Введение
Вязкий, богатый углеводами слой на самой внешней периферии клетки. Гликокаликс (гликокаликс, или гликокаликс), также известный как периклеточный матрикс и иногда клеточный покров, представляет собой гликопротеиновое и гликолипидное покрытие, окружающее клеточные мембраны бактерий, эпителиальных клеток и других клеток. Он был описан в обзорной статье в 1970 году. Эпителиальные клетки животных имеют пушистое покрытие на внешней поверхности их плазматических мембран. Это вязкое покрытие – гликокаликс, состоящий из множества углеводных фрагментов мембранных гликолипидов и гликопротеинов, которые служат основой для поддержки. Как правило, углеводная часть гликолипидов, находящихся на поверхности плазматических мембран, помогает этим молекулам участвовать в распознавании клеток, межклеточной коммуникации и адгезии. Гликокаликс является своего рода идентификатором, который организм использует для различения собственных здоровых клеток и трансплантированных тканей, пораженных клеток или внедряющихся организмов. В состав гликокаликса входят молекулы клеточной адгезии, которые обеспечивают прикрепление клеток друг к другу и направляют их перемещение в процессе эмбрионального развития. Гликокаликс играет важную роль в регуляции эндотелиальной сосудистой ткани, включая модуляцию объема эритроцитов в капиллярах. Изначально этот термин применялся к полисахаридному матриксу, покрывающему эпителиальные клетки, но впоследствии было обнаружено, что его функции гораздо шире.
Расстройства и болезни
Поскольку гликокаликс так широко распространен по всей сердечно-сосудистой системе, нарушение его структуры оказывает негативное воздействие и может приводить к заболеваниям. Определенные стимулы, вызывающие атеросклероз, могут привести к повышенной чувствительности сосудов. Первичная дисфункция гликокаликса может быть вызвана гипергликемией или окисленными липопротеинами низкой плотности (ЛПНП), что впоследствии вызывает атеротромбоз. В микроциркуляторном русле дисфункция гликокаликса приводит к нарушению водно-электролитного баланса и потенциально к отекам. В артериальных сосудах разрушение гликокаликса вызывает воспаление и атеротромбоз. Были проведены эксперименты для точного определения того, как гликокаликс может изменяться или повреждаться. В одном исследовании использовалась модель изолированного перфузируемого сердца, разработанная для облегчения выявления состояния сосудистого барьера, и предпринята попытка вызвать индуцированное повреждением отторжение гликокаликса для установления причинно-следственной связи между отторжением гликокаликса и сосудистой проницаемостью. Гипоксическая перфузия гликокаликса считалась достаточной для запуска механизма деградации эндотелиального барьера. Исследование показало, что полное отсутствие потока кислорода в сосудах (ишемическая гипоксия) не обязательно, а минимальные уровни кислорода достаточны для вызывания деградации. Отторжение гликокаликса может быть вызвано воспалительными стимулами, такими как фактор некроза опухоли альфа. Однако, независимо от стимула, отторжение гликокаликса приводит к резкому увеличению сосудистой проницаемости. Проницаемость сосудистых стенок нежелательна, поскольку позволяет проникать некоторым макромолекулам или другим вредным антигенам. Другие источники повреждения эндотелиального гликокаликса наблюдаются при различных патологических состояниях, таких как воспаление, гипергликемия, ишемия-реперфузия, вирусные инфекции и сепсис. Некоторые ключевые компоненты гликокаликса, такие как синдеканы, гепарансульфат, хондроитинсульфат и гиалуроновая кислота, могут отщепляться от эндотелиального слоя под действием ферментов. Гиалуронидаза, гепарансульфатаза/гепариназа, матричные и мембранные матричные металлопротеиназы, тромбин, плазмин и эластаза – это примеры ферментов, которые могут индуцировать отторжение гликокаликса, и эти ферменты, следовательно, могут способствовать деградации слоя гликокаликса при различных патологических состояниях. Исследования показывают, что активность гиалуронидазы в плазме снижается как в экспериментальном, так и в клиническом септическом шоке и, следовательно, не считается ферментом, вызывающим отторжение при сепсисе. Одновременно повышается эндогенное ингибирование гиалуронидазы в плазме, что может служить защитой от отторжения гликокаликса. Сдвиговое напряжение жидкости также является потенциальной проблемой при деградации гликокаликса по любой причине. Этот тип трения возникает из-за движения вязкой жидкости (т.е. крови) вдоль границы просвета сосуда. Другой аналогичный эксперимент был проведен для определения того, какие стимулы вызывают сдвиговое напряжение жидкости. Первоначальное измерение было выполнено с помощью интравитальной микроскопии, которая показала медленно движущийся плазменный слой, гликокаликс, толщиной 1 мкм. Светлой краской гликокаликс повреждался минимально, но это небольшое изменение увеличивало гематокрит капилляров. Таким образом, флуоресцентная световая микроскопия не должна использоваться для изучения гликокаликса, поскольку в этом методе используется краситель. Толщина гликокаликса также может уменьшаться при обработке окисленными ЛПНП. Эти стимулы, наряду со многими другими факторами, могут повредить хрупкий гликокаликс. Эти исследования свидетельствуют о том, что гликокаликс играет решающую роль в поддержании здоровья сердечно-сосудистой системы.
В бактериях и природе
Гликокаликс, буквально означающий «сахарный покров» (glykys = сладкий, kalyx = оболочка), – это сеть полисахаридов, выступающая с поверхности бактериальных клеток, что определяет его как универсальный поверхностный компонент бактериальной клетки, расположенный непосредственно за пределами бактериальной клеточной стенки. Чётко выраженный, желеобразный гликокаликс называется капсулой, а неровный, диффузный слой – слоем слизи. Этот покров чрезвычайно гидратирован и окрашивается красным рутением. Бактерии, растущие в природных экосистемах, таких как почва, кишечник крупного рогатого скота или мочевыводящие пути человека, окружены микроколониями, заключёнными в гликокаликс. Он защищает бактерию от вредных фагоцитов, формируя капсулы или обеспечивая прикрепление к инертным поверхностям, таким как зубы или камни, посредством биоплёнок (например, Streptococcus pneumoniae прикрепляется к клеткам лёгких, прокариотам или другим бактериям, которые могут сливать свои гликокалики, чтобы окружить колонию).
В пищеварительном тракте
Гликокаликс также обнаруживается на апикальной части микроворсинок в пищеварительном тракте, особенно в тонком кишечнике. Он формирует сетчатую структуру толщиной 0,3 мкм, состоящую из кислых мукополисахаридов и гликопротеинов, выступающих из апикальной плазматической мембраны эпителиальных абсорбционных клеток. Он обеспечивает дополнительную площадь поверхности для адсорбции и содержит ферменты, выделяемые абсорбционными клетками, необходимые для завершающих этапов переваривания белков и сахаров.