Межклеточное вещество

Общее строение тканей. Взаимодействие клеток

Организм человека состоит примерно из двух сотен различных типов клеток. Клетки одного типа выполняют свои специальные функции, образуют своё сообщество, живут и работают в конкретном месте – ткани. Это похоже на то, как представители одной профессии работают в одной организации, например, врачи в больнице или учителя в школе. Изучением тканей и их свойств занимается наука гистология. В строении ткани есть два главных элемента – клетки и межклеточное вещество.

• Клетки – это главный компонент ткани. Они выполняют основную функцию, например, нейрон проводит нервный импульс, иммунная клетка атакует бактерии.
• Клетки вырабатывают второй компонент ткани – межклеточное вещество. Оно бывает жидким, рыхлым, твёрдым, его может быть много или мало.
• Некоторые клетки превращаются в постклеточные структуры, но и без них жизнь организма невозможна. Например, эритроцит был клеткой, которая утратила ядро. Тромбоцит – это кусочек цитоплазмы клетки костного мозга мегакариоцита. Эритроцит переносит кислород и углекислый газ, а тромбоцит участвует в остановке кровотечения. Без этих структур человек не смог бы жить.

Эритроциты и тромбоциты в кровеносном русле. Это не клетки, а постклеточные структуры.

Ещё одна особенность строения и функции тканей заключается в том, что в ней нет главных и второстепенных элементов. Нейроны проводят нервный импульс, но без вспомогательных клеток (клеток нейроглии, о них будет сказано ниже) нейроны работать не будут. В костном мозге созревают клетки крови и иммунной системы, но происходит это при участии вспомогательных клеток.

В живом организме всё взаимосвязано, одни процессы влияют на другие. Это происходит благодаря взаимодействию клеток. Клетки «общаются» друг с другом с помощью молекул. Это может быть взаимодействие между соседними клетками или между клетками, которые находятся недалеко друг от друга. Предшественники эритроцитов в костном мозге созревают под влиянием факторов роста. Факторы роста выделяют другие клетки костного мозга. Клетки почек выделяют эритропоэтин, которые тоже влияет на созревание эритроцитов.

Межклеточное вещество

Межклеточное вещество — составная часть соединительной ткани позвоночных и многих беспозвоночных животных, включающая соединительнотканные волокна и аморфное основное вещество, выполняющая механическую, опорную, защитную и трофическую функции.

Межклеточное вещество образуется у зародыша из белков, углеводов, липидов, продуцируемых клетками эмбриональной соединительной ткани, начиная со стадии гаструлы. Гистогенез межклеточного вещества продолжается и в постэмбриональном периоде. Наибольшая роль в образовании межклеточного вещества принадлежит фибробластам, хондробластам, остеобластам. Полагают, что в образовании межклеточного вещества волокнистой соединительной ткани могут участвовать гистиоциты, лаброциты (тучные клетки) и другие.

Соединительнотканные волокна межклеточного вещества могут быть представлены коллагеновыми, эластическими, ретикулярными, или ретикулиновыми (аргирофильными), и другими волокнами, от чего зависит прочность, эластичность и в определенной степени архитектоника соединительной ткани органов (дерма различных участков кожи, сухожилия, строма кроветворных органов и так далее).

Аморфное основное вещество, окружающее соединительнотканные волокна и клетки соединительной ткани, состоит из высокополимерных соединений, от концентрации и состава которых в различных видах соединительной ткани зависят физические, химические и биологические свойства межклеточного вещества (вязкость, гидрофильность, интенсивность метаболических процессов, тургор и другие).

Состав волокон и аморфного вещества неодинаков в различных видах соединительной ткани, в различных ее топографических участках межклеточное вещество может быть минерализованным. При этом кристаллы минералов (фосфорнокислый кальций, углекислый кальций и другие) импрегнируют органическую основу межклеточного вещества твердых скелетных тканей (дентин, кость). С возрастом межклеточное вещество претерпевает инволюционные изменения: меняется соотношение основного вещества и волокон — масса волокнистых структур коллагена и плотность его «упаковки» возрастают, а масса основного вещества уменьшается, происходят конденсация эластических волокон, глубокие физико-химические изменения межклеточного вещества.

В эксперименте на животных выявлено, что недостаточное питание задерживает развитие возрастных изменений коллагена, а «атерогенная» диета вызывает его постарение.

Характером строения межклеточного вещества в значительной мере определяются функциональными особенности тех или иных видов соединительной ткани. Чем плотнее межклеточное вещество, тем сильнее выражена механическая, опорная функция, которая достигает наибольшего развития в костной ткани. Трофическая функция, напротив, лучше обеспечивается полужидким по консистенции межклеточным веществом (интерстициальная соединительная ткань, окружающая кровеносные сосуды).

Биохимия межклеточного вещества

Коллагеновые и эластические волокна, входящие в состав межклеточного вещества, построены из склеропротеинов — коллагена и эластина. Из коллагена состоят и ретикулиновые волокна отличающиеся повышенным содержанием углеводов и наличием липидов. В эластических волокнах имеется микрофибриллярный компонент, отличный от эластина по аминокислотному составу. Этот же компонент образует особую разновидность немногочисленных, сходных с эластическими волокнами межклеточного веществ (окситалановых), волокон резистентных к действию эластазы. Свойства основного вещества определяются преимущественно углеводно-белковыми биополимерами — гликозаминогликанами и гликопротеидами. Наличие гликозаминогликанов придает основному веществу межклеточного вещества выраженную базофильность. Качественные и количественные соотношения этих биополимеров, отличающихся интенсивным метаболизмом, различны в разных видах соединительной ткани.

Особенности строения крови

Каждый прекрасно знает, в состав нашей красной жидкости входит такой компонент, как плазма. Она обеспечивает необходимую вязкость, возможность оседания крови и многое другое. Таким образом, межклеточное вещество крови – это и есть плазма. Макроскопически представляет она собою вязкую жидкость, которая либо прозрачная, либо имеет легкий желтоватый оттенок. Плазма всегда собирается в верхней части сосуда после осаждения других основных элементов крови. Процентное содержание такой межклеточной жидкости в крови – от 50 до 60%. Основу самой же плазмы составляет вода, в которой содержатся липиды, белки, глюкоза и гормоны. Также плазма впитывает в себя все продукты переработки обмена веществ, которые после утилизируются.

Мышечная ткань

Мышечные клетки называют мышечными волокнами, потому что они постоянно вытянуты в одном направлении.

Классификация мышечных тканей проводится на основании строения ткани (гистологически): по наличию или отсутствию поперечной исчерченности, и на основании механизма сокращения – произвольного (как в скелетной мышце) или непроизвольного (гладкая или сердечная мышцы).

Мышечная ткань обладает возбудимостью и способностью к активному сокращению под влиянием нервной системы и некоторых веществ. Микроскопические различия позволяют выделить два типа этой ткани – гладкую (неисчерченную) и поперечнополосатую (исчерченную).

Гладкая мышечная ткань имеет клеточное строение. Она образует мышечные оболочки стенок внутренних органов (кишечника, матки, мочевого пузыря и др.), кровеносных и лимфатических сосудов; сокращение ее происходит непроизвольно.

Поперечнополосатая мышечная ткань состоит из мышечных волокон, каждое из которых представлено многими тысячами клеток, слившимися, кроме их ядер, в одну структуру. Она образует скелетные мышцы. Их мы можем сокращать по своему желанию.

Разновидностью поперечнополосатой мышечной ткани является сердечная мышца, обладающая уникальными способностями. В течение жизни (около 70 лет) сердечная мышца сокращается более 2,5 млн. раз. Ни одна другая ткань не обладает таким потенциалом прочности. Сердечная мышечная ткань имеет поперечную исчерченность. Однако в отличие от скелетной мышцы здесь есть специальные участки, где мышечные волокна смыкаются. Благодаря такому строению сокращение одного волокна быстро передается соседним. Это обеспечивает одновременность сокращения больших участков сердечной мышцы.

Также особенности строения мышечной ткани в том, что ее клетки содержат пучки миофибрилл, сформированных двумя белками — актином и миозином.

Внутреннее строение скелета

Сформировавшиеся кости нашего организма состоят полностью из клеток-остеоцитов. Они имеют заостренную форму, большое и твердое ядро и минимум цитоплазмы. Обмен веществ в таких «закаменевших» системах нашего тела производится благодаря костным канальцам, которые выполняют дренажную функцию. Само же межклеточное вещество образуется лишь в период формирования кости. Этот процесс осуществляется благодаря клеткам-остебластам. Они, в свою очередь, после завершения формирования всех тканей и соединений в подобной структуре разрушаются и прекращают свое существование. Но на начальных этапах данные костные клетки выделяют межклеточное вещество посредством синтеза белка, углеводов и коллагена. После того как матрикс ткани сформирован, клетки начинают производить соли, которые превращаются в кальций. В данном процессе остеобласты как бы блокируют все обменные процессы, которые происходили внутри них, останавливаются и отмирают. Прочность скелета теперь поддерживается за счет того, что функционируют остеоциты. Если же случается какая-либо травма (перелом, к примеру), то остеобласты возобновляются и начинают вырабатывать межклеточное вещество костной ткани в больших количествах, что дает возможность организму справиться с недугом.

Неклеточные структуры

К неклеточным структурам принадлежат симпласт и межклеточное вещество.

Симпласт представлен общей протоплазматической массой, в которой расположены многочисленные ядра. Разграничений на отдельные клетки в симпласте нет. По существу это слившиеся воедино многие клетки. Примером симпласта могут служить волокна скелетной мышцы.

Симпласты являются высокодифференцированными, специализированными образованиями. При повреждении симпластов (например, при ранении мышцы) происходит их дедифференцировка, т. е. в месте повреждения образуются более простые структуры — клетки, которые размножаются с помощью митоза или амитоза, после чего вновь формируется симпласт, структурно приспособленный к выполнению определенной функции. Так происходит регенерация (восстановление) поврежденной мышечной ткани у человека.

Межклеточное вещество, как следует из названия, расположено между клетками. Оно построено по-разному у разных видов тканей. В межклеточном веществе располагаются специальные клетки, определяющие вид той или иной ткани.

В качестве примера можно рассмотреть межклеточное вещество рыхлой соединительной ткани (рис. 12), которая широко распространена в организме. Клетки (фибробласты и др.) лежат здесь на большом расстоянии друг от друга. Между клетками расположено межклеточное вещество. Это вещество составляет основную массу ткани и потому называется еще основным веществом. В нем находятся различной толщины и длины тяжи, которые состоят из тонких волокон. В связи с тем что при обработке этих волокон кипящей водой вещество (коллаген), из которого они состоят, превращается в клей, они получили название коллагеновых (клейдающих) волокон. Коллагеновые волокна отличаются большой прочностью, переплетаются между собой, образуя похожую на войлок массу. Здесь же располагаются отдельные тонкие блестящие эластические волокна. Коллагеновые и эластические волокна включены в аморфное (бесструктурное) вещество.

Рис. 12. Рыхлая соединительная ткань. 1 — фибробласты; 2 — коллагеновые волокна; 3 — эластические волокна; 4 — гистиоциты

Различные структуры межклеточного вещества являются производными клеток, т. е. образуются клетками. В частности, основное вещество рыхлой соединительной ткани возникает в эмбриогенезе в результате преобразования клеток мезенхимы, а в процессе жизни индивидуума оно пополняется путем преобразования протоплазмы особых клеток — фибробластов.

Виды белков, которые находятся в нашем организме

Как мы уже поняли, строение межклеточного вещества основывается на белках, которые являются конечным продуктом работы клеток. В свою очередь эти белки можно поделить на две категории: те, которые обладают адгезивными свойствами, и те, которые устраняют адгезию клеток. К первой группе главным образом мы относим фибронектин, который является основной матрикса. За ним следуют нидоген, ламинин, а также фибриллярные коллагены, которые образуют волокна. По этим канальцам транспортируются различные вещества, которые обеспечивают обмен веществ. Вторая группа белков – это антиадгезивные компоненты. В их состав входят различные гликопротеины. Среди них назовем тенасцин, остеонектин, тромпоспондин. Данные компоненты отвечают в первую очередь за заживление ран, повреждений. Они в большом количестве вырабатываются также во время инфекционных заболеваний.

Мышечная ткань

Основные свойства мышечной ткани – это способность к возбуждению и сокращению под действием электрических и химических стимулов.

Закон, по которому сокращается каждая мышечная клетка: «все или ничего», т.к. отдельная мышечная клетка сокращается каждый раз с наибольшей силой, либо вовсе не сокращается. Сила сокращения мышцы зависит от количества сократившихся в ней клеток.

Почему сокращается мышца? – Во всех мышечных клетках присутствует миофибриллы. Это нити из белков актина и миозина, чередующихся меж собой. При сокращении миофибрилла работает не как «резинка», а как телескопическая удочка: миозин входит внутрь актина, тем самым происходит уменьшение длинны миофибриллы. При этом затрачивается энергия АТФ. Для сокращения мышцы также необходимы ионы кальция. В клетке очень много миофибрилл, когда они одновременно сокращаются, происходит уменьшение длины клетки. Т.к. миофибрилла не «резинка», а «удочка», то чтобы удлинится вновь после сокращения, на это также требуется энергия.

Гладкая мышечная ткань

Образует стенки полых органов: ЖКТ, стенки кровеносных сосудов, мочеполового тракта, желчных путей, также образует мускулатуру бронхов, радужной оболочки и хрусталика глаза, железах внутренней секреции. Можно сказать, что основная функция гладких мышц: изменения диаметра просвета полых органов!

Гладкие мышцы сокращаются медленно, способны к перистальтике (последовательному закономерному чередованию сокращения и расслабления),   утомляются медленно, не подчиняются сознанию, т.к. контролируются автономной нервной системой, также способны к сокращению под действием химических стимулов (адреналин).

Поперечно-полосатая мышечная ткань

Клетки имеют исчерченность. Клетки вытянутые, длинной до 20 см, поэтому они называются мышечный волокна.

Функции: движение, поддержание позы, Кроме основной функции, мышцы во время работы выделяется тепло и  поддерживают температуру тела.

Вспомогательный аппарат мышцы:

Сухожилие – фиброзный  тяж, которым мышца прикрепляется к надкостнице кости.

Апоневроз – это плоское сухожилие

Удерживатель сухожилий – фиброзный тяж, удерживающий сухожилия в области суставов.

Сухожильная сумка (bursa) – плоский мешок из синовиальной мембраны, содержащий синовиальную жидкость, расположенный там, где сухожилия перекидываются через суставы или костные образования. Сумка необходима для снижения трения при движении сухожилия. Воспаление сумки – бурсит.

Синовиальные влагалища сухожилий (vagina sinovialis) – трубчатый мешок из синовиальной мембраны, который обертывается вокруг сухожилия. Встречается там, где сухожилия проходят через туннели из связок и костей. Необходимы для снижения трения.  Воспаление влагалища сухожилий – тендовагинит.

Фасция – фиброзная оболочка, которая окутывает все тело под кожей (поверхностная фасция) и отдельные мышцы или группы мышц. Удерживает мышцы подле тела (поверхностная фасция) или в определенных областях (глубокие фасции), а также позволяет мышцам скользить др. по др.

Сердечная мышечная ткань

Клетки связаны меж собой в единую сеть. Обладают способностью к автоматизму, т.е. сокращается без нервных стимулов, самостоятельно. Частота сокращений сердца регулируется нервными и гуморальными стимулами. Некоторые волокна сердечной мышечной ткани имеют способность к генерации импульсов, они называются пейсмейкеры, или водители ритма, они входят в состав синусового и атриовентрикулярного узлов. Другие волокна сердечной мышцы проводят импульсы по сердцу они входят в состав проводящей системы сердца.

Соединительная ткань

Соединительная ткань Состоит из клеток, межклеточного вещества и соединительнотканных волокон. Из нее состоят кости, хрящи, сухожилия, связки, кровь, жир, она есть во всех органах (рыхлая соединительная ткань) в виде так называемой стромы (каркаса) органов.

В противоположность эпителиальной ткани во всех типах соединительной ткани (кроме жировой) межклеточное вещество преобладает над клетками по объему, т. е. межклеточное вещество очень хорошо выражено. Химический состав и физические свойства межклеточного вещества очень разнообразны в различных типах соединительной ткани. Например, кровь – клетки в ней «плавают» и передвигаются свободно, поскольку межклеточное вещество хорошо развито.

В целом, соединительная ткань составляет то, что называют внутренней средой организма. Она очень разнообразна и представлена различными видами – от плотных и рыхлых форм до крови и лимфы, клетки которых находятся в жидкости. Принципиальные различия типов соединительной ткани определяются соотношениями клеточных компонентов и характером межклеточного вещества.

В плотной волокнистой соединительной ткани (сухожилия мышц, связки суставов) преобладают волокнистые структуры, она испытывает существенные механические нагрузки.

Рыхлая волокнистая соединительная ткань чрезвычайно распространена в организме. Она очень богата, наоборот, клеточными формами разных типов

Одни из них участвуют в образовании волокон ткани (фибробласты), другие, что особенно важно, обеспечивают прежде всего защитные и регулирующие процессы, в том числе через иммунные механизмы (макрофаги, лимфоциты, тканевые базофилы, плазмоциты)

Понятие о межклеточном веществе

Клетка-  это основа строения жизнедеятельности организма; элементарно-структурная, функциональная и генетическая единица всех организмов.

Микроворсинки — тонкие складки цитоплазматической мембраны, которые увеличивают поверхность клетки и принимают участие во взаимообмене веществ с окружающей средой.

Клеточная, или цитоплазматическая, мембрана — полупроницаемая оболочка клетки, через которую осуществлюется взаимообмен структур клетки с внешней средой.

Складчатый эндоплазматический ретикулум — система мембран и микроканалов, в которых размещаются рибосомы.

Вакуоли — ограниченные мембраной полости, служащие для хранения питательных веществ и выделения секрета.

Микрофиламенты — тонкие нити, состоящие из белка, связанные с внутренними протоками в клетке и ответственные за сокращения мышечных волокон.

Гладкий эндоплазматический ретикулум — система мембран и канальцев, которая упрощает транспортировку веществ внутри клетки.

Аппарат Гольджи — совокупность полостей и трубочек, основной задачей которых является преобразование, транспортировка и удаление химических веществ, необходимых для клеточной активности.

Центриоли — трубчатые органеллы, принимающие участие в процессе деления клетки.

Внутриклеточные нити — трубчатые волокна, формирующие тип внутренней формы клетки и отвечающие за ее форму.

Лизосома — крошечная полость, содержащая ферменты и ответственная за расщепление питательных веществ и удаление ненужных клетке структур.

Ядро — сферическое образование, содержащее генетический материал, ответственный за функционирование клетки и передачу наследственных признаков.

Ядрышко — маленькое сферическое тельце в ядре клетки, которое посылает сигналы рибосомам в цитоплазме о необходимости выработки белков.

Ядерная оболочка — оболочка ядра, отделяющая его от цитоплазмы.

Митохондрия — органелла клетки, в которой происходит сжигание питательных веществ и выработка энергии.

Цитоплазма — вещество желеобразной консистенции, заполняющее внутреннюю часть клетки, в котором содержатся питательные вещества, органеллы клетки и клеточное ядро.

Рибосома — органелла в форме зерна, синтезирующая белки.

Межклеточное вещество – это один из многочисленных видов соединительной ткани.

Оно присутствует в различных частях нашего организма, и в зависимости от местонахождения меняется и его состав. Как правило, такая связующая субстанция выделяется опорно-трофическими тканями, которые отвечают за целостность работы всего организма.

Состав межклеточного вещества можно также охарактеризовать в общем. Это плазма крови, лимфа, белковые, ретикулиновые и эластиновые волокна.

Нервная ткань

Нервная ткань проводит нервный импульс. Благодаря этому она посылает сигналы от всех элементов тела к мозгу, а от мозга отправляет команды к органам. Таким образом она объединяет работу всего организма.

Нейроны – основные клетки нервной ткани. Как правило, у них есть несколько отростков. В нервной ткани есть вспомогательные клетки, которые обозначают одним словом «нейроглия», они обеспечивают работу нейронов.Нейроглия создаёт оптимальные концентрации веществ для жизни нейронов, участвует в проведении нервного импульса.

Нейрон (голубого цвета) окружён клетками нейроглии

Биохимия межклеточного вещества

Коллагеновые и эластические волокна, входящие в состав М. в., построены из склеропротеинов — коллагена (см.) и эластина (см.). Из коллагена состоят и ретикулиновые волокна (см. Аргирофильные волокна), отличающиеся повышенным содержанием углеводов и наличием липидов. В эластических волокнах имеется микрофибриллярный компонент, отличный от эластина по аминокислотному составу. Этот же компонент образует особую разновидность немногочисленных, сходных с эластическими волокнами М. в. (окситалановых), волокон резистентных к действию эластазы. Свойства основного вещества определяются преимущественно углеводно-белковыми биополимерами — гликозаминогликанами (см. Мукополисахариды) и гликопротеидами (см.). Наличие гликозаминогликанов придает основному веществу М. в. выраженную базофильность (см. Базофилия). Качественные и количественные соотношения этих биополимеров, отличающихся интенсивным метаболизмом, различны в разных видах соединительной ткани.

Склеропротеины, гликозаминогликаны и гликопротеиды М. в. синтезируются соединительнотканными клетками, но заключительные этапы «сборки» макромолекул, их агрегатов, образование волокон, а также процессы катаболизма протекают в М. в., в к-ром имеются необходимые для этого ферменты. При взаимодействии макромолекул М. в. происходит самосборка агрегатов возрастающей степени сложности. Вначале связываются гомотипические макромолекулы, затем происходит гетеротипическое взаимодействие — гликозаминогликаны соединяются с неколлагеновыми полипептидами, образуя протеогликаны и еще более сложные агрегаты, включающие гликопротеиды. На третичном уровне взаимодействия в состав агрегатов включаются волокна. Так создается упорядоченная супрамолекулярная структура М. в., специфичная для каждого вида соединительной ткани, от к-рой зависят ее физиол, и биомеханические свойства. Коллагеновые волокна обеспечивают устойчивость к растяжению. Трехмерная сеть электростатически заряженных, связывающих большое количество воды агрегатов протеогликанов создает устойчивость к сжатию, особо выраженную у хрящевой ткани (см.), избирательно задерживает катионы, создавая условия для минерализации кости (см.), регулирует диффузию белковых молекул. Стабильность супрамолекулярной организации М. в. является важным фактором регуляции биосинтезирующей активности соединительнотканных клеток. Во взаимодействии между М. в. и клетками, а также клеток между собой большая роль принадлежит углеводсодержащему белку фибронектину, располагающемуся в зоне соприкосновения клеток и М. в.

Компоненты М. в. вызывают хемотаксис клеток и таким образом участвуют в процессах морфогенеза.