Основні функціональні одиниці шкіри, які беруть участь у загоєнні шкірного дефекту і рубцюванні

Існує багато адгезивних молекул – всі вони створюють допоміжну мережу, по якій рухаються клітини, зв’язуючись з певними рецепторами на поверхні клітинних мембран, передаючи інформацію один одному за допомогою медіаторів: цитокінів, факторів росту, оксиду азоту тощо.

Базальний кератиноцит

Базальний кератиноцит – це не лише материнська клітина епідермісу, яка дає початок усім клітинам, що його покривають, але й рухома та потужна біоенергетична система. Він виробляє безліч біологічно активних молекул, таких як епідермальний фактор росту (EGF), інсуліноподібні фактори росту (IGF), фактори росту фібробластів (FGF), фактор росту тромбоцитів (PDGF), фактор росту макрофагів (MDGF), фактор росту судинного ендотелію (VEGF), трансформуючий фактор росту альфа (TGF-a) тощо. Дізнавшись про пошкодження епідермісу через інформаційні молекули, базальні кератиноцити та камбіальні клітини потових залоз і волосяних фолікулів починають активно проліферувати та рухатися по дну рани для її епітелізації. Стимульовані рановим детритом, медіаторами запалення та фрагментами зруйнованих клітин, вони активно синтезують фактори росту, що сприяють прискореному загоєнню рани.

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

Колаген

Основним структурним компонентом сполучної та рубцевої тканини є колаген. Колаген — найпоширеніший білок у ссавців. Він синтезується в шкірі фібробластами з вільних амінокислот у присутності кофактора — аскорбінової кислоти та становить майже третину від загальної маси білків людини. Він містить пролін, лізин, метіонін, тирозин у невеликих кількостях. Гліцин становить 35%, а гідроксипролін та гідроксилізин — по 22%. Близько 40% його міститься в шкірі, де він представлений колагеном I, III, IV, V та VII типів. Кожен тип колагену має свої структурні особливості, переважну локалізацію та відповідно виконує різні функції. Колаген III типу складається з тонких фібрил, у шкірі його називають ретикулярним білком. У більшій кількості він присутній у верхній частині дерми. Колаген I типу — найпоширеніший колаген людини, він утворює товстіші фібрили глибоких шарів дерми. Колаген IV типу є компонентом базальної мембрани. Колаген V типу входить до складу кровоносних судин і всіх шарів дерми, колаген VII типу утворює «якірні» фібрили, що з'єднують базальні мембрани з папілярним шаром дерми.

Основна структура колагену – це триплетний поліпептидний ланцюг, що утворює потрійну спіральну структуру, яка складається з альфа-ланцюгів різних типів. Існує 4 типи альфа-ланцюгів, їх поєднання визначає тип колагену. Кожен ланцюг має молекулярну масу близько 120 000 кДа. Кінці ланцюгів вільні та не беруть участі в утворенні спіралі, тому ці точки чутливі до протеолітичних ферментів, зокрема, до колагенази, яка специфічно розриває зв'язки між гліцином та гідроксипроліном. У фібробластах колаген знаходиться у вигляді триплетних спіралей проколагену. Після експресії в міжклітинному матриксі проколаген перетворюється на тропоколаген. Молекули тропоколагену з'єднані одна з одною зі зміщенням на 1/4 довжини, фіксуються дисульфідними містками і таким чином набувають смугоподібної смугастості, видимої в електронному мікроскопі. Після вивільнення молекул колагену (тропоколагену) у позаклітинне середовище вони збираються в колагенові волокна та пучки, що утворюють щільні мережі, створюючи міцний каркас у дермі та гіподермі.

Субфібрили слід вважати найменшою структурною одиницею зрілого колагену дерми шкіри людини. Вони мають діаметр 3-5 мкм і спірально розташовані вздовж фібрили, яка вважається структурним елементом колагену 2-го порядку. Фібрили мають діаметр від 60 до 110 мкм. Колагенові фібрили, згруповані в пучки, утворюють колагенові волокна. Діаметр колагенового волокна становить від 5-7 мкм до 30 мкм. Близько розташовані колагенові волокна формуються в колагенові пучки. Через складність структури колагену, наявність спіральних триплетних структур, з'єднаних зшивками різного порядку, синтез і катаболізм колагену займає тривалий період, до 60 днів.

В умовах травми шкіри, яка завжди супроводжується гіпоксією, накопиченням продуктів розпаду та вільних радикалів у рані, проліферативна та синтетична активність фібробластів зростає, і вони реагують посиленням синтезу колагену. Відомо, що для формування колагенових волокон потрібні певні умови. Так, слабокисле середовище, деякі електроліти, хондроїтинсульфат та інші полісахариди прискорюють фібрилогенез. Вітамін С, катехоламіни, ненасичені жирні кислоти, особливо лінолева, пригнічують полімеризацію колагену. Саморегуляція синтезу та деградації колагену також регулюється амінокислотами, що знаходяться в міжклітинному середовищі. Так, полікатіон полі-L-лізин пригнічує біосинтез колагену, а поліаніон полі-L-глутамат стимулює його. Завдяки тому, що час синтезу колагену переважає над часом його деградації, у рані відбувається значне накопичення колагену, який стає основою для майбутнього рубця. Розпад колагену здійснюється за допомогою фібринолітичної активності спеціальних клітин та специфічних ферментів.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Колагеназа

Специфічним ферментом для розщеплення найпоширеніших колагену I та III типів у шкірі є колагеназа. Такі ферменти, як еластаза, плазміноген та інші ферменти, відіграють допоміжну роль. Колагеназа регулює кількість колагену в шкірі та рубцевій тканині. Вважається, що розмір рубця, який залишається на шкірі після загоєння рани, залежить головним чином від активності колагенази. Вона виробляється епідермальними клітинами, фібробластами, макрофагами, еозинофілами та є металопротеїназою. Фібробласти, які беруть участь у руйнуванні колагенвмісних структур, називаються фіброкластами. Деякі фіброкласти не тільки секретують колагеназу, але й поглинають та утилізують колаген. Залежно від конкретної ситуації в рані, стану макроорганізму, раціональності лікувальних заходів, наявності супутньої флори, в зоні пошкодження переважають або процеси фібриногенезу, або фіброклазу, тобто синтезу або руйнування колагенвмісних структур. Якщо свіжі клітини, що продукують колагеназу, перестають надходити до місця запалення, а старі втрачають цю здатність, виникає передумова для накопичення колагену. Крім того, висока активність колагенази у вогнищі запалення не означає, що це гарантія оптимізації репаративних процесів і рана застрахована від фіброзних перетворень. Активацію фібролітичних процесів часто розглядають як загострення запалення та його хронізацію, тоді як переважання фіброгенезу – як його згасання. Фіброгенез, або формування рубцевої тканини на місці пошкодження шкіри, здійснюється переважно за участю тучних клітин, лімфоцитів, макрофагів та фібробластів. Пусковий вазоактивний момент здійснюється за допомогою тучних клітин – біологічно активних речовин, які сприяють залученню лімфоцитів до вогнища ураження. Продукти розпаду тканин активують Т-лімфоцити, які через лімфокіни з'єднують макрофаги з фібробластичним відростком або безпосередньо стимулюють макрофаги протеазами (некрогормонами). Мононуклеарні клітини не тільки стимулюють функцію фібробластів, але й пригнічують їх, виступаючи справжніми регуляторами фіброгенезу, вивільняючи медіатори запалення та інші протеази.

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

Тучні клітини

Тучні клітини – це клітини, що характеризуються плеоморфізмом з великими круглими або овальними ядрами та гіперхромно забарвленими базофільними гранулами в цитоплазмі. Вони знаходяться у великій кількості у верхньому шарі дерми та навколо кровоносних судин. Вони є джерелом біологічно активних речовин (гістаміну, простагландину Е2, хемотаксичних факторів, гепарину, серотоніну, фактора росту тромбоцитів тощо). При пошкодженні шкіри тучні клітини вивільняють їх у позаклітинне середовище, запускаючи початкову короткочасну вазодилататорну реакцію у відповідь на пошкодження. Гістамін – потужний вазоактивний препарат, що призводить до вазодилатації та підвищення проникності судинної стінки, особливо посткапілярних венул. У 1891 році І. І. Мечников оцінив цю реакцію як захисну, щоб полегшити доступ лейкоцитів та інших імунокомпетентних клітин до вогнища ураження. Крім того, він стимулює синтетичну активність меланоцитів, що пов'язано з частою посттравматичною пігментацією. Він також викликає стимуляцію мітозу епідермальних клітин, що є одним з ключових моментів у загоєнні ран. Гепарин, у свою чергу, знижує проникність міжклітинної речовини. Таким чином, тучні клітини є не лише регуляторами судинних реакцій у зоні пошкодження, але й міжклітинних взаємодій, а отже, імунологічних, захисних та репаративних процесів у рані.

Макрофаги

У процесі фіброгенезу, у загоєнні ран, вирішальну роль відіграють лімфоцити, макрофаги та фібробласти. Інші клітини відіграють допоміжну роль, оскільки вони можуть впливати на функцію тріади (лімфоцити, макрофаги, фібробласти) через гістамін та біогенні аміни. Клітини взаємодіють між собою та з позаклітинним матриксом через мембранні рецептори, адгезивні міжклітинні та клітинно-матриксні молекули, медіатори. Активність лімфоцитів, макрофагів та фібробластів також стимулюється продуктами розпаду тканин, Т-лімфоцити через лімфокіни з'єднують макрофаги з фібробластичним відростком або безпосередньо стимулюють макрофаги протеазами (некрогормонами). Макрофаги, у свою чергу, не тільки стимулюють функції фібробластів, але й пригнічують їх, вивільняючи медіатори запалення та інші протеази. Таким чином, на стадії загоєння рани основними активними клітинами є макрофаги, які беруть активну участь в очищенні рани від клітинного детриту, бактеріальної інфекції та сприяють загоєнню ран.

Функцію макрофагів в епідермісі також виконують клітини Лангерганса, які також знаходяться в дермі. При пошкодженні шкіри пошкоджуються і клітини Лангерганса, що вивільняють медіатори запалення, такі як лізосомальні ферменти. Тканинні макрофаги або гістіоцити складають близько 25% клітинних елементів сполучної тканини. Вони синтезують ряд медіаторів, ферментів, інтерферонів, факторів росту, білків комплементу, фактора некрозу пухлини, мають високу фагоцитарну та бактерицидну активність тощо. При пошкодженні шкіри різко зростає обмін речовин у гістіоцитах, вони збільшуються в розмірах, підвищується їхня бактерицидна, фагоцитарна та синтетична активність, завдяки чому в рану потрапляє велика кількість біологічно активних молекул.

Встановлено, що фактор росту фібробластів, епідермальний фактор росту та інсуліноподібний фактор, що виділяються макрофагами, прискорюють загоєння ран, трансформуючий фактор росту - бета (TGF-B) стимулює утворення рубцевої тканини, активуючи активність макрофагів або блокуючи певні рецептори клітинних мембран, можна регулювати процес репарації шкіри. Наприклад, використовуючи імуностимулятори, можна активувати макрофаги, підвищуючи неспецифічний імунітет. Відомо, що макрофаг має рецептори, що розпізнають манозовмісні та глюкозовмісні полісахариди (манани та глюкани), що містяться в алое вера, звідси зрозумілий механізм дії препаратів алое, що використовуються при тривало незагойних ранах, виразках та акне.

Фібробласти

Основою та найпоширенішою клітинною формою сполучної тканини є фібробласти. Функція фібробластів включає продукцію вуглеводно-білкових комплексів (протеогліканів та глікопротеїнів), утворення колагену, ретикуліну, еластичних волокон. Фібробласти регулюють метаболізм та структурну стабільність цих елементів, включаючи їх катаболізм, моделювання їхнього «мікрооточення» та епітеліально-мезенхімальну взаємодію. Фібробласти продукують глікозаміноглікани, з яких найважливішою є гіалуронова кислота. У поєднанні з волокнистими компонентами фібробластів вони також визначають просторову структуру (архітектоніку) сполучної тканини. Популяція фібробластів неоднорідна. Фібробласти різного ступеня зрілості поділяються на слабодиференційовані, молоді, зрілі та неактивні. До зрілих форм належать фіброкласти, в яких процес лізису колагену переважає над функцією його продукування.

В останні роки уточнено гетерогенність «фібробластної системи». Виявлено три мітотично активні попередники фібробластів – типи клітин MFI, MFII, MFIII та три постмітотичні фіброцити – PMFIV, PMFV, PMFVI. Шляхом клітинних поділів MFI послідовно диференціюється на MFII, MFIII та PMMV, PMFV, PMFVI, PMFVI характеризується здатністю синтезувати колаген I, III та V типів, прогеоглікани та інші компоненти міжклітинного матриксу. Після періоду високої метаболічної активності PMFVI дегенерує та піддається апоптозу. Оптимальне співвідношення між фібробластами та фіброцитами становить 2:1. У міру накопичення фібробластів їх ріст сповільнюється в результаті припинення поділу зрілих клітин, що перейшли на біосинтез колагену. Продукти розпаду колагену стимулюють його синтез за принципом зворотного зв'язку. Нові клітини перестають формуватися з попередників через виснаження факторів росту, а також через вироблення самими фібробластами інгібіторів росту – халонів.

Сполучна тканина багата на клітинні елементи, але діапазон клітинних форм особливо широкий при хронічному запаленні та фіброзуючих процесах. Так, у келоїдних рубцях з'являються атипові, гігантські, патологічні фібробласти розміром (від 10x45 до 12x65 мкм), які є патогномонічної ознакою келоїду. Фібробласти, отримані з гіпертрофічних рубців, деякі автори називають міофібробластами через сильно розвинені пучки актинічних філаментів, утворення яких пов'язане з видовженням форми фібробластів. Однак проти цього твердження можна заперечити, оскільки всі фібробласти in vivo, особливо у рубцях, мають видовжену форму, а їхні відростки іноді мають довжину, що перевищує більш ніж у 10 разів розмір тіла клітини. Це пояснюється щільністю рубцевої тканини та рухливістю фібробластів. Рухаючись уздовж пучків колагенових волокон у щільній масі рубця в незначній кількості інтерстиціальної речовини, вони розтягуються вздовж своєї осі та іноді перетворюються на тонкі веретеноподібні клітини з дуже довгими відростками.

Підвищена мітотична та синтетична активність фібробластів після травми шкіри стимулюється спочатку продуктами розпаду тканин, вільними радикалами, потім факторами росту: (PDGF)-тромбоцитарний фактор росту, фактор росту фібробластів (FGF), потім iMDGF-фактор росту макрофагів. Фібробласти самі синтезують протеази (колагеназу, гіалуронідазу, еластазу), тромбоцитарний фактор росту, трансформуючий фактор росту-бета, епідермальний фактор росту, колаген, еластин тощо. Реорганізація грануляційної тканини в рубцеву – це складний процес, заснований на постійно змінному балансі між синтезом колагену та його руйнуванням колагеназою. Залежно від конкретної ситуації, фібробласти або виробляють колаген, або секретують колагеназу під впливом протеаз і, перш за все, активатора плазміногену. Наявність молодих, недиференційованих форм фібробластів; гігантських, патологічних, функціонально активних фібробластів, разом з надмірним біосинтезом колагену, забезпечують постійний ріст келоїдних рубців.

[ 14 ], [ 15 ]

Гіалуронова кислота

Це природний полісахарид з високою молекулярною масою (1 000 000 дальтон), який міститься в інтерстиціальній речовині. Гіалуронова кислота невидоспецифічна, гідрофільна. Важливою фізичною властивістю гіалуронової кислоти є її висока в'язкість, завдяки якій вона відіграє роль цементуючої речовини, зв'язуючи колагенові пучки та фібрили один з одним та з клітинами. Простір між колагеновими фібрилами, дрібними судинами, клітинами зайнятий розчином гіалуронової кислоти. Гіалуронова кислота, обволікаючи дрібні судини, зміцнює їх стінку, запобігає ексудації рідкої частини крові в навколишні тканини. Вона значною мірою виконує опорну функцію, підтримуючи стійкість тканин і шкіри до механічних факторів. Гіалуронова кислота - сильний катіон, який активно зв'язує аніони в інтерстиціальному просторі, таким чином, процеси обміну між клітинним та позаклітинним простором, проліферативні процеси в шкірі залежать від стану глікозаміногліканів та гіалуронової кислоти. Одна молекула гіалуронової кислоти має здатність утримувати біля себе близько 500 молекул води, що є основою гідрофільності та вологоємності інтерстиціального простору.

Гіалуронова кислота міститься у більшій кількості в папілярному шарі дерми, зернистому шарі епідермісу, а також вздовж судин і придатків шкіри. Завдяки численним карбоксильним групам молекула гіалуронової кислоти має негативний заряд і може рухатися в електричному полі. Деполімеризація кислоти здійснюється ферментом гіалуронідазою (лідазою), який діє у два етапи. Спочатку фермент деполімеризує молекулу, а потім розщеплює її на дрібні фрагменти. В результаті в'язкість гелів, утворених кислотою, різко знижується, а проникність шкірних структур збільшується. Завдяки цим властивостям бактерії, що синтезують гіалуронідазу, можуть легко долати шкірний бар'єр. Гіалуронова кислота має стимулюючий вплив на фібробласти, посилюючи їх міграцію та активуючи синтез колагену, має дезінфікуючу, протизапальну та ранозагоювальну дію. Крім того, вона має антиоксидантні, імуностимулюючі властивості, не утворює комплексів з білками. Перебуваючи в міжклітинному просторі сполучної тканини у вигляді стабільного гелю з водою, вона забезпечує виведення продуктів обміну через шкіру.

Фібронектин

У процесі зупинки запальної реакції відбувається відновлення матриксу сполучної тканини. Одним з основних структурних компонентів позаклітинного матриксу є глікопротеїн фібронектин. Фібробласти та макрофаги рани активно секретують фібронектин для прискорення скорочення рани та відновлення базальної мембрани. Електронно-мікроскопічне дослідження фібробластів рани виявляє велику кількість паралельних пучків клітинних фібронектинових ниток, що дозволило ряду дослідників назвати фібробласти рани міофібробластами. Будучи адгезивною молекулою та існуючи у двох формах – клітинній та плазматичній, фібронектин у міжклітинному матриксі діє як «крокви» та забезпечує міцну адгезію фібробластів до матриксу сполучної тканини. Клітинні молекули фібронектину зв'язуються один з одним за допомогою дисульфідних зв'язків і разом з колагеном, еластином та глікозаміногліканами заповнюють міжклітинний матрикс. Під час загоєння рани фібронектин виступає первинним каркасом, що створює певну орієнтацію фібробластів та колагенових волокон у зоні репарації. Він зв'язує колагенові волокна з фібробластами за допомогою актинічних пучків фібробластних ниток. Таким чином, фібронектин може виступати регулятором балансу фібробластичних процесів, викликаючи притягання фібробластів, зв'язуючись з колагеновими фібрилами та пригнічуючи їх ріст. Можна сказати, що завдяки фібронектину фаза запальної інфільтрації в самій рані переходить у гранулематозно-фіброзну стадію.

[ 16 ]