Główne jednostki funkcjonalne skóry zaangażowane w gojenie defektów skóry i bliznowacenie

Istnieje wiele cząsteczek adhezyjnych - wszystkie tworzą sieć podpór, wzdłuż której poruszają się komórki, wiążąc się z określonymi receptorami na powierzchni błon komórkowych i przekazując sobie nawzajem informacje za pomocą mediatorów: cytokin, czynników wzrostu, tlenku azotu itp.

Keratynocyty bazalne

Keratynocyt podstawny jest nie tylko komórką macierzystą naskórka, która daje początek wszystkim leżącym nad nim komórkom, ale także mobilnym i silnym systemem bioenergetycznym. Produkuje wiele biologicznie aktywnych cząsteczek, takich jak naskórkowy czynnik wzrostu (EGF), insulinopodobne czynniki wzrostu (IGF, czynniki wzrostu fibroblastów (FGF), czynnik wzrostu płytek krwi (PDGF), czynnik wzrostu makrofagów (MDGF), czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF), transformujący czynnik wzrostu alfa (TGF-a) itp. Dowiedziawszy się o uszkodzeniu naskórka za pomocą cząsteczek informacyjnych, keratynocyty podstawne i komórki kambialne gruczołów potowych i mieszków włosowych zaczynają aktywnie proliferować i przemieszczać się wzdłuż dna rany w celu jej nabłonkowania. Pobudzone przez detrytus rany, mediatory stanu zapalnego i fragmenty zniszczonych komórek, aktywnie syntetyzują czynniki wzrostu, które promują przyspieszone gojenie się rany.

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

Kolagen

Głównym składnikiem strukturalnym tkanki łącznej i bliznowatej jest kolagen. Kolagen jest najpowszechniejszym białkiem u ssaków. Jest syntetyzowany w skórze przez fibroblasty z wolnych aminokwasów w obecności kofaktora - kwasu askorbinowego i stanowi prawie jedną trzecią całkowitej masy białek ludzkich. Zawiera prolinę, lizynę, metioninę, tyrozynę w niewielkich ilościach. Glicyna stanowi 35%, a hydroksyprolina i hydroksylizyna po 22%. Około 40% znajduje się w skórze, gdzie jest reprezentowany przez kolageny typu I, III, IV, V i VII. Każdy typ kolagenu ma swoje własne cechy strukturalne, preferencyjną lokalizację i odpowiednio pełni różne funkcje. Kolagen typu III składa się z cienkich włókienek, w skórze nazywany jest białkiem siateczkowym. Występuje w większych ilościach w górnej części skóry właściwej. Kolagen typu I jest najpowszechniejszym kolagenem ludzkim, tworzy grubsze włókienka głębokich warstw skóry właściwej. Kolagen typu IV jest składnikiem błony podstawnej. Kolagen typu V jest częścią naczyń krwionośnych i wszystkich warstw skóry właściwej, kolagen typu VII tworzy „kotwiczące” włókienka, które łączą błony podstawne z warstwą brodawkowatą skóry właściwej.

Podstawową strukturą kolagenu jest potrójny łańcuch polipeptydowy, tworzący strukturę potrójnej helisy, która składa się z łańcuchów alfa różnych typów. Istnieją 4 typy łańcuchów alfa, ich połączenie determinuje typ kolagenu. Każdy łańcuch ma masę cząsteczkową około 120 000 kDa. Końce łańcuchów są wolne i nie uczestniczą w tworzeniu helisy, dlatego punkty te są wrażliwe na enzymy proteolityczne, w szczególności na kolagenazę, która specyficznie rozbija wiązania między glicyną i hydroksyproliną. W fibroblastach kolagen występuje w postaci potrójnych helis prokolagenu. Po ekspresji w macierzy międzykomórkowej prokolagen przekształca się w tropokolagen. Cząsteczki tropokolagenu są połączone ze sobą z przesunięciem o 1/4 długości, utrwalone mostkami disiarczkowymi i w ten sposób uzyskują widoczne w mikroskopie elektronowym prążkowanie przypominające paski. Po uwolnieniu cząsteczek kolagenu (tropokolagenu) do środowiska zewnątrzkomórkowego łączą się one we włókna kolagenowe i wiązki, które następnie tworzą gęste sieci, tworząc mocną strukturę w skórze właściwej i tkance podskórnej.

Subfibryle należy uważać za najmniejszą jednostkę strukturalną dojrzałego kolagenu ludzkiej skóry właściwej. Mają one średnicę 3-5 μm i są spiralnie ułożone wzdłuż fibryli, która jest uważana za element strukturalny kolagenu 2. rzędu. Fibryle mają średnicę od 60 do 110 μm. Fibryle kolagenowe, zgrupowane w wiązki, tworzą włókna kolagenowe. Średnica włókna kolagenowego wynosi od 5-7 μm do 30 μm. Blisko położone włókna kolagenowe formują się w wiązki kolagenowe. Ze względu na złożoność struktury kolagenu, obecność spiralnych struktur tripletowych połączonych wiązaniami poprzecznymi różnego rzędu, synteza i katabolizm kolagenu trwa długo, nawet do 60 dni.

W warunkach urazu skóry, któremu zawsze towarzyszy niedotlenienie, gromadzenie się produktów rozpadu i wolnych rodników w ranie, wzrasta aktywność proliferacyjna i syntetyczna fibroblastów, które odpowiadają zwiększoną syntezą kolagenu. Wiadomo, że do tworzenia włókien kolagenowych potrzebne są pewne warunki. Tak więc lekko kwaśne środowisko, niektóre elektrolity, siarczan chondroityny i inne polisacharydy przyspieszają fibrynogenezę. Witamina C, katecholaminy, nienasycone kwasy tłuszczowe, zwłaszcza linolowy, hamują polimeryzację kolagenu. Samoregulacja syntezy i degradacji kolagenu regulowana jest również przez aminokwasy znajdujące się w środowisku międzykomórkowym. Tak więc polikation poli-L lizyna hamuje biosyntezę kolagenu, a polianion poli-L glutaminian ją stymuluje. Z uwagi na fakt, że czas syntezy kolagenu przeważa nad czasem jego degradacji, w ranie dochodzi do znacznej akumulacji kolagenu, która staje się podstawą przyszłej blizny. Rozkład kolagenu odbywa się za pośrednictwem aktywności fibrynolitycznej specjalnych komórek i specyficznych enzymów.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Kolagenaza

Specyficznym enzymem rozkładającym najczęściej występujące w skórze typy kolagenu I i III jest kolagenaza. Enzymy takie jak elastaza, plazminogen i inne odgrywają rolę pomocniczą. Kolagenaza reguluje ilość kolagenu w skórze i tkance bliznowatej. Uważa się, że wielkość blizny, która pozostaje na skórze po wygojeniu się rany, zależy głównie od aktywności kolagenazy. Jest ona produkowana przez komórki naskórka, fibroblasty, makrofagi, eozynofile i jest metaloproteinazą. Fibroblasty, które uczestniczą w niszczeniu struktur zawierających kolagen, nazywane są fibroklastami. Niektóre fibroklasty nie tylko wydzielają kolagenazę, ale również absorbują i wykorzystują kolagen. W zależności od konkretnej sytuacji w ranie, stanu makroorganizmu, racjonalności środków leczniczych, obecności towarzyszącej flory, w strefie urazu dominują procesy fibrynogenezy lub fibroklazii, czyli syntezy lub niszczenia struktur zawierających kolagen. Jeśli świeże komórki produkujące kolagenazę przestają wnikać do miejsca zapalenia, a stare tracą tę zdolność, powstaje warunek wstępny do akumulacji kolagenu. Ponadto wysoka aktywność kolagenazy w miejscu zapalenia nie oznacza, że jest to gwarancja optymalizacji procesów naprawczych, a rana jest ubezpieczona przed przekształceniami włóknistymi. Aktywację procesów fibrolitycznych często uważa się za zaostrzenie stanu zapalnego i jego przewlekłość, podczas gdy przewagę fibrogenezy uważa się za jej osłabienie. Fibrogeneza, czyli tworzenie się tkanki bliznowatej w miejscu uszkodzenia skóry, odbywa się głównie przy udziale komórek tucznych, limfocytów, makrofagów i fibroblastów. Wyzwalający moment wazoaktywny odbywa się za pomocą komórek tucznych, substancji biologicznie czynnych, które pomagają przyciągnąć limfocyty do zmiany chorobowej. Produkty rozpadu tkanek aktywują limfocyty T, które poprzez limfokiny łączą makrofagi z procesem fibroblastycznym lub bezpośrednio stymulują makrofagi proteazami (nekrohormonami). Komórki jednojądrowe nie tylko stymulują funkcjonowanie fibroblastów, ale także hamują je, działając jako prawdziwe regulatory fibrogenezy, uwalniając mediatory zapalne i inne proteazy.

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

Komórki tuczne

Komórki tuczne to komórki charakteryzujące się pleomorfizmem z dużymi okrągłymi lub owalnymi jądrami i hiperchromicznie zabarwionymi granulkami bazofilowymi w cytoplazmie. Występują w dużych ilościach w górnej warstwie skóry właściwej i wokół naczyń krwionośnych. Są źródłem substancji biologicznie czynnych (histaminy, prostaglandyny E2, czynników chemotaktycznych, heparyny, serotoniny, czynnika wzrostu płytek krwi itp.). Gdy skóra zostaje uszkodzona, komórki tuczne uwalniają je do środowiska pozakomórkowego, wywołując początkową krótkotrwałą reakcję rozszerzającą naczynia krwionośne w odpowiedzi na uraz. Histamina jest silnym lekiem wazoaktywnym, który prowadzi do rozszerzenia naczyń krwionośnych i zwiększonej przepuszczalności ściany naczyniowej, zwłaszcza żyłek pozawłośniczkowych. W 1891 r. II Miecznikow ocenił tę reakcję jako ochronną w celu ułatwienia dostępu leukocytów i innych komórek immunokompetentnych do zmiany chorobowej. Ponadto stymuluje aktywność syntetyczną melanocytów, co wiąże się z często występującą pigmentacją pourazową. Powoduje również stymulację mitozy komórek naskórka, co jest jednym z kluczowych momentów w gojeniu się ran. Heparyna z kolei zmniejsza przepuszczalność substancji międzykomórkowej. Tak więc komórki tuczne są nie tylko regulatorami reakcji naczyniowych w strefie urazu, ale także interakcji międzykomórkowych, a więc procesów immunologicznych, ochronnych i naprawczych w ranie.

Makrofagi

W procesie fibrogenezy, w gojeniu ran, decydującą rolę odgrywają limfocyty, makrofagi i fibroblasty. Inne komórki odgrywają rolę pomocniczą, ponieważ mogą wpływać na funkcję triady (limfocyty, makrofagi, fibroblasty) poprzez histaminę i aminy biogenne. Komórki oddziałują ze sobą i z macierzą pozakomórkową poprzez receptory błonowe, adhezyjne cząsteczki międzykomórkowe i macierzy komórkowej, mediatory. Aktywność limfocytów, makrofagów i fibroblastów jest również stymulowana przez produkty rozpadu tkanek, limfocyty T poprzez limfokiny łączą makrofagi z procesem fibroblastycznym lub bezpośrednio stymulują makrofagi proteazami (nekrohormonami). Makrofagi z kolei nie tylko stymulują funkcje fibroblastów, ale także hamują je poprzez uwalnianie mediatorów zapalnych i innych proteaz. W fazie gojenia się rany głównymi aktywnymi komórkami są makrofagi, które biorą czynny udział w oczyszczaniu rany z resztek komórkowych, zakażeń bakteryjnych i wspomagają gojenie się rany.

Funkcję makrofagów w naskórku pełnią również komórki Langerhansa, które występują również w skórze właściwej. Gdy skóra jest uszkodzona, uszkodzone zostają również komórki Langerhansa, uwalniając mediatory stanu zapalnego, takie jak enzymy lizosomalne. Makrofagi tkankowe lub histiocyty stanowią około 25% elementów komórkowych tkanki łącznej. Syntetyzują szereg mediatorów, enzymów, interferonów, czynników wzrostu, białek dopełniacza, czynnika martwicy nowotworu, mają wysoką aktywność fagocytarną i bakteriobójczą itp. Gdy skóra jest uszkodzona, metabolizm w histiocytach gwałtownie wzrasta, zwiększają się ich rozmiary, wzrasta ich aktywność bakteriobójcza, fagocytarna i syntetyczna, dzięki czemu do rany wnika duża liczba biologicznie aktywnych cząsteczek.

Ustalono, że czynnik wzrostu fibroblastów, naskórkowy czynnik wzrostu i insulinopodobny czynnik wydzielane przez makrofagi przyspieszają gojenie się ran, transformujący czynnik wzrostu - beta (TGF-B) stymuluje powstawanie tkanki bliznowatej, Aktywując aktywność makrofagów lub blokując niektóre receptory błon komórkowych można regulować proces naprawy skóry. Przykładowo, stosując immunostymulanty, można aktywować makrofagi, zwiększając nieswoistą odporność. Wiadomo, że makrofagi mają receptory rozpoznające polisacharydy zawierające mannozę i glukozę (mannany i glukany), które są zawarte w aloesie, stąd mechanizm działania preparatów aloesowych stosowanych na długotrwale niegojące się rany, owrzodzenia i trądzik jest jasny.

Fibroblasty

Podstawową i najbardziej rozpowszechnioną formą komórkową tkanki łącznej jest fibroblast. Funkcją fibroblastów jest produkcja kompleksów węglowodanowo-białkowych (proteoglikanów i glikoprotein), tworzenie kolagenu, retikuliny, włókien elastyny. Fibroblasty regulują metabolizm i stabilność strukturalną tych elementów, w tym ich katabolizm, modelowanie ich „mikrośrodowiska” i interakcję nabłonkowo-mezenchymalną. Fibroblasty wytwarzają glikozaminoglikany, z których najważniejszy jest kwas hialuronowy. W połączeniu z włóknistymi składnikami fibroblastów decydują również o strukturze przestrzennej (architektonice) tkanki łącznej. Populacja fibroblastów jest niejednorodna. Fibroblasty o różnym stopniu dojrzałości dzielą się na słabo zróżnicowane, młode, dojrzałe i nieaktywne. Do form dojrzałych zaliczają się fibroklasty, w których proces lizy kolagenu przeważa nad funkcją jego wytwarzania.

W ostatnich latach określono heterogeniczność „układu fibroblastów”. Znaleziono trzy mitotycznie aktywne prekursory fibroblastów - typy komórek MFI, MFII, MFIII i trzy postmitotyczne fibrocyty - PMFIV, PMFV, PMFVI. Poprzez podziały komórkowe MFI różnicuje się kolejno na MFII, MFIII i PMMV, PMFV, PMFVI, PMFVI charakteryzuje się zdolnością do syntezy kolagenu typu I, III i V, progeoglikanów i innych składników macierzy międzykomórkowej. Po okresie wysokiej aktywności metabolicznej PMFVI degeneruje się i ulega apoptozie. Optymalny stosunek między fibroblastami i fibrocytami wynosi 2:1. W miarę gromadzenia się fibroblastów ich wzrost zwalnia w wyniku zaprzestania podziału dojrzałych komórek, które przestawiły się na biosyntezę kolagenu. Produkty rozpadu kolagenu stymulują jego syntezę zgodnie z zasadą sprzężenia zwrotnego. Nowe komórki przestają tworzyć się z prekursorów na skutek wyczerpania się czynników wzrostu, a także na skutek produkcji inhibitorów wzrostu przez same fibroblasty - chalonów.

Tkanka łączna jest bogata w elementy komórkowe, ale zakres form komórkowych jest szczególnie szeroki w przewlekłych procesach zapalnych i włókniących. Tak więc w bliznach keloidowych pojawiają się atypowe, olbrzymie, patologiczne fibroblasty. wielkości (od 10x45 do 12x65 μm), które są patognomonicznym objawem keloidu. Fibroblasty uzyskane z blizn przerostowych są przez niektórych autorów nazywane miofibroblastami ze względu na silnie rozwinięte wiązki włókienek aktynicznych, których powstawanie wiąże się z wydłużeniem kształtu fibroblastu. Jednak temu stwierdzeniu można się sprzeciwić, ponieważ wszystkie fibroblasty in vivo, zwłaszcza w bliznach, mają wydłużony kształt, a ich wypustki mają niekiedy długość przekraczającą ponad 10-krotność rozmiaru ciała komórki. Wyjaśnia się to gęstością tkanki bliznowatej i ruchliwością fibroblastów. Poruszając się wzdłuż wiązek włókien kolagenowych w gęstej masie blizny w nieznacznej ilości substancji śródmiąższowej. Rozciągają się wzdłuż swojej osi i czasami przekształcają się w cienkie, wrzecionowate komórki z bardzo długimi wypustkami.

Zwiększona aktywność mitotyczna i syntetyczna fibroblastów po urazie skóry jest stymulowana najpierw przez produkty rozpadu tkanek, wolne rodniki, następnie przez czynniki wzrostu: (PDGF) - czynnik wzrostu pochodzący z płytek krwi, czynnik wzrostu fibroblastów (FGF), następnie iMDGF - czynnik wzrostu makrofagów. Same fibroblasty syntetyzują proteazy (kolagenazę, hialuronidazę, elastazę), czynnik wzrostu pochodzący z płytek krwi, transformujący czynnik wzrostu-beta. naskórkowy czynnik wzrostu, kolagen, elastynę itp. Reorganizacja tkanki ziarninowej w tkankę bliznowatą jest złożonym procesem opartym na stale zmieniającej się równowadze między syntezą kolagenu a jego niszczeniem przez kolagenazę. W zależności od konkretnej sytuacji fibroblasty albo produkują kolagen, albo wydzielają kolagenazę pod wpływem proteaz, a przede wszystkim aktywatora plazminogenu. Obecność młodych, niezróżnicowanych form fibroblastów; olbrzymie, patologiczne, funkcjonalnie aktywne fibroblasty, w połączeniu z nadmierną biosyntezą kolagenu, zapewniają stały wzrost blizn keloidowych.

[ 14 ], [ 15 ]

Kwas hialuronowy

Jest to naturalny polisacharyd o dużej masie cząsteczkowej (1 000 000 daltonów), który jest zawarty w substancji śródmiąższowej. Kwas hialuronowy jest niespecyficzny gatunkowo, hydrofilowy. Ważną właściwością fizyczną kwasu hialuronowego jest jego wysoka lepkość, dzięki której pełni on rolę substancji cementującej, wiążącej wiązki kolagenu i fibryle ze sobą i z komórkami. Przestrzeń między fibrylami kolagenowymi, małymi naczyniami, komórkami zajmuje roztwór kwasu hialuronowego. Kwas hialuronowy, otaczając małe naczynia, wzmacnia ich ścianę, zapobiega wysiękowi płynnej części krwi do otaczających tkanek. W dużej mierze pełni funkcję wspomagającą, utrzymując odporność tkanek i skóry na czynniki mechaniczne. Kwas hialuronowy jest silnym kationem, który aktywnie wiąże aniony w przestrzeni śródmiąższowej, w związku z tym procesy wymiany między przestrzenią komórkową i pozakomórkową, procesy proliferacyjne w skórze zależą od stanu glikozaminoglikanów i kwasu hialuronowego. Jedna cząsteczka kwasu hialuronowego ma zdolność utrzymywania około 500 cząsteczek wody w pobliżu siebie, co stanowi podstawę hydrofilowości i pojemności wilgoci przestrzeni śródmiąższowej.

Kwas hialuronowy występuje w większych ilościach w warstwie brodawkowatej skóry właściwej, warstwie ziarnistej naskórka, a także wzdłuż naczyń i przydatków skóry. Ze względu na liczne grupy karboksylowe cząsteczka kwasu hialuronowego jest naładowana ujemnie i może poruszać się w polu elektrycznym. Depolimeryzację kwasu przeprowadza enzym hialuronidaza (lidaza), który działa dwuetapowo. Najpierw enzym depolimeryzuje cząsteczkę, a następnie rozszczepia ją na małe fragmenty. W rezultacie lepkość żeli tworzonych przez kwas gwałtownie spada, a przepuszczalność struktur skóry wzrasta. Ze względu na te właściwości bakterie syntetyzujące hialuronidazę mogą łatwo pokonać barierę skórną. Kwas hialuronowy działa pobudzająco na fibroblasty, zwiększając ich migrację i aktywując syntezę kolagenu, ma działanie dezynfekujące, przeciwzapalne i gojące rany. Ponadto ma właściwości antyoksydacyjne, immunostymulujące, nie tworzy kompleksów z białkami. Będąc w przestrzeni międzykomórkowej tkanki łącznej w postaci stabilnego żelu z wodą, zapewnia usuwanie produktów przemiany materii przez skórę.

Fibronektyna

W procesie zatrzymywania reakcji zapalnej następuje odbudowa macierzy tkanki łącznej. Jednym z głównych składników strukturalnych macierzy zewnątrzkomórkowej jest glikoproteina fibronektyna. Fibroblasty i makrofagi rany aktywnie wydzielają fibronektynę, aby przyspieszyć obkurczanie się rany i przywrócić błonę podstawną. Badanie mikroskopowe elektronowe fibroblastów rany ujawnia dużą liczbę równoległych wiązek komórkowych włókien fibronektyny, co pozwoliło wielu badaczom nazwać fibroblasty rany miofibroblastami. Będąc cząsteczką adhezyjną i występując w dwóch formach - komórkowej i plazmatycznej, fibronektyna w macierzy międzykomórkowej działa jak „krokwie” i zapewnia silną przyczepność fibroblastów do macierzy tkanki łącznej. Cząsteczki fibronektyny komórkowej wiążą się ze sobą za pomocą wiązań disiarczkowych i wraz z kolagenem, elastyną i glikozaminoglikanami wypełniają macierz międzykomórkową. Podczas gojenia się rany fibronektyna działa jako podstawowy szkielet, który tworzy określoną orientację fibroblastów i włókien kolagenowych w strefie naprawy. Wiąże włókna kolagenowe z fibroblastami poprzez aktyniczne wiązki włókien fibroblastów. W ten sposób fibronektyna może działać jako regulator równowagi procesów fibroblastycznych, powodując przyciąganie fibroblastów, wiązanie się z fibrylami kolagenowymi i hamowanie ich wzrostu. Można powiedzieć, że dzięki fibronektynie faza nacieku zapalnego w samej ranie przechodzi w stadium ziarniniakowo-włókniste.

[ 16 ]