигантских, патологических, функционально активных фибробластов в совокупности с избыточным биосинтезом коллагена, обеспечивает постоянный рост келоидных рубцов.

[14], [15],

Гиалуроновая кислота

Представляет собой натуральный полисахарид, большого молекулярного веса (1 000 000 дальтон), который содержится в межуточном веществе. Гиалуроновая кислота невидоспецифична, гидрофильна. Важным физическим свойством гиалуроновой кислоты является ее высокая вязкость, благодаря чему она играет роль цементирующего вещества, связывающего коллагеновые пучки и фибриллы между собой и с клетками. Пространство между коллагеновыми фибриллами, мелкими сосудами, клетками заняты раствором гиалуроновой кислоты. Гиалуроновая кислота, обволакивая мелкие сосуды, укрепляет их стенку, предотвращает выпотевание жидкой части крови в окружающие ткани. Она выполняет во многом опорную функцию, поддерживая сопротивляемость тканей и кожи к механическим факторам. Гиалуроновая является сильным катионом, активно связывающим анионы в интерстициальном пространстве, таким образом, обменные процессы между к теткой и внеклеточным пространством, пролиферативные процессы в коже зависят от состояния гликозаминогликанов и гиалуроновой кислоты. Одна молекула гиалуроновой кислоты обладает способностью удерживать возле себя около 500 молекул воды, что и является основой гидрофильности и влагоемкости интерстициального пространства.

Гиалуроновая кислота находится в большем количестве в сосочковом слое дермы, зернистом слое эпидермиса, а также по ходу сосудов и придатков кожи. Благодаря многочисленным карбоксильным группам молекула гиалуроновой кислоты заряжена отрицательно и может перемещаться в электрическом поле. Деполимеризация кислоты осуществляется ферментом гиалуронидазой (лидазой), которая действует в два этапа. Сначала энзим деполимеризует молекулу, а затем расщепляет ее на малые фрагменты. В результате вязкость гелей, образуемых кислотой, резко снижается, а проницаемость структур кожи повышается. Благодаря этим свойствам, бактерии, синтезирующие гиалуронидазу, могут легко преодолевать кожный барьер. Гиалуроновая кислота оказывает стимулирующее действие на фибробласты, усиливая их миграцию и активируя синтез коллагена, обладает дезинфицирующим, противовоспалительным и ранозаживляющим действием. Кроме того, она обладает антиоксидантными, иммуностимулирующими свойствами, не образует комплексов с белками. Находясь в межклеточном пространстве соединительной ткани в виде стабильного геля с водой, обеспечивает вывод продуктов метаболизма через кожу.

Фибронектин

В процессе купирования воспалительной реакции восстанавливается матрикс соединительной ткани. Одним из главных структурных компонентов внеклеточного матрикса является гликопротеид фибронектин. Фибробласты и макрофаги раны активно секретируют фибронектнн для ускорения контракции раны и восстановления базальной мембраны. При электронно-микроскопическом исследовании фибробластов раны, в них. обнаруживаются в большом количестве параллельно расположенные пучки филаментов клеточного фибронектина, что позволило ряду исследователей назвать фибробласты раны миофибробластами. Являясь адгезивной молекулой и существующей в двух видах - клеточном и плазматическом, фибронектин в межклеточном матриксе выполняет роль «стропил» и обеспечивают прочное сцепление фибробластов с матриксом соединительной ткани. Молекулы клеточного фибронектина связываются друг с другом с помощью дисульфидных связей и вместе с коллагеном, эластином, гликозамингликанами заполняют межклеточный матрикс. При заживлении ран фибронектин играет роль первичного каркаса, создающего определенную ориентацию фибробластов и коллагеновых волокон в зоне репарации. Он связывает коллагеновые волокна с фибробластами через актинические пучки филаментов отростков фибробластов. Таким образом, фибронектин может выступать в качестве регулятора сбалансированности фибробластических процессов, вызывая аттракцию фибробластов, связываясь с фибриллами коллагена и ингибируя их рос г. Можно сказать, что благодаря фибронектину фаза собственно воспалительной инфильтрации в ране переходит к гранулематозно-фиброзной стадии.

[16]