Поражения соединительной ткани

Цинга — болезнь, вызываемая острым недостатком витамина C. Это приводит к нарушению синтеза коллагена, соединительная ткань теряет свою прочность. Симптомы — вялость, быстрая утомляемость, ослабление мышечного тонуса, ревматоидные боли, расшатывание и выпадение зубов; хрупкость кровеносных сосудов приводит к кровоточивости дёсен, кровоизлияниям на коже. Лечение и профилактика - нормальная обеспеченность организма витамином C.

Коллагенозы (болезни соединительной ткани) - ревматизм, ревматоидный артрит, системная красная волчанка, системная склеродермия, дерматомиозит. Происходит повреждение всех структурных составных частей соединительной ткани. Для всех коллагенозов характерны полиорганность поражения, васкулиты (воспаление и некроз сосудистой стенки), артриты и нарушения иммунитета.

Наибольшее признание получила теория инфекционно-аллергического происхождения, в частности — концепция аутоиммунного генеза.

Лечебное действие оказывают кортикостероидные гормоны и различные иммунодепрессанты.

Фиброз - патологическое разрастание волокнистой составляющей соединительной ткани, избыточное накопление межклеточного матрикса с появлением рубцовых изменений различных органов. Ему предшествует достаточно длительная воспалительная фаза развития болезни, обычно связанная с хроническим действием повреждающего фактора (этанол при циррозе печени, вдыхание пыли при фиброзе легких, гипергликемия при диабетической нефропатии и др.).

Мукополисахаридозы— группа наследственных болезней соединительной ткани, обусловленных нарушением обмена гликозаминогликанов в результате генетически обусловленной неполноценности ферментов, участвующих в их расщеплении. Гликозаминогликаны накапливаются в большом количестве в органах и тканях.

Основными проявлениями мукополисахаридоза являются системное поражение скелета, задержка физического развития. Поражаются нервная система, глаза, внутренние органы. Наблюдается резкое нарушение развития ребенка и уменьшение продолжительности жизни.

Для лечения назначают гормональные препараты: АКТГ для подавления синтеза мукополисахаридов, тиреоидин, преднизолон. Используют большие дозы витамина А, сердечные препараты; делаются попытки лечения цитостатическими средствами.

Известно свыше 400 мутаций коллагенов, связанных с хондродисплазиями, некоторыми формами остеопороза и остеоартритов.

Несовершенный остеогенез- редкое заболевание соединительной и опорной ткани. В основе заболевания лежат мутации в одном из двух генов, кодирующих коллаген тип I. Заболевание характеризуется ненормальной ломкостью костей. При тяжелом поражении уже внутриутробно происходят множественные переломы, включая и переломы ребер. Многие пациенты страдают из-за укороченных, деформированных конечностей и нестабильной колоколообразной или бочкообразной грудной клетки. В легких случаях возникают отдельные переломы конечностей, но часто происходят компрессионные переломы позвоночника.

Контрольные вопросы

1. Перечислите функции межклеточного матрикса.

2. Охарактеризуйте строение и биологическую роль основных белков межклеточного матрикса.

3. Какие ферменты играют основную роль в катаболизме белков межклеточного матрикса?

4. Объясните причины повышенной кровоточивости при недостатке витамина С.

5. Какие соединения называются гликозаминогликанами? Приведите примеры.

6. Какую роль выполняют протеогликаны в составе хряща суставных поверхностей?

7. Опишите биохимические изменения соединительной ткани при старении.

БИОХИМИЯ КРОВИ

Главные функции крови связаны что тем, что это жидкая подвижная ткань, перемещающаяся по кровеносным сосудам. Кровь выполняет роль транспортного и коммуникативного средства интеграции обмена веществ разных органов. К основным функциям крови относятся:

- дыхательная функция (перенос О₂ из лёгких в ткани и СО₂ из тканей в лёгкие);

- трофическая функция (перенос продуктов пищеварения от кишечника к разным органам: глюкозы и кетоновых тел из печени в мышцы, жиров из печени в жировую ткань, молочной кислоты из мышц в печень, жирных кислот из жировой ткани в разные органы и т.д.);

- выделительная функция (перенос мочевины из печени в почки, билирубина из разных тканей в печень и т.д.);

- коммуникативная (регуляторная) функция (перенос гормонов и других регуляторных веществ к органам-мишеням).

С движением крови связаны также и другие её функции: защитная, выполняемая антителами и фагоцитирующими лейкоцитами крови; участие в регуляции водно-солевого и кислотно-щелочного баланса; регуляция температуры тела путём теплообмена между тканями и движущейся кровью.

Общее количество крови в организме взрослого человека составляет около 5 л (примерно 7% от массы тела). Она состоит из жидкой части и форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов, после осаждения которых, путём центрифугирования, над осадком остаётся светло-прозрачная жидкость – плазма крови. Белок плазмы фибриноген при стоянии превращается в нерастворимый фибрин, который образует сгусток. Из сгустка выжимается жидкость – сыворотка крови. Сыворотка отличается от плазмы тем, что в ней не содержится белок фибриноген.

Состав плазмы является своего рода зеркалом метаболизма, поскольку изменения концентрации метаболитов в клетках, даже если они происходят в отдельных органах, отражаются на концентрации этих метаболитов в крови.

Плазма крови представляет собой примерно 10% водный раствор органических и минеральных веществ. Концентрация белков составляет около 7%, минеральных солей около 1%, остальная часть приходится на различные небелковые органические соединения: мочевину, билирубин, индикан, креатин, креатинин, мочевую кислоту, глюкозу, фруктозу, молочную кислоту, пировиноградную кислоту и др

Белки плазмы представлены пятью фракциями: альбуминами, α₁-глобулинами, α₂-глобулинами, β-глобулинами и g-глобулинами. Каждая из этих фракций представляет собой смесь разных белков. Наиболее однородна альбуминовая фракция. Фракция g-глобулинов содержит главным образом антитела (иммуноглобулины). Другие фракции гетерогенны. Большинство белков, содержащихся в плазме, синтезируются в печени.

На долю альбуминов приходится более половины (55-60% или 40-50 г/л) белков плазмы крови. Альбумины выполняют функцию транспорта многих биологически активных веществ (гормонов, жирных кислот при мобилизации жиров из жировых депо). Они способны связываться с холестерином, желчными пигментами. Значительная часть кальция в сыворотке крови также связана с альбуминами. Альбумины играют важную роль в поддержании онкотического давления крови. Концентрация альбуминов в сыворотке ниже 30 г/л вызывает значительные изменения онкотического давления крови, что приводит к возникновению отёков. Концентрация альбумина в крови может снижаться вследствие его выделения с мочой при заболеваниях почек (альбуминурия). Печень человека синтезирует и выделяет в кровь до 15 г альбумина в сутки. При некоторых болезнях печени (циррозе) синтез альбумина нарушается. Для этих состояний тоже характерны отёки.

Глобулины представлены 2 фракциями – эуглобулинами и псевдоглобулинами. Фракция эуглобулинов в основном состоит из g-глобулинов, а фракция псевдоглобулинов из α- ,β- и g-глобулинов. Большая часть антител находится во фракции g-глобулинов. Иммуноглобулины, или антитела синтезируются β-лимфоцитами или образующимися из них плазматическими клетками. При ряде патологических состояний может наблюдаться гиперпротеинемия, обусловленная увеличением уровня g-глобулинов: например, в результате инфекционного процесса.

При многих заболеваниях изменяется процентное соотношение отдельных белковых фракций плазмы крови, хотя общее содержание белка в сыворотке крови остаётся в пределах нормы. Такое состояние носит название диспротеинемия.

ДЫХАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ КРОВИ.

БУФЕРНАЯ СИСТЕМА КРОВИ

Кровь играет определяющую роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия, изменение которого может привести к развитию патологических состояний или гибели организма. Поэтому в организме существуют специальные системы, которые препятствуют изменению рН крови и других биологических жидкостей при образовании кислых и щелочных продуктов или при большом поступлении воды. Такую роль выполняют отдельные физиологические системы (дыхательная, выделительная), а также буферные системы. Последние очень быстро (в течение нескольких секунд) реагируют на изменение концентрации Н⁺ и ОН^- в водных средах и являются срочными регуляторами кислотно-основного состояния в тканях организма.

Буферные системы – это смесь слабой кислоты и её растворимой соли, двух солей или белков, которые способны препятствовать изменению рН водных сред. Действие буферных систем направлено на связывание избытка Н⁺ или ОН^- в среде и поддержание постоянства рН среды. При действии буферной системы образуются слабодиссоциируемые вещества или вода. К основным буферным системам крови относятся бикарбонатная, белковая (гемоглобиновая) и фосфатная. Имеются также ацетатная и аммонийная буферные системы.

Бикарбонатная буферная система - мощная и самая управляемая система крови и внеклеточной жидкости. На её долю приходится около 10% всей буферной ёмкости крови. Бикарбонатная система представляет собой сопряжённую кислотно-основную пару, состоящую из молекулы угольной кислоты Н₂СО₃, выполняющую роль донора протона, и бикарбонат-иона НСО₃^-, выполняющего роль акцептора протона:

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО₃^-

Истинная концентрация недиссоциированных молекул Н₂СО₃ в крови незначительна и находится в прямой зависимости от концентрации растворённого СО₂. При нормальном значении рН крови (7,4) концентрация ионов бикарбоната НСО₃^- в плазме крови превышает концентрацию СО₂ примерно в 20 раз. Бикарбонатная буферная система функционирует как эффективный регулятор в области рН = 7,4. Механизм действия этой системы заключается в том, что при выделении в кровь относительно больших количеств кислых продуктов протоны Н⁺ взаимодействуют с ионами бикарбоната НСО₃^- , что приводит к образованию слабодиссоциируемой Н₂СО₃. Последующее снижение концентрации Н₂СО₃ достигается в результате ускоренного выделения СО₂ через лёгкие в результате их гипервентиляции. Если в крови увеличивается количество оснований, то они, взаимодействуя со слабой угольной кислотой, образуют ионы бикарбоната и воду. При этом не происходит сколько-нибудь заметных сдвигов в величине рН. Кроме того, для сохранения нормального соотношения между компонентами буферной системы в этом случае подключаются физиологические механизмы регуляции кислотно-основного равновесия: происходит задержка в плазме крови некоторого количества СО₂ в результате гиповентиляции лёгких. Бикарбонатная система тесно связана с гемоглобиновой системой.

Фосфатная буферная система представляет собой сопряжённую кислотно-основную пару, состоящую из иона Н₂РО₄^- (донор протонов, выполняет роль кислоты) и иона НРО₄^2- (акцептор протонов, выполняет роль соли). Фосфатная буферная система составляет лишь 1% от буерной ёмкости крови. В других тканях эта система является одной из основных. Фосфатная буферная система способна оказывать влияние при изменениях рН в интервале от 6,1 до 7,7 и может обеспечивать определённую ёмкость внутриклеточной жидкости, величина рН которой в пределах 6,9-7,4. В крови максимальная ёмкость фосфатного буфера проявляется вблизи значения 7,2. Органические фосфаты также обладают буферными свойствами, но мощность их слабее, чем неорганического фосфатного буфера.

Белковая буферная система имеет меньшее значение для поддержания кислотно-основного равновесия в плазме крови, чем другие буферные системы. Белки образуют буферную систему благодаря наличию кислотно-основных групп в молекуле белков: белок-Н⁺ (кислота, донор протонов) и белок (сопряжённое основание, акцептор протонов). Белковая буферная система плазмы крови эффективна в области значений рН 7,2-7,4.

Гемоглобиновая буферная система – самая мощная буферная система крови, на её долю приходится 75% от всей буферной. Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода и углекислого газа. При насыщении кислородом гемоглобин становится более сильной кислотой (ННbО₂). Гемоглобин, отдавая кислород, превращается в очень слабую органическую кислоту (ННb).

Гемоглобиновая буферная система состоит из неионизированного гемоглобина ННb (слабая органическая кислота, донор протонов) и калиевой соли гемоглобина КНb (сопряжённое основание, акцептор протонов). Точно так же может быть рассмотрена оксигемоглобиновая буферная система. Система гемоглобина и система оксигемоглобина являются взаимопревращающимися системами и существуют как единое целое. Буферные свойства гемоглобина обусловлены возможностью взаимодействия кисло реагирующих соединений с калиевой солью гемоглобина:

КНb + Н₂СО₃ => КНСО₃ + ННb.

Это обеспечивает поддержание рН крови в пределах физиологически допустимых величин, несмотря на поступление в венозную кровь большого количества СО₂ и других продуктов обмена кислотного характера. Гемоглобин (ННb), попадая в капилляры лёгких, превращается в оксигемоглобин (ННbО₂), что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению части Н₂СО₃ из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови.

Дыхательная функция крови. Важной функцией крови является её способность переносить кислород к тканям и СО₂ от тканей к лёгким. Веществом, осуществляющим эту функцию, является гемоглобин. Гемоглобин способен поглощать О₂ при сравнительно высоком содержании его в атмосферном воздухе и легко отдавать при понижении парциального давления О₂:

Нb + О₂ ↔ НbО.

Поэтому в легочных капиллярах происходит насыщение крови О₂, в то время как в тканевых капиллярах, где парциальное давление его резко снижается, наблюдается обратный процесс – отдача кровью кислорода тканям.

Образующийся в тканях при окислительных процессах СО₂ подлежит выведению из организма. Обеспечение такого газообмена осуществляется несколькими системами организма.

Наибольшее значение имеют внешнее, или легочное, дыхание, обеспечивающее направленную диффузию газов через альвеолокапиллярные перегородки в легких и обмен газов между наружным воздухом и кровью; дыхательная функция крови, зависимая от способности плазмы растворять и способности гемоглобина обратимо связывать кислород и углекислый газ; транспортная функция сердечно-сосудистой системы (кровотока), обеспечивающая перенос газов крови от легких к тканям и обратно; функция ферментных систем, обеспечивающая обмен газов между кровью и клетками тканей, т.е. тканевое дыхание.

Диффузия газов крови осуществляется через мембрану клеток по концентрационному градиенту. За счет этого процесса в альвеолах легких в конце вдоха происходит выравнивание парциальных давлений различных газов в альвеолярном воздухе и крови. Обмен с атмосферным воздухом в процессе последующих выдоха и вдоха вновь приводит к различиям концентрации газов в альвеолярном воздухе и в крови, в связи с чем происходит диффузия кислорода в кровь, а углекислого газа из крови.

Большая часть О₂ и СО₂ переносится в форме связи их с гемоглобином в виде молекул HbO₂ и HbCO₂. Максимальное количество кислорода, связываемое кровью при полном насыщении гемоглобина кислородом, называется кислородной емкостью крови. В норме ее величина колеблется в пределах 16,0–24,0 об.% и зависит от содержания в крови гемоглобина, 1 г которого может связать 1,34 мл кислорода (число Хюфнера).

Связывание кислорода гемоглобином является обратимым процессом, зависимым от напряжения кислорода в крови, а также от других факторов, в частности от рН крови.

СО₂, образующийся в тканях, переходит в кровь кровеносных капилляров, затем диффундирует внутрь эритроцита, где под влиянием карбоангидразы превращается в угольную кислоту, которая диссоциирует на Н⁺ и НСО₃^-. НСО₃^- частично диффундируют в плазму крови, образуя бикарбонат натрия. Он при поступлении крови в легкие (как и ионы НСО₃^-, содержащиеся в эритроцитах) образует СО₂, который диффундирует в альвеолы. Около 80% всего количества СО₂ переносится от тканей к легким в виде бикарбонатов, 10% – в виде свободно растворенной углекислоты и 10% – в виде карбоксигемоглобина. Карбоксигемоглобин диссоциирует в легочных капиллярах на гемоглобин и свободный СО₂, который удаляется с выдыхаемым воздухом. Освобождению СО₂ из связи с гемоглобином способствует превращение последнего в оксигемоглобин, который, обладая выраженными кислотными свойствами, способен переводить бикарбонаты в угольную кислоту, диссоциирующую с образованием молекул воды и СО₂.

При недостаточном насыщении крови кислородом развивается гипоксемия, которая сопровождается развитием гипоксии, т.е. недостаточным снабжением тканей кислородом. Тяжелые формы гипоксемии могут вызвать полное прекращение доставки кислорода тканям, тогда развивается аноксия, в этих случаях наступает потеря сознания, которая может закончиться смертью.

Патология газообмена, связанная с нарушением транспорта газов между легкими и клетками организма, наблюдается при уменьшении газовой емкости крови вследствие недостатка или качественных изменений гемоглобина, проявляется в виде анемических гипоксий. При анемиях кислородная емкость крови уменьшается пропорционально снижению концентрации гемоглобина. Снижение концентрации гемоглобина при анемиях ограничивает и транспорт углекислоты от тканей к легким в форме карбоксигемоглобина.

Нарушение транспорта кислорода кровью возникает также при патологии гемоглобина, например при серповидно-клеточной анемии, при инактивации части молекул гемоглобина за счет превращения его в метгемоглобин, например, при отравлении нитратами (метгемоглобинемия), или в карбоксигемоглобин (отравление СО).

Нарушения газообмена вследствие уменьшения объемной скорости кровотоки в капиллярах возникают при сердечной недостаточности, сосудистой недостаточности (в т.ч. при коллапсе, шоке), локальные нарушения – при ангиоспазме и др. В условиях застоя крови концентрация восстановленного гемоглобина возрастает. При сердечной недостаточности этот феномен особенно выражен в капиллярах отдаленных от сердца участков тела, где кровоток наиболее замедлен, что клинически проявляется акроцианозом. Первичное нарушение газообмена на уровне клеток наблюдается главным образом при воздействии ядов, блокирующих дыхательные ферменты. В результате клетки утрачивают способность утилизировать кислород, и развивается резкая тканевая гипоксия, приводящая к структурной дезорганизации субклеточных и клеточных элементов, вплоть до некроза. Нарушению клеточного дыхания может способствовать витаминная недостаточность, например дефицит витаминов В₂, РР, являющихся коферментами дыхательных ферментов.

СИСТЕМА СВЕРТЫВАНИЯ КРОВИ.

ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПАТОЛОГИИ

При случайных повреждениях мелких кровеносных сосудов возникающее кровотечение через некоторое время прекращается. Это связано с образованием в месте повреждения сосуда тромба или сгустка. Данный процесс называется свёртыванием крови.

В настоящее время существует классическая ферментативная теория свертывания крови – теория Шмидта – Моравица.Положения этой теории представлены на схеме (рис. 11):

Рис. 11. Схема свертывания крови

Повреждение кровеносного сосуда вызывает каскад молекулярных процессов, в результате образуется сгусток крови - тромб, прекращающий вытекание крови. В месте повреждения к открывшемуся межклеточному матриксу прикрепляются тромбоциты; возникает тромбоцитарная пробка. Одновременно включается система реакций, ведущих к превращению растворимого белка плазмы фибриногена в нерастворимый фибрин, который откладывается в тромбоцитарной пробке и на её поверхности, образуется тромб.

Процесс свёртывания крови протекает в две фазы.

В первой фазе протромбин переходит в активный фермент тромбин под влиянием тромбокиназы, содержащейся в тромбоцитах и освобождающейся из них при разрушении кровяных пластинок, и ионов кальция.

Во второй фазе под влиянием образовавшегося тромбина фибриноген превращается в фибрин.

Весь процесс свёртывания крови представлен следующими фазами гемостаза:

а) сокращение поврежденного сосуда;

б) образование в месте повреждения рыхлой тромбоцитарной пробки, или белого тромба. Коллаген сосуда служит связующим центром для тромбоцитов. При агрегации тромбоцитов освобождаются вазоактивные амины, которые стимулируют сужение сосудов;

в) формирование красного тромба (кровяной сгусток);

г) частичное или полное растворение сгустка.

Белый тромб образуется из тромбоцитов и фибрина; в нем относительно мало эритроцитов (в условиях высокой скорости кровотока). Красный тромб состоит из эритроцитов и фибрина (в областях замедленного кровотока).

В процессе свертывания крови участвуют факторы свертывания крови. Факторы свертывания, связанные с тромбоцитами, принято обозначать арабскими цифрами (1, 2, 3 и т.д.), а факторы свертывания, находящиеся в плазме крови, обозначают римскими цифрами.

Фактор I(фибриноген) - гликопротеин. Синтезируется в печени.

Фактор II(протромбин) - гликопротеин. Синтезируется в печени при участии витамин К. Способен связывать ионы кальция. При гидролитическом расщеплении протромбина образуется активный фермент свертывания крови.

Фактор III(тканевый фактор, или тканевый тромбопластин) образуется при повреждении тканей. Липопротеин.

Фактор IV(ионы Са²⁺). Необходимы для образования активного фактора X и активного тромбопластина тканей, активации проконвертина, образования тромбина, лабилизации мембран тромбоцитов.

Фактор V(проакцелерин) - глобулин. Предшественник акцелерина, синтезируется в печени.

Фактор VII(антифибринолизин, проконвертин)- предшественник конвертина. Синтезируется в печени при участии витамина К.

Фактор VIII(антигемофильный глобулин А) необходим для формирования активного фактора X. Врожденный недостаток фактора VIII - причина гемофилии А.

Фактор IX(антигемофильный глобулин В, Кристмас-фактор) принимает участие в образовании активного фактора X. При недостаточностьи фактора IX развивается гемофилия В.

Фактор X(фактор Стюарта-Прауэра) - глобулин. Фактор X участвует в образовании тромбина из протромбина. Синтезируется клетками печени при участии витамина К.

Фактор XI(фактор Розенталя) - антигемофильный фактор белковой природы. Недостаточность наблюдается при гемофилии С.

Фактор XII(фактор Хагемана) участвует в пусковом механизме свертывания крови, стимулирует фибринолитическую активность, другие защитные реакции организма.

Фактор XIII(фибринстабилизирующий фактор) - участвует в образовании межмолекулярных связей в фибрин-полимере.

Факторы тромбоцитов. В настоящее время известно около 10 отдельных факторов тромбоцитов. Например: Фактор 1- адсорбированный на поверхности тромбоцитов проакцелерин. Фактор 4 - антигепариновый фактор.

В нормальных условиях тромбина в крови нет, он образуется из белка плазмы протромбина под действием протеолитического фермента фактора Ха (индекс а - активная форма), который образуется при кровопотере из фактора X. Фактор Ха превращает протромбин в тромбин только в присутствии ионов Са^{2 +} и других факторов свертывания.

Фактор III, переходящий в плазму крови при повреждении тканей, и фактор 3 тромбоцитов создают предпосылки для образования затравочного количества тромбина из протромбина. Он катализирует превращение проакцелерина и проконвертина в акцелерин (фактор Va) и в конвертин (фактор VIIa).

При взаимодействии перечисленных факторов, а также ионов Са²⁺ происходит образование фактора Ха. Затем происходит образование тромбина из протромбина. Под влиянием тромбина от фибриногена отщепляются 2 пептида А и 2 пептида В. Фибриноген превращается в хорошо растворимый фибрин-мономер, который быстро полимеризуется в нерастворимый фибрин-полимер при участии фибринстабилизирующего фактора- фактора XIII (фермент трансглутаминаза) в присутствии ионов Са²⁺ (рис. 12).

Рис. 12. Образование геля фибрина.

Фибриновый тромб прикрепляется к матриксу в области повреждения сосуда при участии белка фибронектина. Вслед за образованием нитей фибрина происходит их сокращение, для чего необходима энергия АТФ и фактор 8 тромбоцитов (тромбостенин).

У людей с наследственными дефектами трансглутаминазы кровь свертывается так же, как у здоровых, однако тромб получается хрупкий, поэтому легко возникают вторичные кровотечения.

Кровотечение из капилляров и мелких сосудов останавливается уже при образовании тромбоцитной пробки. Для остановки кровотечения из более крупных сосудов необходимо быстрое образование прочного тромба, чтобы свести к минимуму потерю крови. Это достигается каскадом ферментных реакций с механизмами усиления на многих ступенях.

Различают три механизма активации ферментов каскада:

1. Частичный протеолиз.

2. Взаимодействие с белками-активаторами.

3. Взаимодействие с клеточными мембранами.

Ферменты прокоагулянтного пути содержат γ-карбоксиглутаминовую кислоту. Радикалы карбоксиглутаминовой кислоты образуют центры связывания ионов Са²⁺. В отсутствие ионов Са²⁺ кровь не свертывается.