Почему соединительная ткань хуже всего восстанавливается при повреждениях

При повреждении соединительной ткани восстановление происходит значительно медленнее, чем в других типах тканей. Это связано с тем, что соединительная ткань обладает ограниченной способностью к регенерации, а также менее интенсивным кровоснабжением, что замедляет процесс заживления.

Кроме того, изменения в структуре и функции соединительной ткани могут приводить к образованию рубцов и нарушению ее эластичности. В результате, восстановленная ткань может не полностью выполнять свои функции, что негативно сказывается на общем состоянии организма.

Регенерация (от латинского «regeneratio» — возрождение) подразумевает восстановление (или замещение) дифференцированных структурных элементов ткани, которые заменяют устаревшие или поврежденные. Она может быть физиологической или патологической.

— Физиологическая регенерация происходит в результате постоянного обновления клеток, которые умирают естественным образом (например, через апоптоз) и осуществляется в тех органах и тканях, где наблюдается обновление клеточных популяций (например, кровь, эпителий кожи, слизистые оболочки ЖКТ). — Патологическая регенерация подразумевает восстановление тканей и органов после их повреждений.

Изменения в процессе регенерации могут быть связаны как с гиперплазией, так и с гипертрофией клеток, при этом наблюдается преобладание тех или иных нарушений.

Патология регенеративного процесса может касаться либо одной, либо двух фаз морфогенеза: — пролиферации (размножения недифференцированных, камбиальных клеток); — дифференциации (созревания клеток, становления стурктурно-функциональной специализации).

Степень и скорость регенерации тесно связаны как с уровнем эволюционного развития организма, так и с типом ткани (например, эпителиальные и соединительные ткани восстанавливаются лучше, чем поперечнополосатая мышца и нервная ткань, которые регенерируют плохо или совершенно не восстанавливаются). Поврежденные сердечные и скелетные мышцы чаще всего замещаются рубцовой тканью в процессе регенерации.

В развитии нарушений тканевого роста особое место занимает патологическая регенерация. Она развивается при грубом нарушении или извращении естественного регенеративного процесса. Проявляется в виде избыточной (гипер-) или недостаточной (гипо-) регенерации, а В виде метаплазии (от греч. metaplasso — превращать; превращение одного вида ткани в другой, как правило развивающийся из того же зародышевого листка). Патологическая регенерация обычно возникает при нарушении общих и/или местных механизмов регуляции регенеративно-репаративных процессов.

При наличии патологий также может нарушаться физиологическая регенерация, что происходит в течение жизненного цикла организма, подвергаясь постоянному обновлению клеток, а также репаративная регенерация, которая проявляется в условиях различных заболеваний, приводящих к повреждению тканей. Репаративная регенерация делится на полную (реститация — полное восстановление функции тканей) и неполную (субституция, что связано с замещением поврежденной ткани соединительной тканью). — Реституция характеризуется возмещением утраченной ткани идентичной, с полным восстановлением функции. — Субституция подразумевает замещение поврежденной ткани соединительной, что характерно для внеклеточных форм регенерации или смешанных типов.

Способность к регенерации различается у различных клеток. По их пролиферативным способностям выделяются следующие популяции клеток: — Непролиферирующие популяции имеют очень низкий уровень регенерации (за исключением восстановления отдельных клеточных структур, как, например, нейрональные отростки). В случае их повреждения восстановление целостности органа осуществляется другими клетками, обладающими регенеративными способностями: глиальными клетками при повреждениях мозга, фибробластами — при повреждении мышц. — Медленно пролиферирующие популяции могут состоединиться к процессу регенерации, однако их пролиферация часто совпадает с пролиферацией соединительных клеток, что может нарушать внутреннее строение органа (например, при циррозе печени). — Активно пролиферирующие клеточные популяции (такие как клетки костного мозга, эпителиальные ткани ЖКТ и кожи и другие) обеспечивают наиболее эффективную и полную регенерацию тканей.

Фаза воспаления

Цель фазы воспаления — остановить фазу кровотечения.

• Данная фаза начинается быстро, в течение 6-8 часов после травмы в мягких тканях, достигает своего пика на 1-3 день и постепенно затихает на протяжении нескольких недель.
• Это происходит за счёт вазоконстрикции, подтягивания поврежденных сосудов, отложения фибрина и свертывания крови.
• В этот период наблюдается усиленный приток крови к травмированному участку, что приводит к отёку и покраснению.
• Процесс фагоцитоза (поглощение и разрушение твердых частиц клетками-фагами, важный механизм защиты организма от инфекций и закупорок) также происходит на этой стадии.

1. Острая воспалительная реакция включает действия, в результате которых формируется экссудат — жидкость, похожая на плазму, выделяющаяся из тканей или их капилляров и состоящая из белка и зернистых лейкоцитов.
2. Хроническое воспаление характеризуется длительным течением и включает наличие негранулярных лейкоцитов и образование рубцовой ткани.

Острая фаза включает три механизма, направленных на остановку потери крови из раны:

1. В области повреждения наблюдается местная вазоконстрикция, продолжающаяся от нескольких секунд до 10 минут. Крупные сосуды сужаются под действием нейротрансмиттеров, а капилляры и более мелкие артериолы и венулы — под влиянием серотонина и катехоламинов. Уменьшение объема кровотока в пораженной области способствует увеличению вязкости крови, что еще больше снижает потери крови.
2. Реакция тромбоцитов инициирует свертывание крови, когда отдельные клетки объединяются друг с другом и с фибрином, создавая механическую пробку, которая закупоривает поврежденный сосуд. Тромбоциты выделяют множество химических медиаторов в фазе воспаления, включая серотонин, адреналин и гистамин. Кроме того, АТФ используется для обеспечения энергии в процессе заживления.
3. Фибриноген преобразуется в фибрин, образуя тромб.

Примерно через 1 час после травмы возникает припухлость или отек, поскольку сосудистые стенки становятся более проницаемыми, а повышенное давление внутри сосудов выталкивает плазменный экссудат в интерстициальные ткани. Это происходит при:

• При легкой травме процесс восстанавливается за несколько минут и возвращается к нормальной проницаемости через 20-30 минут.
• При более серьезной травме может развиться длительное состояние повышенной проницаемости, что иногда приводит к отсроченному началу данного состояния, когда отека не наблюдается некоторое время после первичного повреждения.

Брадикинин, основная протеаза плазмы, присутствующая во время воспаления, повышает проницаемость сосудов и стимулирует нервные окончания, вызывая болевые ощущения.

Фаза пролиферации

Эта фаза начинается через 24-48 часов после травмы и продолжается 2-3 недели, когда формируется основная масса рубцовой ткани.

Фиброплазия и формирование грануляционной ткани

• Главное событие в фазе пролиферации.
• Начинается через 3-5 дней после травмы и частично совпадает с предыдущей фазой воспаления.
• Грануляционная ткань включает воспалительные клетки, фибробласты и новообразованные сосуды в матрице из фибронектина, коллагена и гликозаминогликанов.

Эпителизация

Формирование эпителия на оголенной поверхности. Этот процесс начинается в течение нескольких часов после повреждения тканей.

• Этот процесс включает миграцию клеток по краям раны на расстояние меньше 1 мм, переходя с одной стороны разреза на другую. Резаные раны обычно эпителизируются в течение 24-48 часов после повреждения. Такой эпителиальный слой защищает рану от воздействия окружающей среды.
• Клетки эпидермиса, находящиеся на границах раны, испытывают изменения в своей структуре, что дает им возможность разъединиться с соседними эпидермальными клетками и с базальной мембраной. Это приводит к образованию внутриклеточных актиновых микрофиламентов, которые способствуют движению клеток эпидермиса по поверхности раны.
• Наложение окклюзионных и полуокклюзионных повязок в первые двое суток после травмы способствует сохранению влаги в тканях и улучшает процессы эпителизации[6].
• По завершении процесса эпителизации, форма эпидермальной клетки возвращается к исходному состоянию[6].

Фиброплазия

Фиброплазия начинается через 3-5 дней после получения травмы и может продолжаться до двух недель.

• Фибробласты и мезенхимальные клетки дермы начинают дифференцироваться для реализации миграции и сокращения.
• Фибробласты отвечают за синтез коллагена, эластина, фибронектина, гликозаминогликанов и протеаз.
• В процессе уменьшения числа воспалительных клеток фибробласты заполняют пустоты, образованные в результате открытой раны[6].
• С увеличением зрелости грануляционной ткани фибробласты снижают производство коллагена III типа и становятся более веретенообразными, начиная выработку более прочного коллагена типа I.

Ангиогенез

Ангиогенез усиливает кровоснабжение раны, что улучшает перфузию факторов, способствующих заживлению. Этот процесс прекращается, когда необходимость в новых кровеносных сосудах исчезает, и лишние сосуды подвергаются апоптозу.[6]

• Хорошее кровообращение имеет критическое значение для поддержания новообразованной ткани, что можно наблюдать по эритеме образованного рубца.
• Макрофаги играют ключевую роль в активации ангиогенеза, вырабатывая ангиогенный фактор, особенно при низком уровне кислорода в тканях[6].

Рубцовое сморщивание

• Сокращение рубца способствует уменьшению размера раны: к примеру, разрез в 2 сантиметра может сократиться до 1,8 см.
• Ткани с низкой эластичностью сокращаются меньше, чем рыхлые ткани, а квадратные раны обычно уменьшаются быстрее, чем круглые.
• Участие миофибробластов на краях раны, их связь с компонентами внеклеточного матрикса и их пролиферация определяет результат рубцевания.
• Обнаружено, что радиация и средство, подавляющее деление клеток, замедляют процесс заживления.

Фаза ремоделирования

Данная фаза начинается на этапе активного роста и завершается созданием организованного, качественного и функционального рубца, напоминающего восстановленные ткани[2].

Конечная точка после ремоделирования зависит от типа ткани.

Физиологические этапы восстановления целостности тканей после травм или операций и их значение в реабилитации пациентов

Как реабилитологи и физиотерапевты, мы регулярно сталкиваемся с пациентами, перенесшими операции или травмы опорно-двигательного аппарата. Хирургическое вмешательство и любые травматические повреждения вызывают заметные изменения в соединительно-тканных структурах. Поэтому крайне важно понимать, как происходит восстановление тканей и клеток после хирургического вмешательства или травмы, чтобы правильно настраивать реабилитационную терапию в соответствии с внутренними восстановительными процессами.

Восстановление целостности тканей состоит из процессов регенерации или репарации.

Регенерация предполагает полное восстановление поврежденных тканей до их первоначального состояния, когда структура и функции возвращаются в норму. В отличие от этого, репарация характеризуется неполным восстановлением поврежденных тканей.

Вероятность полного восстановления зависит от множества факторов: возраста пациента, наличия сопутствующих заболеваний и рисков. Зная последовательность фаз и их физиологию, мы можем оказывать максимальную помощь организму, эффективно используя реабилитационные инструменты.

В современной литературе описана последовательность фаз. Каждой фазе соответствует определенное время, которое отсчитывается от начала операции или травматического повреждения. Но все эти данные служат лишь приблизительным ориентиром, позволяющим примерно понять, в какой фазе находиться пациент. Это существенно затрудняет работу реабилитологов.

Классически выделяются три фазы, описанные Van Wingerden (1998):

1. Воспалительная фаза.
2. Фаза пролиферации.
3. Фаза ремоделирования.

Фаза воспаления

В 1998 году Van Wingerden охарактеризовал воспалительную фазу как первоначальную реакцию живых тканей на любую травму — будь то послеоперационное вмешательство или маленькая царапина. Согласно Van den Berg (2011), воспалительная фаза точным образом отражает последовательность биохимического каскада, связанного с процессом свертывания крови. Начало воспалительной фазы связано с активными процессами коагуляции.

Длительность этой фазы зависит от степени повреждения. Van Wingerden отмечает, что фибрины начинают укреплять стенки сосудов через пять минут после травмы, что ведет к рефлекторному сужению мелких сосудов. Здесь начинается образование раневого матрикса, к которому присоединяются последующие элементы воспалительного процесса. Эти элементы формируют базу для ключевых факторов роста. Длительность воспалительной фазы определяется множеством индивидуальных факторов, например, приемом лекарств, возрастом и др.

В дальнейшем течении фазы воспаления возникает повышенная проницаемость сосудов и расширение сосудов. Кислород и питательные вещества так же, как активные клетки, перемещаются в поврежденную раневую область. Таким образом, это обуславливает возможность регенеративных или репаративных процессов. Простагландин, простациклин, цитокины и белки плазмы играют при этом важную роль.

Типичные признаки воспалительного процесса – это покраснение, отек и повышение температуры. Увеличение температуры (гипертермия) может свидетельствовать о воспалительных процессах в глубоких тканях.

Таким образом, фаза воспаления может быть зафиксирована путем измерения температуры раневой поверхности.

Исследования (Weber, 1990; Diemer и Sutor, 2007; Planzer, 1979) приводят различия температур от 1 до 2 градусов по Цельсию по сравнению со здоровой частью тела как признак окончания воспалительной фазы. Это служит отправной точкой для назначения активных реабилитационных мероприятий. Кроме того, в этот период также образуется новая ткань.

При этом важно провести удаление отмерших клеток и бактерий с поверхности раны. Van den Berg в 2011 году отмечает период от 24 до 36 часов после травмы как «праздник свободных клеток», когда, например, макрофаги выполняют функцию утилизации поврежденных тканей в ране. Прежде чем начнется пролиферация, то есть восстановление тканей, этот процесс проходит через стадию потери тканевой стабильности.

Использование льда в фазе воспаления может привести к отрицательному результату. Лед обладает выраженным анальгетическим эффектом, однако, препятствует возрастанию кровообращения в поврежденной ткани, а значит – транспортировке питательных веществ, кислорода и свободных клеток, которые способствуют очищению раны и пролиферации новых тканей. Таким образом, можно говорить о том, что для пациентов со сниженным болевым синдромом в момент травмы лед лучше не использовать.

Клинические проявления воспалительной фазы включают продолжительные болевые ощущения в покое, особенно ночью. Эти параметры, в сочетании с измерением температуры поврежденной области, можно использовать как индикаторы готовности тканей к нагрузке, что можно интерпретировать как завершение воспалительной фазы и переход к фазе пролиферации.

Таблица 1. Обзор разрешенных нагрузок

Фаза пролиферации

Данная фаза, известная также как «качественная», характеризуется образованием новой ткани. В этот период создается «тканевая масса», которая еще не является полностью дифференцированной, но по своему качеству близка к таковой. Медиаторы воспаления, такие как простагландины, простоциклины, цитокины и плазмопротеины, постепенно исчезают из раны.

В соединительной ткани остаются активными только миофибробласты и фибробласты. Основные задачи этих клеток – сокращение или стягивание краев раны, уменьшение рубца, продукция гормонов роста соединительной ткани и внеклеточного матрикса, который придает ткани стабильность. Также обнаруживаются свободные клетки, например макрофаги, количество которых медленно снижается в этой фазе, так как рана освобождается от первоначальных элементов. Характер боли меняется волнообразно. Биохимический каскад (процесс свертывания крови и образования тромба) медленно затухает. Исчезают клинические признаки острого воспаления: боль в ее различных проявлениях, отек (Van den Berg, 2011) .

Продолжительность фазы пролиферации зависит от множества факторов: размеров повреждения, образа жизни пациента, наличия сопутствующих заболеваний и различных рисков. При этом конкретные сроки этих процессов трудно предсказать, и они могут варьироваться от 3 до 12 недель.

Важно, что вышеупомянутые клетки (миофибробласты и фибробласты) получат соответствующий стимул, чтобы ускорить синтез внеклеточного матрикса. Вновь синтезированные части матрикса не обладают необходимой стабильностью. Согласно Van Wingerden (1998), сначала синтезируется гиалуроновая кислота . Затем появляются составные элементы матрикса, например волокна. В самом начале продуцируются коллагеновые волокна 3 типа, которые затем превращаются в так называемые конечные волокна.

Поскольку в этот период происходит превращение недифференцированных волокон в оригинальные, важно начинать реабилитационные мероприятия, связанные с физической нагрузкой. На данном этапе специалист по реабилитации должен готовить пациента к занятиям.

Таблица 2. Обзор разрешенных нагрузок

Фаза ремоделирования

Фаза ремоделирования известна также как количественная фаза. В данную фазу ткань приобретает окончательную стабильность и полностью регенерирует или репарирует. К сожалению, переход от фазы пролиферации к фазе ремоделирования очень сложно определить клинически.

На этом этапе терапевт опирается на свой клинический опыт (Diemer и Sutor, 2007). Снижается синтез внеклеточного матрикса в миофибробластах и фибробластах. Недифференцированная ткань преобразуется в оригинальную, т.е. дифференцированную. Также происходит синтез других молекул основного вещества наряду с гиалуроновой кислотой.

Коллаген III типа преобразуется в коллаген I или II. В дальнейшем происходит стабилизация волокон через кросслинк (поперечную связь цепей). Успех этого процесса зависит от общей активности организма. Как и в предыдущих фазах, временной интервал фазы ремоделирования сложно определить, так как он зависит от множества факторов.

Фаза ремоделирования – это процесс, который может длиться от нескольких месяцев до нескольких лет. Пациент должен понимать, что качество новой ткани зависит от его активности, генетических особенностей и специфической нагрузки, которую он дает себе в период восстановления. Таблица 3 отображает рекомендации по допустимой и рекомендуемой нагрузке в этот период. Необходимо разъяснить пациенту взаимосвязь нагрузки и эффективного полноценного восстановления тканей.

В воспалительной фазе необходимо снижать болевые ощущения и обеспечить пациента средствами, которые помогут в этом, например, ортезами и костылями. Поврежденной ткани требуется покой и время для нормального течения воспалительной фазы. Мы, реабилитологи и физиотерапевты, должны внимательно следить за состоянием пациента и при необходимости проводить симптоматическое лечение для уменьшения боли.

Если характер боли становится волнообразным (интермиттирующим), это означает, что процесс восстановления переходит в фазу пролиферации.

Пациенту необходимо сразу начинать физические нагрузки, не превышающие болевой порог. Это существенно ускоряет синтез новой ткани и придает ей требуемые функциональные качества. Особенно важны тренировки на выносливость (для улучшения обмена веществ), упражнения в закрытых кинетических цепях, а также задания на координацию и глубокую чувствительность.

К сожалению, в настоящее время невозможно точно определить переход от фазы пролиферации к фазе ремоделирования, как это можно сделать при переходе от фазы воспаления к фазе пролиферации. В этом вопросе решающую роль играет опыт специалиста.

В заключении процесса восстановления новая ткань должна быть полностью стабильна и готова к нагрузкам.

Таблица 3. Обзор разрешенных нагрузок

Соединительные ткани

Соединительные ткани играют огромную роль в строении организма, хотя и не отвечают напрямую за функционирование органов. Однако без их вспомогательной роли системы органов работать не смогут, да и процентное соотношение этих тканей в организме велико. Соединительные ткани — внутренние, нигде не взаимодействуют с внешней средой.

Клеточные компоненты соединительных тканей имеют разнообразные формы, в то время как межклеточное вещество, находящееся между ними, обычно хорошо развито. В таких жидкостях, как кровь и лимфа, это вещество жидкое и подвижное, а в костях оно более плотное. При внешнем разнообразии в структуре соединительной ткани (такие как волокна и жир), скелетной ткани (кости и хрящи), а В крови и лимфе, все они исходят из зародышевого слоя мезодермы.

Функции соединительных тканей

1. Пластическая — обеспечивает процесс регенерации, без нее живые организмы не имели бы возможности устранить повреждения, заживить раны.

2. Защитная функция заключается в механической защите организма, за что отвечает костная ткань, а В нейтрализации различных веществ, проникающих извне или образующихся внутри тела (иммунная защита).

3. Трофическая — связана с питанием тканевых структур, с обменом веществ и поддержанием в организме неизменного состава внутренней среды.

4. Опорная функция обеспечивается минерализацией межклеточного вещества скелетных тканей и присутствием эластичных волокон, которые создают волокнистую основу всех органов.

Категории соединительной ткани

1. Рыхлая волокнистая соединительная ткань есть во всех органах, имеет клетки разных форм, причем они преобладают над межклеточной жидкостью. Формирует футляры сосудов, нервов, входит в состав кожи.

2. Плотная волокнистая соединительная ткань образует оболочки органов, сухожилия, связки и надкостницу. Она характеризуется преобладанием волокон над межклеточным веществом и клетками. Волокна могут располагаться разными способами, формируя два подтипа этой ткани. В плотной неоформленной соединительной ткани волокна расположены хаотично. В отличие от нее, в плотной оформленной соединительной ткани, такой как коллагеновые волокна в сухожилиях, волокна располагаются параллельно и могут выдерживать значительные нагрузки.

3. Жировая ткань имеет сходство с рыхлой волокнистой, клетки ее заполняет жир. Находится в подкожно-жировом слое, внутри органов. Делится на белую (хранит воду, энергию, витамины) и бурую (очень важна для младенцев, потому что отвечает за теплообразование).

4. Кровь — это жидкая ткань, заполняющая сердечно-сосудистую систему, и действующая как река, переносящая кислород, углекислый газ, различные элементы и гормоны. В клеточных элементах крови присутствуют: белые кровяные клетки (лейкоциты), красные кровяные клетки (эритроциты) и тромбоциты. Желтовато-соломенная плазма — это межклетечная жидкость крови, которая занимает 50-60 процентов от общего объема.

5. Лимфа — еще одна жидкая ткань. Она омывает лимфатические сосуды и узлы, а затем попадает в кровь. Как и кровь, лимфа состоит из плазмы (в которой содержится меньше белка, чем в плазме крови) и клеточных компонентов: лимфоцитов, моноцитов и других, но не включает в себя эритроциты.

6. Хрящевая ткань — отличается значительным преобладанием матрикса, межклеточного вещества. На хондроциты (зрелые клетки) и хондробласты (незрелые, основа для формирования хондроцитов) отводится всего 10 процентов объема. Клетки разбросаны, они напоминают островки в океане, только океан этот не текучий, а плотный.

Упругость хрящей зависит от содержания в них воды, связанной со сложными белками протеогликанами. Хрящевые ткани бывают трех типов. Гиалиновый хрящ встречается в ребрах, грудины, суставных поверхностях костей, а В дыхательных путях (хрящи носа и гортани). Эластический хрящ находится в составных частях гортани, наружного уха и слухового прохода. В свою очередь, волокнистый хрящ, содержащий пучки коллагеновых волокон, находится в межпозвонковых дисках и связках.

7. Костная ткань — строится из костных пластинок, заполненных межклеточным веществом (и здесь важны коллагеновые волокна) и клетками, которые соединяются отростками. Содержит значительное количество фосфатов кальция и магния. Интересно, что у молодых организмов костная ткань достаточно мягкая и гибкая, но с возрастом становится все более твердой, теряет эластичность. Имеет три вида клеток: остеоциты (зрелые, связанные костными канальцами), остеобласты (молодые, продуцирующие органические вещества, например, коллаген) и остеокласты (крупные многоядерные, находящиеся на поверхности костной ткани и обеспечивающие разрушение кости или хряща).

Хотите сдать экзамен на высокий балл? Нажмите здесь — онлайн тесты по биологии