Раны и раневая инфекция (М.И. Кузин) - часть 27

повреждения оболочек бактерий. Вме-

сте с тем резкое снижение рН раны

(менее 5,0) оказывает выраженное

бактерицидное действие. Например,

молочная кислота убивает многие

микроорганизмы в течение нескольких

минут. Использование нротеолити-

ческих ферментов должно сочетаться

с регуляцией концентрации ионов во-

дорода.

Чрезмерное усиление протеолиза в

ране неблагоприятно сказывается на

течении раневого процесса, в резуль-

тате чего заживление затягивается.

В этих случаях наблюдается стойкое

повышение активности протеаз,

например ЛАП, и продуктов деграда-

ции фибрина и фибриногена, что дает

основание рекомендовать местное

применение ингибиторов протеолиза.

Значение протеолитических фермен-

тов этим не ограничивается. Так,

активность ЛАП при образовании

грануляционной ткани и коллагена

вновь резко повышается, причем фер-

мент выявляется в фибробластах да-

леко в отростках и по ходу образую-

щихся коллагеновых волокон. Таким

образом, ЛАП и другие ферменты это-

го класса вначале осуществляют в

ране реакции чисто катаболические,

а затем регулируют синтетические

реакции, в частности биосинтез кол-

лагеновых белков. Функция протеоли-

тических ферментов при коллагено-

образовании сводится в основном к

ограниченному протеолизу, тормозя-

щему внутриклеточное фибриллообра-

зование и способствующему пере-

стройке коллагеновых волокон в меж-

клеточном веществе, которая продол-

жается еще долго после видимого на

глаз заживления раны.

Синтез белка в ране связан в основ-

ном с образованием коллагена и эпи-

телизацией, причем решающее значе-

ние имеет формирование подлежащей

соединительной ткани, обеспечиваю-

щей полноценную регенерацию эпи-

телия. Биосинтез коллагена осущест-

вляется фибробластами одновременно

с синтезом других белков. При этом

в клетках увеличивается содержа-

ние РНК, NHg- и SH-групп амино-

кислот, затем суммарного белка,

муко- и гликонротеидов, резко повы-

шается активность ферментов биоло-

гического окисления, гликолиза и пен-

тозного цикла.

Предшественниками коллагеновых

белков в фибробластах являются

глюкоза и гликоген, а ряд важнейших

аминокислот, входящих в состав кол-

лагена, образуется из кетокислот цик-

ла Кребса и частично из продуктов

пути Эмбдена — Мейергофа. В меха-

низме синтеза коллагена и неколла-

геновых белков принципиальных раз-

личий нет. Единственная особенность

заключается в превращении пролина и

лизина на определенной ступени био-

синтеза коллагена в оксипролин и

оксилизин, причем этот процесс слу-

жит обязательным атрибутом биосин-

теза коллагена, поскольку экзогенно

вводимые гидроксипролин и гидрок-

силизин в молекулу коллагена не

включаются.

Процесс гидроксилирования нро-

лина, являющийся специфической

особенностью биосинтеза коллагена,

может происходить как на стадии рас-

творимого коллагена, так и на ста-

дии пептидно-связанного пролина.

В Связи с этим торможение окисле-

ния пролина возможно после образо-

вания его комплекса с РНК или на

стадии нролинпептида. Окисление

нролина связано с возникновением

свободных радикалов при взаимодей-

ствии электронов и атмосферного

кислорода. Активаторами окисления

являются аскорбиновая кислота и

ионы железа, которые могут быть

заменены ионами меди или хрома.

В грануляционной ткани имеется пря-

мая корреляция между уровнем аскор-

биновой кислоты и масштабом окис-

ления нролина, а в конечном счете —

синтезом нормального коллагена.

Дефицит витамина С вызывает тор-

можение образования гидроксипро-

лина и соответственно синтеза кол-

гагена, в результате чего резко сни-

жается механическая прочность за-

живающей раны [Peacock E., van

Winkle W., 1976].

Волокна, входящие в состав меж-

клеточного вещества соединительной

ткани, состоят из молекул коллагена.

Одно коллагеновое волокно содержит

миллионы отдельных плотно «упако-

ванных» мономерных коллагеновых

молекул, которые сейчас принято на-

зывать тропоколлагеном. Термин

«коллаген» обычно употребляют для

обозначения полимерного агрегата

определенного количества тропоколла-

геновых единиц в форме длинной

полимерной цепи — фибриллы. Объ-

единяясь, фибриллы образуют кол-

лагеновые волокна.

Одна коллагеновая молекула состоит из

трех спирально скрученных а-цепей (полипен-

тидов). Каждая а-цепь в свою очередь со-

стоит из примерно 1050 аминокислот и имеет

длину 300 им. Триплетная молекула тропо-

коллагена имеет длину около 300 нм, ширину

около 1,5 нм и молекулярную массу 270 000.

Такая конфигурация обеспечивает стабиль-

ность молекулы и ее физические свойства.

Существуют 5 генетически различных типов

коллагена и сочетания а цепей. Цепи разли-

чаются между собой неодинаковой последова-

тельностью составляющих их аминокислот.

Коллаген I типа находится в коже, костях,

сухожилиях и внутренних органах, II типа —

в хряще и стекловидном теле, III типа — в

эмбриональной ткани и ретикулиновых волок-

нах, IV типа (вместе с I) — в базальных

мембранах и V типа — в базальных мембранах

и некоторых органах. IV и V типы коллагена

мало изучены. Важным является то обстоя-

тельство, что фибробласты и другие клетки

способны переключать синтез с одного типа

коллагена на другой.

Кроме того, коллаген — не простой белок; он

относится к категории гликопротеинов, по-

скольку содержит различные количества га-

лактозы или галактозилглюкозы, ковалентно

связанной О-галактозидными связями с опреде-

ленными остатками гидроксилизина. Типы кол-

лагена различаются также составом углевод-

ного компонента. Например, в коллагене I и

IV типов значительно больше гидроксилизина и

углеводного компонента, чем в коллагене I и

II типов.

Каждая а-цепь независимо от ее типа на всем

протяжении построена таким образом, что каж-

дая третья аминокислота в ней является остат-

ком глицина. Это абсолютно необходимое

условие образования коллагеновой спирали.

Последующие аминокислоты в триплете (груп-

пе, состоящей из трех аминокислот и начи-

нающейся с глицина) могут быть любые и обо-

значаются как X и Y, причем в третьей позиции

всегда находится гидроксипролин или гидро-

ксилизин. Схематически а-цепь может быть

представлена следующим образом:

Гли Х-ГиПро-Гли X -ГиЛиз-Гли X -ГиПро Гли-

Установлено, что гидроксипролин (ГиПро)

всегда находится в третьей позиции коллагено-

вого триплета, что является пространственно

необходимым условием, вытекающим из спе-

цифичности фермента, который осуществляет

гидроксилирование остатка пролина.

Как уже говорилось, коллаген представля

ет собой спирально скрученную молекулу.

Спирали делятся на малые и большие. Малая

спираль вызвана конформацией а-цепи; каж-

дый виток повторяется через 0,9 мм, что соот-

ветствует длине трех остатков аминокислот,

т. е. спиральным регионом цепи является один

триплет. Каждая а-цепь обвивается вокруг

двух других, в результате чего образуется

большой завиток с повторяющейся дистанцией

примерно в 10 нм (рис. 3.5). При денатурации

молекула распадается на три цепи, имеющие

неправильную конфигурацию.

Синтез коллагена и образование волокон осу-

ществляется в несколько этапов:

1. Сборка а-цепей на рибосомах эндоплазма-

тической сети фибробластов.

2. Образование протоколлагена.

3. Гидроксилирование и образование про-

коллагена.

4. Гликосилирование и образование тропо-

коллагена.

5. Секреция тропоколлагена из клетки.

6. Полимеризация в фибриллы.

7. Образование коллагенового волокна.

После возникновения каждая а-цепь начина-

ет вытягиваться и объединяться с двумя други-

ми цепями. При этом между цепями образу-

ются водородные связи — водород прикрепля-

ется к аминогруппе или гидроксильной группе,

образуя связь с соседним кислородом ближай-

шей карбоксильной группы. Водородные связи

являются слабыми, поэтому в дальнейшем мо-

лекула коллагена укрепляется более прочными

связями. Одновременно в а-цепях происходят

реакции гидроксилирования пролина и лизина,

катализируемые соответствующими гидрокси-

лазами (с участием аскорбиновой кислоты,

Fe , молекулярного кислорода и а-кетоглю-

тарата). За счет образования водородных свя-

зей гидроксипролин участвует в стабилизации

коллагеновой спирали. Через гидроксильную

группу гидроксилизина к коллагену присоеди-

няется полисахарид, а в дальнейшем гидрокси-

лизин принимает участие в образовании по-

перечной исчерченности.

Присоединение полисахарида (гликосилиро-

вание) происходит с участием фермента галак-

тозилтрансферазы и ионов марганца, в резуль-

тате чего образуется галактозогидроксилизино-

вая связь. После этого фермент гликозилтранс-

фераза катализирует образование 1,2-гликозид-

ной связи глюкозы с галактозой, образуя диса-

харид. В итоге образуется глюкозил-галактозил-

гидроксилизин. Функциональное значение

реакций гликосилирования не совсем ясно, но

предполагается, что они необходимы для транс-

порта мономерного коллагена через клеточную

мембрану.

Окончательной реакцией синтеза коллагена

является превращение протоколлагена в колла-

ПАТОГЕНЕЗ

РАНЕВОГО
ПРОЦЕССА

Рис. 3.5. Строение молекулы тропоколлагена, состоящей из трех по-

липептидных а-цепей, соединенных между собой водородными и более

редкими ковалентными связями (схема). При денатурации водородные
связи разрываются, освобождая свободные а-цепи, а ковалентные
связи как более прочные сохраняются.

Рис. 3.6. Молекулярная архитектура коллагена в процессе образова-

ния волокон (схема).
а — типичная конфигурация и строение а-цепи (каждый триплет Гли-X-Y

образует малый завиток размером 0,9 нм); б — фрагмент молекулы тропо-

коллагена, составляющей один большой завиток; в — молекулярная архитек-

тура коллагенового волокна, образованного ступенчато расположенными мо-

лекулами тропоколлагена.

5

6

ген (тропоколлаген). Этот процесс носит ха-

рактер ограниченного нротеолиза и состоит в

том, что под влиянием фермента проколла

ген-пентидазы от молекулы нроколлагена от

калывается примерно '/

5

 ее длины. В результа-

те молекула меняет свои физико-химические

свойства, становится в физиологических уело

виях нерастворимой и проявляет тенденцию к

выходу из клеток и образованию волокон.

Молекулы тропоколлагена, вышедшие из фиб-

робластов в межклеточное вещество, агреги-

руются в волокна, причем располагаются по

отношению друг к другу в соседних фибриллах

зигзагообразно, со ступенями, кратными 68 им,

что хорошо видно под электронным микроско

пом. Сумма светлого и темного дисков сос-

тавляет 68 нм. Одновременно образуются ко-

валентные (дегидроксилизинонорлейциновые)

связи между цепями соседних молекул, предс-

тавляющие собой наиболее прочный тип по-

перечных связей в коллагене и важный фак-

тор стабилизации коллагенового волокна. Схема

синтеза коллагена представлена на рис. 3.6.

Как уже упоминалось неоднократно, син-

тез коллагена и образование коллагеновых

волокон сопровождаются образованием попе-

речных химических связей как внутри одной

молекулы (интрамолекулярные связи), так

и между соседними молекулами (интермоле-

кулярные связи). От количества и характера

этих связей зависит прочность коллагеновых

волокон и соответственно прочность зажива

ющей раны. На первом этапе образования тро

поколлагена образующие его а-цепи держатся

вместе только водородными связями, которые

образуются также и между соседними молеку-

лами тропоколлагена и участвуют в поддержа-

нии стабильности коллагеновой фибриллы. Од

нако поскольку водородные связи являются сла-

быми связями, они легко разрываются даже

при легких воздействиях, например, при раство-

рении в холодной воде или нейтральном соле-

вом растворе. Такой коллаген является

непрочным и называется растворимым.

Постепенно его растворимость уменьшается

в связи с образованием прочных ковалентных

поперечных связей. Уже вскоре после синтеза

тропоколлагеновой молекулы концевые участки

остатка молекулы лизина, входящие в а цепь,

расположенные близко к аминокислотным ос-

таткам другой а-цепи, подвергаются окисли

тельному дезаминированию (с участием фер-

мента лизиламинооксидазы), в результате чего

образуются 2 молекулы с альдегидными груп-

пами, подвергающиеся алдольной конденсации с

образованием прочной интрамолекулярной

связи (см. рис. 3.5). В результате молекула

остается еще растворимой, но становится зна-

чительно более стабильной и устойчивой к

действию гидролитических ферментов. При де-

натурации молекулы слабые водородные связи

разрываются и в растворе появляются свобод-

ные а-цепи. Ковалентные же связи сохраня-

ются, и те а-цепи, которые были ими соедине-

ны в тропоколлагене, остаются соединенными

вместе и в растворе (см. рис. 3.6).

Растворимость коллагена значительно снижа-

ется, когда ковалентные связи образуются меж-

ду а-цепями соседних молекул тропоколлагена.

Чаще всего эти интермолекулярные связи об

разуются между аминогруппой остатка лизина

одной молекулы и карбоксильной группой гид-

роксилина соседней молекулы — гидроксили-

зинонорлейциновые связи. В том случае, если

связи образованы двумя лизиновыми остат-

ками, они называются лизинонорлейциновыми.

Наконец, связи, образованные двумя гидрок-

силизиновыми остатками, носят название ди-

гидроксилинонорлейциновые связи и являются

самыми прочными. Кроме того, в коллагене об-

наружены межмолекулярные связи и среди дру-

гих аминокислот гистидиногидроксимеродесмо-

зиновые, гидроксимеродесмозиновые и др.

Количество и процентное отношение попе-

речных связей в разных типах коллагена зна-

чительно различается. В коллагене рубца

имеется больше дигидроксилизинонорлейци-

новых связей и относительно меньше гидрокси-

лизинонорлейциновых и гистидиномеродес-

мозиновых по сравнению с нормальной дермой.

По составу связей вновь образованный кол-

лаген рубца наиболее похож на эмбриональ-

ный тин коллагена (тип III). Впоследствии он

замещается типом I, причем в гипертрофи-

ческих рубцах этой смены не происходит, и

коллаген остается более грубым. Причина мо-

лекулярных нарушений в синтезе коллагена в

гипертрофических рубцах неизвестна, но выяс

нение ее представляет значительный практи-

ческий интерес.

Окончательное формирование кол-

лагеновых волокон завершается обра-

зованием комплексов с другими ком-

понентами межклеточного вещества

соединительной ткани — фибронек-

тином, матриксными белками, обла-

дающими высокой способностью к

комплексообразованию. Полное за-

вершение образования волокон про-

исходит только через несколько не-

дель после заживления раны.