Межклеточный матрикс

Соединительные ткани выполняют функцию поддержки, объединения и защиты между различными тканями, внутри которых имеется обилие внеклеточного  (межклеточного) или экстрацеллюлярного матрикса (ЭЦМ), который, в свою очередь, полон клеток. Целью ЭЦМ является соединение различных клеток организма друг с другом.

Внеклеточный матрикс: что это такое и почему он важен

Внеклеточный матрикс играет центральную роль в большинстве метаболических процессов между внутри- и внеклеточной средой. Клетки не являются единственными составляющими тканей, поскольку они погружены в этот матрикс, который заполняет пространство между клетками, сохраняя форму и функцию ткани, которую они составляют. 

Помимо своей опорной функции, внеклеточный матрикс участвует в процессах связи, пролиферации и развития тканей, с которыми он контактирует. 

Это очень сложная структура, состоящая из нескольких компонентов:

• Структурные белки: такие как эластин, ламинин и, прежде всего, коллаген, который определяет набор белков, образующих внеклеточные волокна практически в каждой ткани, различающихся в зависимости от функциональных потребностей. Например, в сухожилиях коллагеновые волокна толстые и сгруппированы в пучки, чтобы обеспечить прочность на растяжение, а в костях они агрегируются с кальцием, обеспечивая структурную прочность.

• Протеогликаны: структурные белки матрикса погружены в гель, состоящий из протеогликанов. Это большие молекулы, которые хорошо связываются с водой и регулируют транспорт воды и электролитов, обеспечивая обмен с соседними клетками. Своеобразная решетка также выполняет функцию фильтра, который облегчает прохождение одних веществ и предотвращает “просачиванию” других. Протеогликаны также выполняют структурные функции, придавая жесткость и стабильность тканям, которые они составляют, поэтому их много в суставном хряще или межпозвоночных дисках.

• Гликозаминогликаны: из них наиболее распространена гиалуроновая кислота. Их функция — связываться с водой, играя важную роль в регулировании вязкости и проницаемости внеклеточного матрикса, предотвращая распространение бактерий или других веществ в случае локализованного воспаления. Они входят в состав гиалинового хряща и синовиальной жидкости, выполняя смазочный эффект.

• Специализированные белки: в том числе фибронектин, хондронектин и остеонектин (с функцией поддержки и агрегации) и эластин, который придает эластичность тканям, таким как артерии или связки, которые постоянно подвергаются растяжению и сокращению.

Таким образом, внеклеточный матрикс в основном состоит из воды, белков и других веществ и содержится практически во всех тканях организма. 

Его важность заключается именно в том, что он повсеместно распространен, входит в состав каждой ткани организма или находится в контакте с ней. Кость, нервная система, мышцы или кровь — это разные ткани, состоящие из клеток и внеклеточного матрикса, которые имеют более или менее жидкую структуру в зависимости от выполняемой функции. 

Внеклеточный матрикс особенно распространен в организме человека, где по физиологии он составляет 15–20% массы тела.

«Основное вещество» как один из важнейших компонентов 

Важным компонентом ЭЦМ является так называемое основное вещество, коллоидная структура, похожая на гель, который откладывается в интерстициях фасциальной структуры.

Особая характеристика основного вещества состоит в том, что в него погружены различные структурные элементы, такие как лимфатические сосуды, фиброциты и фибробласты (т.е. клетки соединительной ткани), аксоны и артериовенозные капилляры. Именно наличие всех этих элементов придает внеклеточному матриксу сложную способность общаться на расстоянии между разными органами и системами.

Когда возникает кислотно-щелочной дисбаланс, основное вещество поражается, становится менее жидким, снижаются некоторые из его наиболее важных функций, таких как дренажная способность лимфатической системы, капиллярно-венозный обмен и пластичность фасциальной системы.

Кроме того,  межклеточный матрикс содержит не только различные типы клеток, относящиеся к органам и системам человеческого организма, но и токсичные метаболиты. Последние вместе с более или менее текучим состоянием основного вещества и его ионной концентрацией определяют как способы реакции, так и развитие тех или иных особенностей личности, а также старение и вовлечение в процесс иммунных, гормональных и нервных систем.

Лимфатическая система преимущественно отвечает за обеспечение эффективности внеклеточного матрикса. Последняя состоит из сложной сети сосудов, идущих параллельно артериальным и венозным через структуру, состоящую из узлов, желез и протоков.

В основном лимфатическая система отвечает за возвращение белков и жидкостей, отфильтрованных кровеносными капиллярами, обратно в кровообращение. В то же время этот фундаментальный аппарат отвечает за перенос жиров, всасываемых тонким кишечником, в кровообращение, а также за захват и уничтожение чужеродных для организма болезнетворных микроорганизмов . В последнем случае лимфатическая система отвечает за производство и трансформацию клеток, ответственных за нейтрализацию этих враждебных микроорганизмов.

Однако не вся жидкость, вытекшая из капиллярного экссудата, успевает вновь попасть в сосуды: 10% ее (более или менее 3 литров в сутки) вместо этого откладывается в тканях, превращаясь в интерстициальную жидкость.

Поэтому абсолютно необходимо, чтобы лимфатическая система могла работать наилучшим образом при рециркуляции белков и жидкостей: только таким образом можно поддерживать правильный гомеостаз и предотвращать накопление жидкостей во внеклеточном матриксе. 

Когда органы выделения не могут адекватно удалять кислотные отходы, они накапливаются во внеклеточном матриксе, который реагирует общим детоксикационным действием как настоящая метаболическая губка. 

Матрикс и воспаление

Связь между внеклеточным матриксом и воспалением заключается в балансе между катаболизмом и анаболизмом, который может нарушиться из-за различных видов стресса, таких как вирусные или бактериальные инфекции, курение, плохое питание, недостаточность лимфатической системы или длительное употребление наркотиков. В этих условиях в организме активируется воспалительное состояние, чтобы ускорить избавление от веществ, накопление которых может быть вредным.

Если это воспалительное состояние продолжается с течением времени, это называется хроническое воспаление, состояние, при котором количество образующихся катаболитов превышает возможности утилизации.

В частности, было замечено, что воспалительные состояния и хроническая активация осей стресса приводят к активации металлопротеиназ, семейства ферментов, которые играют роль в метаболизме белков матрикса для освобождения пространства. Эти пространства становятся полезными для инфильтрации клеток, восстанавливающих поврежденные ткани (например, лейкоцитов), но они также могут быть заняты катаболитами, вызывающими увеличение самого матрикса. Поскольку среди белков матрикса есть также коллаген, который играет центральную роль в целостности сухожилий и суставов, становится ясно, что органический циркадный ритм также имеет основополагающее значение для предотвращения травм, а также для общего благополучия.

Еще одну важную роль в деградации матрицы играют активные формы кислорода (АФК), свободные радикалы, которые посредством различных механизмов способствуют разрушению и предотвращению регенерации белков матрикса и, следовательно, тканей. 

ВАЖНО: в условиях хронического стресса нарушаются межклеточные обмены и коммуникации, что может иметь последствия для всего организма, поскольку матрикс контактирует с каждой тканью, органом и система.

Краткие выводы

• Наш организм – это сложная и удивительная система, состоящая из миллиардов клеток, сотрудничающих и взаимодействующих между собой. Однако, чтобы эти клетки могли выполнять свои функции и обеспечивать нормальное функционирование органов и тканей, они нуждаются в особом «клеевом» веществе – межклеточном (внеклеточном) матриксе.

• Межклеточный матрикс – это сеть белковых волокон и молекул, которая окружает клетки и обеспечивает им опору и поддержку. Основными компонентами матрикса являются коллаген, эластин и гликозаминогликаны. Коллаген обладает прочностью и дает тканям упругость, эластин придает им эластичность, а гликозаминогликаны регулируют межклеточный обмен веществ и участвуют в процессе заживления ран.

• Благодаря межклеточному матриксу, клетки организма могут обмениваться сигналами и информацией, необходимой для выполнения различных функций. Он также формирует основу для роста и развития тканей, играет роль в процессе заживления ран, а также участвует в регуляции иммунной системы.

• Однако, несмотря на важность межклеточного матрикса, он подвержен различным нарушениям. Факторы, такие как возраст, травмы, несбалансированное питание и некоторые заболевания, могут привести к деградации матрикса, что может привести к различным проблемам со здоровьем.

Список использованной литературы

1. E. Poggiogalle, H. Jamshed, C.M. Peterson – Circadian regulation of glucose, lipid and energy metablism in humans, Metabolism, 2017.

2. R. Straub -  Interaction of the enddocrine system with inflammation:  a function of energy and volume regulation,  Arthritis Res Ther (2014)

3. Kim J. - Matrix metalloproteinase and tissue inhibitor of metalloproteinase responses to muscle damage after eccentric exercise (2016).