скачать книгу бесплатно
• Проколлаген выделяется в виде трех скрученных полипептидов, к которым «пришиты» ОН-группы и сахара.
• Гидроксилирование преколлагена происходит с участием витамина С внутри шероховатого эндоплазматического ретикулума, а тройная спираль образуется в комплексе Гольджи фибробластов.
• Тройная спираль проколлагена превращается в тропоколлаген, когда внеклеточные протезы убирают аминокислотные нескрученные полипептидные концевые остатки.
• Молекулы тропоколлагена объединяются в коллагеновые фибриллы, а фибриллы, объединяясь, образуют коллагеновые волокна за счет ковалентных связей между лизинами.
• В белке эластине из лизина образуются десмозин и изодесмозин, которые образуют поперечные соединения между молекулами эластина.
• Желеобразное основное аморфное вещество, удерживающее воду, напоминает кучу гигантских «ёршиков».
• Стержнем гигантского «ёршика» является гиалуроновая кислота (гликозаминогликан), к которой прикреплены маленькие «ёршики» – протеогликаны.
• Стержень протеогликана образует осевой белок (протеин), к которому прикреплены сульфатированные гликозаминогликаны (хондроитин-сульфат, кератан-сульфат и дерматан-сульфат).
• Дополняют гигантские «ёршики» гликопротеины (фибронектин и ламинин).
• Механоциты синтезируют межклеточное вещество. В собственно соединительной ткани их называют фибробластами.
• К клеткам соединительной ткани относят также клетки стенки кровеносных капилляров (эндотелий и перициты) и «прописавшиеся» в соединительной ткани лейкоциты крови, тучные клетки, плазматические клетки и макрофаги.
• Гистиоцит – это оседлый макрофаг соединительной ткани.
Правда ли, что пока толстый сохнет, худой сдохнет?
Жировая ткань
Наверняка все слышали поговорку: «Пока толстый сохнет, худой сдохнет». Поговорка намекает на то, что лучше иметь, чем не иметь запасы жира в организме. С одной стороны, это так. Не случайно на полотнах великих художников эпохи Возрождения вы не увидите субтильных моделей, когда сложно разобраться – парень это или девушка. Полнота женщин всегда и во все времена напрямую ассоциировалась с плодовитостью. Это не случайно. Жир является источником женских половых гормонов-эстрогенов. В жировой ткани есть фермент ароматаза, который превращает мужской половой гормон тестостерон в эстроген (рисунок 60). Чем больше жира в организме, тем больше в крови эстрогенов. При истощении все наоборот. У спортсменок в период высоких физических нагрузок, так же, как у узниц концентрационных лагерей во время второй мировой войны, потеря жира приводила к нарушению менструального цикла. Без жира нарушается выработка женских половых гормонов. Полноценная репродуктивная функция женщин напрямую зависит от женских половых гормонов, а значит, и от количества жира в организме. Думаю, не случайно в последнее время стали популярны конкурсы красоты плюс-сайз моделей.
Рисунок 60. Ароматаза жировой ткани
Избыток жира у мужчин и, как следствие, повышенная концентрация в крови женских половых гормонов не лучшим образом сказываются на их способности оставить потомство. Если мужчина с избытком жира еще и большой любитель пива, то ситуация еще больше усугубляется. В пиве много эстрогенов растительного происхождения. Получается, то, что хорошо для женщин, не очень хорошо для мужчин.
Короновирусная история показала, что излишек жира в организме не является благом ни для женщин, ни для мужчин. В жировой ткани снижена активность NK-клеток, которые являются ключевым элементом врожденного иммунного ответа в борьбе с вирусами. NK-клетки убивают зараженные вирусом и раковые клетки в нашем организме. Кроме того, на клетках жировой ткани есть ангиотензин, превращающий фермент 2, через который коронавирус проникает внутрь наших клеток. Это значит, что чем больше жировых клеток, тем больше возможностей у вируса найти уютную клетку для своего размножения.
Что же такое жир или жировая ткань? Жировая ткань – это одна из разновидностей соединительной ткани. Прародительницой большинства клеток в соединительной ткани является так называемая мезенхимальная стволовая клетка. Ее потомки превращаются в фибробласты, которые синтезируют межклеточногое вещество соединительной ткани. Так же образуются хондробласты хряща и остеобласты кости. Из этой же мезенхимальной стволовой клетки образуются клетки жировой ткани (рисунок 61).
Рисунок 61. Виды жировых клеток
Клетки жировой ткани способны накапливать жиры в цитоплазме. Но таких жиронакапливающих клеток как минимум два вида. Поэтому выделяют два вида жировой ткани – белая и бурая. Самая распространенная – это белая жировая ткань. Белая жировая ткань лежит под дермой кожи и формирует третий слой кожи гиподерму. Знаменитое украинское свиное сало – это толстый слой гиподермы свиньи. Жир, окружающий внутренние органы или висцеральный жир – это тоже белая жировая ткань. Бурой жировой ткани у взрослых мало, но ее много у детей. Бурая жировая ткань находится между лопатками и в комочках Биша на щеках ребенка. Именно комочки Биша делают детские лица очаровательно щекастыми. Также бурую жировую ткань можно обнаружить вдоль позвоночника, в области шеи и около почек. В бурой жировой ткани много кровеносных сосудов, благодаря чему она выглядит темнее белой жировой ткани. Но это только одно отличие. В клетках белой и бурой жировой тканей по разному хранится жир внутри цитоплазмы. В белой жировой ткани жир занимает практически весь объем цитоплазмы в виде большой жировой капли. Большая жировая капля смещает ядро клетки на периферию под мембрану. Поэтому на гистологических срезах, окрашенных гематоксилин-эозином, жировые клетки напоминают перстень, где драгоценный камень – это ядро клетки. Оба красителя – и гематоксилин, и эозин – не окрашивают жир, поэтому большая жировая капля выглядит как пустота внутри перстня. Для окрашивания жира нужны специальные красители, например, судан, который часто используют для диагностики жирового гепатоза, который в обиходе называют ожирением печени. При жировом гепатозе в цитоплазме клеток печени гепатоцитах накапливается жир, и это не лучшим образом сказывается на работе самой крупной железы нашего организма.
В клетках бурой жировой ткани жир складируется внутри клеток мелкими каплями, равномерно распределенными в цитоплазме. Поэтому ядро никуда не смещается и остается в центре клеток. Кроме того, в этих клетках много митохондрий. За счет большого количества митохондрий и содержащихся в них ферментов цитохромов, в состав которых входит железо, клетки выглядят темными. Поэтому и называют такие жировые клетки бурыми. Клетки бурой жировой ткани по размерам меньше белых жировых клеток. Бурая жировая ткань – это не просто место складирования жиров про запас. Бурая жировая ткань – это место активного сжигания жиров и выработки тепла. Таким образом, белый подкожный жир – это наша подкожная шуба, сохраняющаяя тепло, а бурая жировая ткань – это печка, согревающая нас.
В последние годы многих исследователей одолевает навязчивая идея превращения балластного белого жира в согревающий бурый жир. Оказалось, что физическая активность и некоторые продукты питания способствуют потемнению белых жировых клеток. Удивительным свойством изменять белые жировые клетки обладают капсаицин – активный компонент острого перца, ресвератрол из красного вина и винограда, куркумин, зеленый чай, ментол и рыбные жирные кислоты омега-3[12 - Hadi H. El. Food Ingredients Involved in White—to—Brown Adipose Tissue Conversion and in Calorie Burning [Electronic resource] / H. El Hadi, A. Di Vincenzo, R. Vettor, M. Rossato // Frontiers Physiology. 2019. Vol. 9. URL: https://doi.org/10.3389/fphys.2018.01954 (https://doi.org/10.3389/fphys.2018.01954)].
Полного превращения белых жировых клеток в бурые не происходит. Белые жировые клетки «темнеют» и становятся лишь похожи на бурый жир. Потемневшим белым жировым клеткам дали свое собственное название – «бежевые жировые клетки». В бежевых жировых клетках так же, как и в бурых, есть митохондрии. Жир находится в виде нескольких капель. Ядро лежит не в центре, как в бурых жировых клетках, и не под мембраной, как в белых, а в каком-то среднем положении – немного смещено к мембране. Главное же, что эти клетки не просто накапливают жир, но и могут при его расщеплении выделять тепло. У бежевых жировых клеток нет своих излюбленных мест обитания. Они располагаются внутри белой жировой ткани.
В конце ХХ столетия на жировую ткань перестали смотреть как на пассивный резервуар хранения энергии. Все чаще и чаще жировую ткань сравнивают с большой эндокринной железой[13 - Kershaw E. E. Adipose Tissue as an Endocrine Organ [Electronic resource] / E. E. Kershaw, J. S. Flier // The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 2004. Vol. 89. Is. 6. P. 2548–2556. URL: https://doi.org/10.1210/jc.2004–0395 (https://doi.org/10.1210/jc.2004%E2%80%930395)].
Про одну из эндокринных функций жира, связанную с выработкой эстрогенов, я уже рассказал. Кроме этого, жировые клетки вырабатывают биологически активные вещества, очень похожие по своей функции на истинные гормоны (рисунок 62).
Первый гормон жировой ткани – это лептин. Лептин получил свое название от греческого слова leptos, что означает «худой, тонкий». Однако количество этого гормона в крови зависит от количества жировой ткани, а не от ее отсутствия. Чем больше жира, тем больше лептина.
Лептином жир сообщает всему организму и, в первую очередь, мозгу, что в теле достаточно запасов энергии в виде жира. Именно лептин способствует снижению аппетита. Он как бы говорит: «Дорогой мозг, в организме много жира, поэтому Вам следует отдать соответствующие приказы и прекратить обжорство». Предполагают, что нарушение выработки лептина или мутации в рецепторах, через которые он сообщает мозгу о количестве жировой ткани, являются одной из причин ожирения. Мозг не получает информацию в виде посланий лептина и «думает», что жира мало и надо усиленно питаться. Однако с деталями истинной роли лептина в организме еще предстоит разбираться.
Еще два гормона жировой ткани связаны с обменом и усвояемостью клетками глюкозы. Адипонектин регулирует поглощение клетками глюкозы, то есть является помощником инсулина. Он, как дворник, очищает поверхности клеток вокруг рецепторов к инсулину и дорожки прохода глюкозы внутрь клеток. В противоположность адипонектину другой гормон резистин делает все, чтобы спрятать рецепторы инсулина. Резистин делает клетку безразличной к сигналам инсулина, а это является одной из причин развития инсулинрезистентного сахарного диабета. Из всего этого следует, что ожирение и инсулинрезистентный сахарный диабет – неразлучные спутники современного мира потребления фастфуда – могут быть следствием нарушения выработки гормонов жировой ткани. Для лучшего понимания гормональной функции жировой ткани настоятельно рекомендую еще раз прочитать эти абзацы после рассказов про эндокринную систему.
Рисунок 62. Гормоны жировой ткани
В конце еще раз про COVID-19. Ожирение и сахарный диабет являются факторами, утяжеляющими течение заболевания. Во-первых, потому, что в жировые клетки легко проникает вирус и снижена активность NK-клеток. Во-вторых, жировые клетки вырабатывают провоспалительные цитокины, то есть химические сигнальные молекулы, усиливающие воспаление, такие как фактор некроза опухолей и интерлейкин 6. Из-за постоянной выработки провоспалительных цитокинов жировой тканью ожирение даже рассматривают как вариант хронического воспаления. Повышенный выброс цитокинов приводит к развитию цитокинового шторма. Именно цитокиновый шторм и внутрисосудистое образование тромбов являются главными виновниками тяжелого течения COVID-19 и летальных случаев.
Таким образом, COVID-19 еще раз показал, что излишек жировой ткани – это больше проблема, чем благо для здоровья.
В сухом остатке:
• Жировая ткань – это разновидность соединительной ткани.
• Жировые клетки образуются из мезенхимальной стволовой клетки.
• Бывает три типа жировой ткани: белая, бурая и бежевая.
• Белая жировая клетка полностью заполнена одной большой каплей жира, а ядро располагается на периферии.
• Белая жировая ткань – это энергетический запас организма.
• Бурая жировая ткань содержит много кровеносных сосудов, располагается в области лопаток, вдоль позвоночного столба и в области шеи. Её больше у детей.
• В клетках бурой жировой ткани жир в виде мелких капель распределен по цитоплазме и в цитоплазме много митохондрий. Ядро в центре клетки.
• Бурые жировые клетки, расщепляя жир, вырабатывают тепло.
• Белые жировые клетки могут превращаться в бежевые жировые клетки.
• В бежевых жировых клетках появляются митохондрии. Жир содержится в виде нескольких капель. Эти клетки тоже вырабатывают тепло.
• В жировой ткани фермент ароматаза переводит тестостерон в эстроген.
• Жировая ткань вырабатывает гормоны лептин, адипонектин и резистин.
• Жировые клетки вырабатывают провоспалительные цитокины (фактор некроза опухолей и интерлейкин 6).
Твердая соединительная ткань, или О нашем скелете
Цитоскелет, или скелет наших клеток, построен из белковых нитей – тонких, промежуточных и толстых. Скелет нашего тела образуют кости и хрящи. Кость и хрящ – это разновидности соединительной ткани, которые объединяют в группу скелетных тканей. Поэтому нередко так и пишут – костная ткань и хрящевая ткань. Для скелетных тканей, так же, как для всей соединительной ткани, характерным является большое количество межклеточного вещества. В хрящевой ткани межклеточное вещество называют основным аморфным веществом хряща. В костной ткани – это минерализованный костный матрикс. Клетки кости и хряща имеют свои специфические названия, которые определяют, какой из скелетных тканей принадлежит та или иная клетка. Хондробласты и хондроциты – это клетки хряща. Греческое слово хондрос – хрящ – указывает на принадлежность клеток хрящу, так же как другое греческое слово – остеон, или кость, используется для обозначения клеток и других структур костной ткани. В костной ткани, в отличие от хрящевой, не два, а три типа клеток – остеобласты, остеоциты и остеокласты. Бласты и циты являются строителями, они синтезируют межклеточное вещество и в хрящевой, и в костной ткани. Остеокласты, в отличие от «бластов» и «цитов» хряща и кости не являются строителями, «класты» разрушают минерализованный костный матрикс. У всех «строителей» есть клетки-прародительницы, или унипотентные стволовые клетки: клетки-предшественницы хондробластов и клетка-предшественница остеобластов, которые находятся на поверхности хряща или кости. Прародительницей остеокластов является стволовая кроветворная клетка.
Хрящи выполняют роль амортизаторов и прокладок между костями скелета. Если бы не было хрящей в суставах и между телами позвонков, то любое наше перемещение в пространстве сопровождалось бы грохотом ударов одной кости о другую. Кроме того, реберные хрящи дополняют костную защиту органов грудной клетки, хрящи трахеи и бронхов создают хрящевой скелет воздухоносных трубок для беспрепятственного прохождения воздуха. Благодаря хрящам мы появились на свет. Гибкие хрящи, из которых состояли наши кости на момент рождения, помогли нам легко и без переломов выйти через родовые пути мамы наружу.
Гибкость и упругость хрящам придают коллаген II типа и хондроитин сульфат. Коллаген II типа – это визитная карточка и обязательный атрибут хряща так же, как коллаген IV типа – обязательный компонент базальных мембран. Существует три типа хрящей – (1) гиалиновый, или стекловидный, (2) эластический и (3) волокнистый (рисунок 63). Во всех трех типах есть второй коллаген. Самым распространенным типом хряща является гиалиновый. Из гиалинового хряща состоял наш эмбриональный скелет, его части навсегда остались в хрящевых частях наших ребер. Все поверхности суставов покрыты гладким гиалиновым хрящом, поэтому мы не скрипим суставами, двигая руками и ногами. Гиалиновый хрящ создает скелет трахеи и крупных бронхов. Эластическим хрящ становится, когда в дополнение к тому, что есть в основном аморфном веществе гиалинового хряща, добавляются эластические волокна. Из эластического хряща состоят ушная раковина и надгортанник. Если кроме упругости необходимо придать хрящу дополнительную прочность, то в основном аморфном веществе хряща появляются волокна прочного коллагена I типа, и это уже волокнистый хрящ. Из волокнистого хряща состоит фиброзное кольцо межпозвоночных дисков, он есть в лобковом симфизе и менисках коленного сустава. Нередко волокнистый хрящ находится в концах сухожилий там, где сухожилия прикрепляются к костям. Здесь волокна коллагена I типа уложены плотными параллельными пучками, как в сухожилиях и связках.
Рисунок 63. Типы хряща
Все хрящи так же, как и кости, покрыты тонкой оболочкой, похожей на капсулу. Такую оболочку называют надхрящницей, или перихондрием, в хрящах, а в костях, соответственно, надкостница, или периостом, снаружи кости. Кроме того, такая же оболочка выстилает полости внутри костей и здесь она называется эндостом. В надхрящнице и надкостнице есть два слоя (рисунок 64). Наружный слой состоит из коллагеновых волокон, поэтому называется волокнистым слоем. Между волокнистым слоем и непосредственно хрящом или костью лежит слой клеток, поэтому этот слой называют клеточным. В клеточном слое хряща находятся хондрогенные клетки, из которых образуются хондробласты. В надкостнице и эндосте в клеточном слое лежат остеогенные клетки, дающие начало остеобластам. Надхрящница и надкостница очень похожи по строению, разница лишь в названиях хондро- и остео-. В обеих оболочках есть кровеносные сосуды и нервные окончания. Поэтому удар по большеберцовой кости, надкостница которой прикрыта только тонкой кожей, бывает очень болезненным. Такой прием часто рекомендуют девушкам для самообороны. Боль на какое-то время отвлечет агрессора и можно будет убежать.
Кровеносные сосуды надхрящницы не проходят вглубь хряща. Все питание хряща осуществляется путем диффузии газов и питательных веществ из сосудов надхрящницы. В костной ткани и костях есть кровеносные сосуды. Прорастание сосудов внутрь хряща приводит к его превращению в кость. Именно это происходит с хрящевыми заготовками наших костей после рождения. Не все хрящи покрыты надхрящницей. Точнее, надхрящницы нет на суставных поверхностях, обращенных в полость суставов. Суставной хрящ спасает от гибели и голодания внутрисуставная синовиальная жидкость.
Два типа клеток хряща занимают разное положение внутри своего хрящевого «дома» (рисунок 64). Хондробласты располагаются ближе к поверхности хряща и окружены со всех сторон межклеточным веществом. Во время роста хряща хондробласты перемещаются вглубь и получают статус хондроцитов. Хондроциты не теряют способность к делению, поэтому внутри центральной части хряща в маленьких полостях под названием «лакуны» можно увидеть два или даже четыре хондроцита. Такие семьи хондроцитов внутри лакун называют изогенными группами клеток хряща. Два типа клеток хряща постоянно синтезируют межклеточный основной аморфный матрикс. Так как и хондробласты, и хондроциты постоянно синтезируют основной аморфный матрикс, то хрящ растет. Рост хряща снаружи за счет активности хондробластов – это аппозиционный рост. Рост хряща изнутри за счет синтетической активности хондроцитов – это интерстициальный рост. Этот процесс легко понять, если посмотреть, как увеличивается объем монтажной пены, которую используют для заполнения щелей между стенами и окнами. Выпущенная из баллончика пена очень быстро начинает разбухать в объеме и происходит это как снаружи, так и изнутри.
Рисунок 64. Хрящ
Хрящ, безусловно, важен для формирования нашего скелета, но все-таки главными в скелете являются кости благодаря их прочности и твердости. Прочность костей определяется их межклеточным веществом – минерализованным костным матриксом. Костный матрикс состоит из двух компонентов – органической части и минеральных солей кальция и фосфора под названием гидроксиапатиты. Органическую часть костного матрикса называют остеоид. Основу остеоида составляет коллаген I типа, то есть самый распространенный коллаген, который есть в связках и сухожилиях. Но в связках и сухожилиях на этот коллаген не откладываются гидроксиапатиты. Поэтому нужно подчеркнуть, что остеоид – это не просто коллаген. В составе остеоида в дополнение к коллагену есть еще три очень важных белка с приставкой «остео» – остеонектин, остепонтин и остеокальцин. Эти белки играют роль клея на поверхности коллагена. Они приклеивают кристаллы гидроксиапатиты к коллагеновым волокнам.
Фабриками по производству костного матрикса являются остеобласты. Остеобласты появляются после деления остеогенных клеток надкостницы и эндоста (рисунок 65). Они не отходят далеко от места своего появления, как говорится, где родился, там и пригодился. Располагаются остеобласты на поверхности кости как снаружи, так изнутри, а также на поверхности каналов, по которым внутри кости проходят кровеносные сосуды. Синтезируя костный матрикс, остеобласты откладывают на свободной поверхности кости, поэтому кость растет только аппозиционно – только со стороны свободных поверхностей. Из-за твердости и жесткости кость не может разбухать изнутри, как это делает хрящ.
Рисунок 65. Строение кости
Остеобласт откладывает матрикс вокруг себя и замуровывает себя внутри этого костного матрикса. Такой замурованный остеобласт переходит в ранг остеоцитов. Остеоциты – это остеобласты на «пенсии». Остеоциты хоть и «пенсионеры», но они живые, и им нужно питание. Питание к остеоцитам доходит по тонким канальцам внутри минерализованного матрикса. В эти канальцы остеоциты запускают свои тонкие отростки, от чего становятся похожи на пауков или морских звезд с тонкими лучами.
Если у вас уже закончился период подросткового роста, то на протяжении всех последующих лет долгой жизни вам будет казаться, что ваши кости не меняются ни по длине, ни по форме. Но это не так. Кости постоянно перестраиваются внутри (рисунок 66). За год полностью заменяется до 20 % костного матрикса. Другими словами, в стены университета вы входите с одним костным матриксом, а к окончанию университета ваши кости изнутри будут совсем другими. Хотя внешне они ничем не будут отличаться от ваших костей на первом курсе. Перестройка костного матрикса возможна благодаря третьему типу костных клеток, которые называют остеокласты. Остеокласты не являются аборигенами костной ткани, то есть они не близкие родственники остеогенных клеток, остеобластов и остеоцитов. До заселения кости остеокласты были моноцитами крови. Остеокласты родные братья всем макрофагам разных органов и тканей. Остеокласт – это не бывший моноцит-одиночка, это бригада моноцитов, которые сливаются в одну многоядерную клетку. В месте контакта с костным матриксом многоядерный остеокласт образует гофрированную каемку плазматической мембраны. Гофрированная каемка – это выросты мембраны, похожие на микроворсинки апикального полюса эпителия кишки. В пространство между такими «ворсинками» остеокласт выделяет угольную кислоту, растворяющую гидроксиапатиты и протеолитические ферменты, которые разрушают органический остеоид. Слаженная и одновременная работа строителей – остеобластов с остеоцитами и разрушителей остеокластов – поддерживает ежегодный обмен костного матрикса, прочную структуру костей и обмен кальция в организме.
В рамках обмена ионов кальция кость можно рассматривать как огромный склад ионов кальция. Дело в том, что кальций необходим не только костям. Кальций запускает сокращение мышц, участвует в передаче нервных импульсов и свертывании крови. Для организма архиважно поддерживать постоянную концентрацию кальция в крови.
Рисунок 66. Перестройка костной ткани
Кость в этой ситуации играет роль депо или склада кальция. Уровень содержания кальция в крови чувствуют и регулируют специальные клетки двух эндокринных желез (рисунок 67). С-клетки щитовидной железы становятся активными, когда кальция в крови становится больше, чем надо. Для исправления ситуации они вырабатывают гормон тиреокальцитонин, который заставляет остеокласты снизить свою разрушительную активность и перестать вымывать кальций в кровь. В противоположной ситуации, когда кальция мало в плазме крови, активируются клетки паращитовидных желез и выбрасывают в кровь дополнительные порции паратгормона. Паратгормон уменьшает активность остеобластов – не та ситуация, чтобы забирать кальций из крови на строительство кости. Остеобласты и остеоциты сообщают о снижении кальция в крови остеокластам. Сообщения остеокласты получают в виде цитокинов. Получив цитокиновое сообщение, остеокласты активируются и начинают разрушать кость, а освободившийся кальций поступает в кровь. Кроме действия на клетки кости, паратгормон способствует образованию активной формы витамина D3. Этот витамин заставляет клетки эпителия кишки синтезировать специальный кальций, связывающий белок, и перетаскивать кальций из просвета кишки в кровь.
