Перерывы для восстановления, механотрансдукция, гомеостаз

[Sweet]

Есть необходимость углубиться более серьезно, с точки зрения науки в перерывы для восстановления. Многие нуперы продолжают противиться этому важному процессу. Эта гипотеза в моем личном понимании претендует больше всего на правду. Выход из плато как и снятие адаптации к подверженному нагрузкам ПЧ цель этой темы. Несколько слов было упомянуто в топике

Please register or login to see the hidden image.

, а именно то, что это один из главнейших принципов для получения множественных побед на поле НУПа. Там же, Вы безусловно почерпнёте многое, но описание некоторых моментов, которые здесь есть могут быть не понятны. Чтобы понимать о чем мы здесь толкуем нужно пройтись по цепочке топиков в этом разделе. Так как я именно восстанавливаюсь на данный момент, именно эта тема меня больше всего интересует.

Механотрансдукция и гомеостаз внеклеточного матрикса

Прежде чем читать я хочу напомнить в каком разделе Вы находитесь. Вам придётся чему-то научиться, если Вы чего-то не понимаете, используйте поисковик. Я переведу научную статью и адаптирую на сколько это возможно под обычного пользователя с добавлениями, чтобы было более проще воспринимать информацию, но на самом деле здесь концентрация более 150-ти научных статей зарубежных учёных, в конце будет вывод:

Предисловие.

Мягкие соединительные ткани в устойчивом состоянии все еще динамичны. Резидентные клетки постоянно считывают сигналы окружающей среды и реагируют на них, способствуя гомеостазу, включая поддержание механических свойств внеклеточного матрикса, которые являются фундаментальными для здоровья клеток и тканей. Процесс механочувствительности включает в себя оценку механики матрикса клетками через интегрины и актомиозиновый цитоскелет, а затем следует процесс механорегуляции, который включает отложение, перестройку или удаление матрикса для поддержания общей формы и функции. Прогресс в понимании молекулярных, клеточных и тканевых эффектов масштаба, способствующих механическому гомеостазу, помог выявить ключевые вопросы для будущих исследований.

Please register or login to see the hidden image.

Спойлер

Интегрин - это трансмембранные гетеродимерные клеточные рецепторы, взаимодействующие с внеклеточным матриксом и передающие различные межклеточные сигналы. От них зависит форма клетки, её подвижность, они участвуют в регулировке клеточного цикла.

Иллюстрированный пример состава внеклеточного матрикса:

Please register or login to see the hidden image.

Вступление.

Внеклеточный матрикс (далее ВКМ, упрощенно для нас, правильно ECM с англ.) имеет фундаментальное значение для формирования и функционирования мягких соединительных тканей.

Please register or login to see the hidden image.

Клетки в этих тканях создают ВКМ во время развития, поддерживают его в здоровом состоянии, реконструируют его во время адаптации и восстанавливают в ответ на болезнь и травму.

Please register or login to see the hidden image.

И наоборот, ВКМ влияет на многие клеточные функции, включая миграцию, рост, дифференцировку и даже выживание.

Please register or login to see the hidden image.

Эта взаимная связь была признана более 35 лет назад (актуальные данные) и остается центральной концепцией в клеточной биологии. Важно отметить, что клеточно-матричные взаимодействия затрагивают не только химический состав и структурную организацию ВКМ, но и его механические свойства. Таким образом, клетки должны воспринимать и регулировать механику ВКМ, чтобы способствовать механическому гомеостазу, то есть поддерживать структурную целостность и функциональность на уровне тканей.

Please register or login to see the hidden image.

Механические нагрузки, действующие на ткань, воспринимаются резидентными клетками как стимулы, которые передаются через компоненты внеклеточного матрикса, матричные рецепторы и внутриклеточные структуры воздействуют на них. Как подробно описано ниже, механический гомеостаз, таким образом, включает компоненты ВКМ, такие как коллагены и эластин, которые поддерживают и передают нагрузки. Трансмембранные рецепторы для этих компонентов, в первую очередь интегрины, которые соединяют внеклеточные и внутриклеточные структуры, а также связанные с ними линкерные белки (такие как талин и винкулин), которые соединяют рецепторы с цитоскелетом. А также актиновые нити, не мышечный миозин (!) и связанные с ним белки, которые составляют цитоскелет и передают механические нагрузки или сигналы внутри клетки.

Please register or login to see the hidden image.

Ключевые компоненты механического гомеостаза мягких соединительных тканей

(Схематический рисунок на англ. языке, но он примитивен и понять, что обозначено не трудно. Изображается фибробласт, встроенный во внеклеточный матрикс, состоящий в основном из коллагена, фибронектина и гликозаминогликанов, с расширенным представлением показывающим взаимодействие клетки с матриксом и связанные с ним внутриклеточные структуры. В частности, клетки механически взаимодействуют с ВКМ через гетеродимерные трансмембранные рецепторы, называемые интегринами. Они взаимодействуют с внутриклеточными сигнальными молекулами (включая фокальную киназу адгезии и физически соединяются с цитоскелетным актином через множество линкерных белков (включая талин, винкулин, филамин, комплекс ILK-PINCH-parvin и α-актинин). Ключевые сигнальные пути, связанные с активацией интегрина, включают в себя пути Ро-киназы и митоген-активированной протеинкиназы. Механостимуляция клеток в большинстве случаев дополняется химиостимуляцией с помощью растворимых лигандов.)

*****

С середины 1970-х годов многое было изучено о том, как клетки воспринимают и регулируют механические свойства ВКМ, но мотивацией для изучения, как правило, было понимание процессов развития, прогрессирования болезни или заживления ран. Напротив, мы рассматриваем, как механические нагрузки на трансмембранные комплексы и цитоскелетные структуры являются фундаментальными для взаимодействия клетки с матриксом, которые управляют механическим гомеостазом для здоровья (ремоделирование). Основная идея заключается в том, что здоровье требует, чтобы клетки сначала чувствовали механику матрицы, а затем регулировали ее для поддержания желаемых свойств. Потеря этих дополнительных гомеостатических процессов приводит к фиброзу, механической недостаточности или другим патологиям. С этой целью мы фокусируемся на интегративном механосенсинге и механорегуляции ВКМ в различных пространственных и временных масштабах, чтобы понять механический гомеостаз ВКМ.

Главные игроки в механическом гомеостазе.

Для того чтобы понять механический гомеостаз, важно сначала суммировать ключевых игроков — ВКМ, эффекторы и чувствительные элементы.

Основа.

Хотя ВКМ содержит более 300 белков, 200 гликопротеинов и 30 протеогликанов, его механические свойства часто в значительной степени зависят от трех составляющих: эластических волокон, фибриллярных коллагенов, гликозаминогликанов (GAGs) и связанных с ними протеогликанов (PGs). Эластические волокна состоят из сердцевины из эластина и окружающей оболочки из микрофибрилл, включая гликопротеины фибриллин и фибулин. Эти волокна наделяют ткани растяжимостью (эластичные волокна могут растягиваться до 150% без разрушения) и упругостью (способность возвращаться в нормальное положение при снятии нагрузки). Они также являются наиболее биологически, химически и термически стабильными компонентами ВКМ. Эластические волокна откладываются и организуются до наступления зрелого возраста и имеют длительный период полураспада (например, от 50 до 70 лет в артериях человека). Таким образом, они обеспечивают “механическую память” в том смысле, что они предварительно напряжены из-за соматического роста и отдачи при выходе из своего гомеостатического состояния. Поскольку функциональные эластические волокна не могут быть организованы во взрослом возрасте, любое механическое повреждение или протеолитическая деградация, которым они подвергаются, приводит к необратимым изменениям формы и функции тканей. Два основных примера - это вызванное старением жесткость эластичных артерий и сморщивание кожи, которые частично возникают из-за потери целостности эластичных волокон в результате нормальной кинетики деградации или механической усталости. Мутации в генах эластина или эластин-ассоциированных гликопротеинов ответственны, в частности, за синдром Вильямса и синдром Марфана.

Коллаген - самый распространенный белок в человеческом организме. Он существует более чем в 25 типах, наиболее распространенными из которых являются фибриллярные типы I-ого и III-его типов (далее сокращенно). В отличие от эластических волокон, коллагеновые волокна наделяют соединительные ткани своей материальной жесткостью (насколько изменяется напряжение при стресс ситуациях) и прочностью (максимальное напряжение при отказе). Они также имеют относительно короткий период полураспада и поэтому не подвержены механической усталости. Скорее всего, их ремоделирование (которое включает в себя их переориентацию или сшивание) или оборот (скорость синтеза и деградации) в условиях стресса имеет решающее значение для гомеостаза соединительной ткани. Коллагеновые волокна строятся иерархически, от молекул (~300 Нм в длину и 1,5 Нм в диаметре) до фибрилл (20-100 Нм в диаметре) и волокон (0,5-20 мкм в диаметре); поэтому клетки должны воспринимать и регулировать коллаген в этих различных масштабах длины. Клеточно-опосредованному фибриллогенезу коллагена I типа способствуют ассоциации этого фибриллярного коллагена с другими компонентами ВКМ, включая фибронектин, коллаген V типа и протеогликан бигликан. Мутации в генах коллагена I и III ответственны, среди прочего, за несовершенный остеогенез и синдром Элерса-Данлоса, в то время как мутации в компонентах, связанных с коллагеном I и III, приводят к аналогичным структурным дефектам.

Спойлер

Синдром Элерса — Данлоса – наследственное системное заболевание соединительной ткани, которое вызывается генетической мутацией, влияющей на синтез коллагена.

Как и эластичные волокна, вклад коллагеновых волокон в общую структурную целостность тканей зависит от плотности волокон, ориентации, волнистости, поперечных связей, предварительного напряжения и взаимодействия с другими компонентами матрицы. Интересно, что, учитывая их очень разное время осаждения и предварительного напряжения, эластичные волокна влияют на жесткость коллагеновых волокон, влияя на их волнистость (доказано на живом примере). Таким образом, потеря целостности эластичных волокон влияет на общую механику тканей по меньшей мере двумя важными способами. Гликозаминогликаны - это высокомолекулярные молекулы, состоящие из повторяющихся дисахаридных единиц, они сильно отрицательно заряжены из-за присоединенных сульфатных и карбоксильных групп. Протеогликаны состоят из гликозаминогликанов, прикрепленных к белковому ядру. GAGs и PGs (сокращенно) выполняют множество функций, включая секвестрирование факторов роста. Кроме того, они интенсивно гидратируются и тем самым способствуют жесткости соединительной ткани при сжатии. Поддержание механических свойств ВКМ зависит от постоянного синтеза, встраивания и деградации этих структур и других структурных составляющих, которые взаимодействуют сложным и еще не до конца изученным образом.

Термины полезные знать в механике и биомеханике.

Понимание механического гомеостаза требует понимания механики клеточного и тканевого уровней. С этой целью важно отметить некоторые основные термины и определения.

Напряжение - это мера "интенсивности силы", заданная как сила на (ориентированную) область и обычно указываемая в единицах одного Ньютона на квадратный метр (Н/м2), которая называется Паскалем (па). Заметим, что 1 НН/мкм2 = 1 кПа (где НН указывает на нано-Ньютон, а мкм - на микрон, а именно 1 НН = 10-9 Н и 1 мкм = 10-6 м), что показывает эквивалентность единиц измерения, используемых в исследованиях на молекулярном и клеточном/тканевом уровнях.

Деформация - это нормализованная мера деформации, которая указывает на изменения длин или углов внутри материала, обычно вызванные приложенными напряжениями. Деформация безразмерна и иногда представлена в виде процентного изменения.

Жесткость материала - это мера сопротивления деформации, буквально то, как напряжение изменяется в ответ на деформацию. Обратная жесткость - это соответствие, мера того, как деформация изменяется в ответ на напряжение. Идеальный материал, имеющий бесконечную жесткость материала, называется жестким. В отличие от этого, жесткость конструкции сочетает в себе эффекты жесткости материала и геометрии. Например, тонкостенная труба, состоящая из жесткого материала, может иметь ту же структурную жесткость, что и толстостенная труба, состоящая из податливого материала. Как отмечается в тексте, именно жесткость материала, по-видимому, сохраняется в артериях, в то время как структурная жесткость изменяется с изменением давления.

Прочность - это мера сопротивления материальному повреждению или разрушению. Это максимальное значение напряжений, которое может быть допущено до разрушения. Термины "твердый" и "мягкий" отражают сопротивление проникновению или царапанью и, следовательно, особые аспекты прочности.

Упругость описывает механическое поведение, которое не рассеивает энергию, таким образом, материал возвращается к своей первоначальной геометрии при разгрузке. Неупругое поведение включает вязкость (жидкости), пластичность (необратимая деформация, вызванная сдвигом, распространенная в пластичных металлах) и повреждение, которое включает усталость (то есть потерю прочности из-за многократного механического нагружения). Вязкоупругость относится к комбинированному флюидоподобному и твердому поведению. Вязкоупругие реакции часто эластичны (то есть сохраняют энергию) на коротких временных масштабах, но вязки (то есть диссипативны энергии), когда сила сохраняется в течение более длительного времени. Силикон является прекрасным примером материала, который проявляет вязкоупругость, как и цитоскелетные сети. Это механическое поведение часто количественно определяется через отношения между напряжением и деформацией или их скоростями, что требует определения значений конкретных параметров материала. Модуль Юнга (также известный как модуль растяжения или модуль упругости) – это такой параметр для материалов, проявляющих линейное поведение напряженно-деформированного состояния при малых деформациях. Жесткость материала в этих материалах одинакова независимо от напряжения или деформации. Нелинейное поведение, характерное для мягких соединительных тканей и цитоскелета, требует для своего описания различных материальных параметров. Наконец, обратите внимание, что экспоненциальное поведение напряжения-деформации приводит к линейной зависимости между жесткостью и напряжением. Следовательно, повышенное предварительное напряжение поддерживает повышенную начальную жесткость, которая, в свою очередь, часто влияет на фенотип клеток.

Эффекторы.

Фибробласты - это первичные клетки, которые строят и поддерживают ВКМ в большинстве мягких соединительных тканей. Они могут выделять эластин, различные типы коллагенов, гликопротеинов и гликозаминогликанов, которые составляют определенную ткань, и они координируют свои синтетические и механические механизмы для организации компонентов, которые дают начало общей структурной организации и, следовательно, механическим свойствам тканей. Они также могут секретировать протеазы, особенно члены семейства матриксных металлопротеиназ, которые разрушают различные структурные компоненты. Фибробласты могут дифференцироваться в миофибробласты при стимуляции трансформирующим фактором роста-бета (TGF-β) в условиях высокого растягивающего напряжения, что повышает как их способность синтезировать компоненты ВКМ, так и их сократительную способность. Последнее обусловлено, в частности, включением гладкомышечного α-актина в состав стресс-волокон цитоскелета и увеличением кластеризации интегринов при очаговых спаек. Этот фенотип часто ассоциируется с фиброзными патологиями или аберрантным заживлением ран и не будет обсуждаться далее здесь. Хотя многие другие типы клеток, включая макрофаги, прямо или косвенно способствуют механическому гомеостазу в соединительной ткани, мы сосредоточимся на механотрансдукции в фибробластах.

Чувствительные элементы.

Основными клеточными компонентами, опосредующими восприятие и регуляцию механики ВКМ, являются интегрины, связывающие матричные белки, ассоциированные цитоскелетные и сигнальные белки очаговых спаек, а также актомиозиновый цитоскелет. Второй набор важных игроков - это сигнальные компоненты, которые регулируют сборку этих структур. Это в первую очередь малые семейства Ро и их нисходящие эффекторы, такие как Ро-ассоциированная протеинкиназа, миозиновые легкие цепные киназы и так далее. В принципе, каждый компонент механической связи между ВКМ и актином, несущим силу, является потенциальным механотрансдуктором, хотя некоторые компоненты, вероятно, передают силу без механотрансдукции, то есть без преобразования силы в значимые биохимические сигналы. Талин и винкулин обеспечивают одну связь между интегринами и актином. Как подробно обсуждается ниже, считается, что механическое зондирование опосредуется силовыми изменениями в белковых конформациях или кинетикой сборки и разборки белковых комплексов. Критическая концепция, относящаяся ко всем механизмам механосенсации через интегрин-опосредованные спайки, заключается в том, что исходное напряжение или предварительное напряжение от эндогенной сократительной способности настраивает реакцию клеток на внешние силы. Таким образом, напряжение от эндогенного актомиозина на этих связях модулирует их последующие реакции на внешне приложенные силы. Этот аспект значительно усложняет попытки разгадать механосенсорные пути, поскольку ингибиторы могут оказывать косвенное воздействие, изменяя цитоскелетную организацию и/или снижая предварительное напряжение. Этот аспект необходимо учитывать при интерпретации многих экспериментальных результатов.

Биомеханические явления в тканях.

Биомеханика определяет как биологические системы воспринимают и реагируют на механические сигналы, так и то, как они оказывают силу и управляют механическими свойствами своего окружения. Биомеханические эффекты охватывают весь спектр биологической организации от молекул до клеток и организмов, но здесь мы сосредоточимся на тканевом уровне, где ВКМ играет центральную роль. Если раньше считалось, что ВКМ выполняет только структурную роль (поддерживает форму ткани при механических нагрузках и обеспечивает физическую поддержку клеточной адгезии и миграции), то теперь мы знаем, что он также выполняет важную учебную роль (обеспечивает биохимические и биомеханические сигналы, влияющие на целый ряд клеточных активностей, включая миграцию, адгезию, фенотипическую модуляцию и выживание). Таким образом, понимание биомеханики тканей требует установления прямой связи между молекулярными механизмами и явлениями на тканевом уровне. Однако трудно согласовать детальные описания молекулярных механизмов с крупнозернистыми механическими величинами, включая напряжение, деформацию и жесткость. Эти величины, которые не могут быть восприняты непосредственно на молекулярном уровне, тем не менее регулируются для поддержания гомеостатических величин и являются фундаментальными дескрипторами формы и функции на уровне тканей. Например, интерстициальные артериальные клетки (то есть гладкомышечные клетки и фибробласты) устанавливают предпочтительную жесткость матрикса во время развития и затем стремятся поддерживать это значение в течение всей жизни, по крайней мере в отсутствие болезни или травмы. Таким образом, жесткость артериальной стенки одинакова у одного вида, несмотря на множество генетических вариаций или изменений в кровяном давлении, и у нескольких видов (действительно, от омаров до китов), несмотря на большие различия в составе ВКМ, кровяном давлении и размере тела. Подобные наблюдения справедливы для различных соединительных тканей, включая сухожилия, кожу, сердце и так далее.

Скорость нагрузки влияет на состав матрицы.

Все мягкие соединительные ткани подвержены механическим нагрузкам, включая постоянно присутствующие эффекты гравитации на Земле, однако скорость нагрузки значительно различается между тканями и видами. У человека, например, частота сердечных сокращений от 60 до 70 ударов в минуту подвергает сердечную ткань и артерии высокой нагрузке, частота дыхания от 12 до 20 вдохов в минуту подвергает легочную ткань промежуточной нагрузке, а большая часть кожи подвергается почти статической нагрузке. Скелетные мышцы и сухожилия могут испытывать высокие нагрузки во время интенсивных физических упражнений, но низкие нагрузки во время отдыха. Было выявлено, что период полураспада фибриллярного коллагена различается примерно в 5 раз между артериями (~22 дня) и кожей (~95 дней) у людей среднего и старшего возраста. Соответствующие значения составляют ~20 дней для сердца, ~25 дней для скелетных мышц, ~27 дней для легких и ~52 дня для сухожилий/связок. Интересно, что эти результаты показывают, что период полураспада коллагена может быть меньше в тканях, подвергающихся более высоким скоростям нагрузки, что согласуется с общим ожиданием, что замена должна быть более частой в тканях, подвергающихся более требовательным механическим средам. В некоторой степени это связано с тем, что соотношение эластических и коллагеновых волокон также имеет тенденцию коррелировать со скоростью нагрузки в артериях. Например, это соотношение в сонных артериях (в области шеи) уменьшается от мышей (частота сердечных сокращений ~600 ударов в минуту) к крысам (~300 ударов в минуту), кроликам (~230 ударов в минуту), собакам (~90 ударов в минуту) и людям (~60 ударов в минуту), при этом осевое предварительное растяжение на живых пациентах аналогично уменьшается от мыши до человека. Интересно, что эластические волокна артерий возникли в эволюционном масштабе времени с появлением замкнутых систем кровообращения, которые подвергаются пульсирующей нагрузке и поэтому встречаются исключительно у позвоночных животных. Однако детальное понимание молекулярных механизмов, с помощью которых клетки воспринимают и регулируют матрицу в квазистатических и динамических механических средах, остается в значительной степени неизвестным.

*****

Чтобы способствовать механическому гомеостазу в организме, клетки должны использовать механизмы отрицательной обратной связи, которые улавливают изменения внутри ВКМ и восстанавливают нормальные значения. Например, в нормальных условиях острое увеличение жесткости должно приводить к срабатыванию механизмов, которые делают ВКМ более сговорчивым, тогда как острое снижение жесткости должно приводить к срабатыванию путей, приводящих к усилению жесткости. Напротив, различные патологии, по-видимому, являются результатом либо потери отрицательной обратной связи, либо переключения на механизмы положительной обратной связи. Например, резкое увеличение напряжения/деформации может привести к продолжительному застыванию, часто называемому фиброзом.

Please register or login to see the hidden image.

Петли обратной связи регулируют структуру и функцию внеклеточного матрикса

(Блок-схема влияния повышенной механической нагрузки или жесткости матрикса на клеточные реакции, приводящие либо к гомеостатической регуляции свойств матрикса (отрицательная петля обратной связи), либо к фиброзным состояниям (положительная петля обратной связи). В обоих случаях центральную роль играют стабилизированные очаговые спайки большего числа или размера и повышенная сократительная способность актомиозина, часто через Ро–Ро-киназный путь. Точные молекулярные механизмы, ответственные за эти петли обратной связи, остаются неизвестными, особенно в отношении отрицательной обратной связи, которая по определению необходима для гомеостаза.)

Учитывая фундаментальную роль интегринов как в чувствительной, так и в механически регулируемой матрице, неудивительно, что современные антифибротические терапевтические стратегии нацелены на интегрины. Несмотря на важность понимания механизмов поражения при болезнях, наше внимание сосредоточено на нормальных механизмах, обеспечивающих правильную форму и функцию мягких соединительных тканей .

Please register or login to see the hidden image.

Клеточно-матриксные взаимодействия в здоровом состоянии и болезнях

(Схематический рисунок нормальной клетки и её механическое взаимодействие с существующим матриксом, которая напряжена или напряжена из-за приложенных сил (обозначено серыми стрелками) (верхний ряд, центр). Показана также клетка, обеспечивающая гомеостатическое поддержание матрикса под действием постоянных сил, несмотря на постоянную деградацию напряженного матрикса (верхний ряд, слева) и гомеостатическое ремоделирование в ответ на увеличение приложенных сил, то есть перегрузку (черные стрелки; нижний ряд, слева). Напротив, потеря сигнала через матрикс может привести к особой форме апоптоза, называемой аноикис (верхний ряд, справа), тогда как патологическая сигнализация в ответ на перегрузку может привести к фиброзному ответу (нижний ряд, справа). Заметим, в частности, что гомеостаз в конечном счете требует сбалансированного производства и удаления компонентов, причем новые компоненты обладают теми же механическими свойствами, что и старые. Эти свойства включают жесткость, ориентацию и предварительное напряжение.)

Клеточная регуляция ВКМ.

Клетки формируют ВКМ в процессе развития и впоследствии определяют его состав, структуру и механические свойства-процесс, который регулируется механикой.

Механическое напряжение внутри матрицы.

Мягкие соединительные ткани демонстрируют нелинейную зависимость между напряжением и деформацией, которая почти экспоненциальна. Интересным свойством этой связи является то, что жёсткость линейно связана со стрессом, следовательно, клеточный контроль напряжения ВКМ эквивалентен контролю жесткости ВКМ. Значительное понимание регуляции матриксного стресса было получено в результате изучения тканевых эквивалентов, часто коллагеновых или фибриновых гелей, засеянных фибробластами. Например, при посеве в первоначально свободные от стресса, но механически ограниченные коллагеновые фибробласты прилипают к матрице и сжимаются, что приводит к возникновению растягивающих напряжений, которые в течение нескольких часов стремятся к устойчивому состоянию. Этот процесс был назван напряженным гомеостазом. Следует особо отметить, что если этот эндогенный стресс внешне усиливается или уменьшается, то клетки возвращают стресс к исходному уровню. Поскольку матрица застывает пропорционально напряжению, напряженный гомеостаз представляет собой один из методов регулирования жесткости матрицы. Важно отметить, что” остаточное натяжение матрицы" сохраняется, когда актомиозиновый механизм клеток нарушается в этих напряженных гелях, что предполагает, что клетки фиксируют напряжения (или деформацию), возможно, путем сшивания реконструированной матрицы.

Независимо от точных механизмов, напряженный гомеостаз, по-видимому, создает благоприятную механическую среду для функционирования клеток. Интересно, что измеренные уровни эндогенного стресса в тканевых эквивалентах (~3-5 кПа) сопоставимы с уровнями стресса, которые были измерены при очаговых спайках (~3-5,5 кПа). Эта наблюдаемая согласованность установленных уровней напряжения в пространственных масштабах для различных матриц и клеток (включая неконтрактильные гладкомышечные клетки и фибробласты) позволяет предположить, что существует “гомеостатическое целевое” значение интерстициального напряжения, мало отличающееся от хорошо известного целевого значения - напряжения сдвига стенки для эндотелиальных клеток в крупных артериях, которое составляет ~1,5 па у человека. Механический гомеостаз, таким образом, достигается в краткосрочной, хотя и отрицательной обратной связи, характеризующейся матричными реорганизациями и перекрестными связями, а в долгосрочной-сбалансированной деградацией матрикса и отложением компонентов при соответствующем предварительном напряжении.

Оборот ВКМ.

Все компоненты ВКМ имеют конечные периоды полураспада, и большинство из них возобновляются с помощью протеолиза и синтеза, заметным исключением является эластин. Такой оборот ВКМ трудно изучать в естественных условиях, однако и в лабораторных условиях это сделать крайне трудно. К счастью, вычислительные модели позволили получить некоторое представление о роли оборота ВКМ в механическом гомеостазе в нативных тканях в физиологических условиях. Эти модели предполагают, что механический гомеостаз в мягкой соединительной ткани зависит в первую очередь от четырех ключевых факторов: скорости производства ВКМ, скорости удаления ВКМ, механических свойств компонентов ВКМ и степени предварительного напряжения, которое встроено в эти компоненты при депонировании. Хорошо известно, что скорости синтеза матрикса положительно коррелируют с измененной механической нагрузкой, как и скорости синтеза протеазы. То есть увеличение механической нагрузки имеет тенденцию к увеличению как клеточного производства, так и удаления структурных составляющих, как это было бы необходимо для процесса, управляемого отрицательной обратной связью. Действительно, механическое состояние матрицы может также влиять на скорость деградации протеазами, причем повышенный стресс имеет тенденцию быть защитным, что также будет способствовать снижению стресса за счет удержания матрицы. Интуитивно понятно, что структурная целостность ткани зависит от механических свойств составляющих ее компонентов. Вспомним, например, что связующие эластические волокна придают ткани упругость, в то время как коллагеновые волокна вносят основной вклад в жесткость и прочность.

Поэтому здесь мы подчеркиваем часто игнорируемый аспект механического гомеостаза в мягких соединительных тканях – то, что вновь депонированный матрикс должен быть включен в существующий матрикс под напряжением, чтобы обеспечить поддержание ткани в течение длительных периодов почти постоянной нагрузки. То есть вычислительные модели предполагают, что форма и функция ткани могут сохраняться только в том случае, если разрушенные структурные компоненты заменяются новыми компонентами, обладающими теми же свойствами, включая тот же уровень жесткости, вызванной предварительным напряжением.

Растущее число экспериментальных данных подтверждает эту концепцию механорегуляции матричного напряжения и, следовательно, жесткости. Хотя коллагеновые фибриллы могут самособираться в искуственно созданной среде с помощью чисто термодинамических механизмов, их сборка регулируется в естественных условиях многими дополнительными связывающими партнерами, включая фибронектин и бигликан. Правильная организация в живом организме также требует прямого клеточного контроля. Действительно, теперь оказывается, что фибриллогенез коллагена I и III типа как фибробластами, так и гладкомышечными клетками требует фибронектина и интегринов. Первый может служить каркасом, на котором осаждаются молекулы коллагена или на котором могут действовать клетки, в то время как требование к интегринам подразумевает, что клетки должны активно организовывать секретируемые молекулы. Действительно, фибробласты, по-видимому, организуют коллагеновые волокна через активные повторяющиеся циклы клеточной протрузии в матрицу, связываясь с ней, сокращаясь, чтобы втянуть матрицу, а затем высвобождая матрицу, причем Ро-киназа и миозин II-ого типа играют важную роль, о которой нет нужды упоминать и останавливаться на этом. Ро-киназа играет важную роль в поддержании активации миозина II-ого типа, который при вспомогательной полимеризации актина позволяет клеткам активно воздействовать на матрицу. Кроме того, клеточно-опосредованная организация матрикса, вероятно, имитирует вышеупомянутое остаточное напряжение, которое клетки устанавливают в лабораторных условиях в коллагеновых гелях, что позволит клеткам координировать организацию как новых, так и уже существующих ВКМ. Скорее всего, включение этого напряжения осуществляется посредством сшивания предварительно напряженных компонентов матрицы, причем этот процесс может быть также механически отрегулирован. Таким образом, клетки часто активно организуют матрикс через свои интегрины, причем механизм актомиозина позволяет им тянуть или толкать волокна, которые впоследствии могут быть закреплены для установления нового механического состояния.

Возможно, самым прямым доказательством того, что клетки предварительно напрягают матрицу, является то, что активность актомиозина необходима для того, чтобы фибронектин был собран в фибриллы. В частности, оказывается, что растворимый, свернутый фибронектин, секретируемый во внеклеточное пространство, связывается с интегринами α5β1, а затем развертывается через актин-опосредованную сократительную способность, чтобы выявить другие связующие участки, которые способствуют сборке множества молекул фибронектина в фибрилл. Как было отмечено выше, должным образом развернутый, то есть предварительно напряженный, фибронектин способствует фибриллогенезу коллагена, который является основным фактором жесткости материала большинства мягких тканей. Во время эмбрионального развития фибробласты используют специальные расширения клеточной мембраны, называемые фибропозиторами, которые питаются актомиозиновой активностью, чтобы направлять отложение предварительно напряженных коллагеновых волокон. Эти мембранные структуры позволяют клетке ориентировать коллаген (в пределах этих направленных каналов), поскольку он включен в существующий матрикс. Независимо от того, происходит ли это во время развития или в зрелом организме, клеточный фибриллогенез коллагена включает в себя замечательную многоступенчатую последовательность, которая приводит к сборке организованной матрицы. Возможно, руководствуясь предварительно напряженным фибронектином, фибробласты используют целевые интегрины (например, α2β1) для вытягивания и ориентации фибрилл коллагена I, когда они собираются в волокна. Этот процесс также включает вспомогательные белки, такие как коллаген V-ого типа, а также те, которые модулируют общий диаметр волокон, включая протеогликан декорин.

Подобные процессы предварительного напряжения, по-видимому, участвуют в образовании эластических волокон из секретируемого растворимого эластина, который сначала агрегируется на поверхности клетки. Ассоциированные белки и гликопротеины, такие как фибулины и фибриллины, аналогичным образом участвуют в согласованной сборке эластических волокон, которые придают структурную жесткость, а также упругость. Опять же, клеточное посредничество через соответствующие интегрины (например, α5β1 и avß3), по-видимому, играет важную роль, позволяя клеткам удерживать и контролировать волокна механически.

Влияние ВКМ на клетки.

После того, как он установлен клетками, ВКМ затем предоставляет клеткам важные биомеханические и биохимические сигналы, которые направляют их поведение.

Как ригидность матрикса влияет на клетки?

Фибробласты очень чувствительны к механическим раздражителям и механическим свойствам своего матрикса, характерным для многих других типов клеток, включая гладкомышечные и эпителиальные клетки. Клетки распространяются больше и развивают более крупные очаговые спайки и актиновые стрессовые волокна в приоритете на жесткие, нежели податливые матриксы. Они также оказывают более высокую тракцию на жестких поверхностях, в то время как они понижают миозинзависимую сократительную способность на более уступчивых поверхностях. Скорость миграции клеток показывает двухфазную зависимость от жесткости, которая максимальна на промежуточных уровнях. Тем не менее, когда клетки сталкиваются с границей раздела между материалами различной жесткости, они преимущественно мигрируют на жесткую поверхность. Жесткость матрикса также регулирует прогрессирование клеточного цикла. В эндотелиальных клетках это происходит за счет активации малых G-протеинов "Rac1", которые приводят к индукции циклина D. Жесткость матрикса также контролирует экспрессию генов и судьбу клеток, как, например, при нейронной дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток. В этом контексте, матрикс направляет дифференцирование в линейную сторону. Нормальная механическая среда которых приближается к этому уровню жесткости. Например: поддатливый субстрат в пользу дифференциации по отношению к нервной и судьбы адипоцитов, где в естественных условиях жесткость низкая. Белки Yap и Taz недавно были вовлечены в расшифрованные эффекты жёсткости матрикса и цитоскелетной организации, и они, по-видимому, вносят свой вклад в зависящую от жесткости регуляцию экспрессии матриксных генов и прогрессирование клеточного цикла среди других эффектов.

Наконец, жесткость матрикса может повлиять на окончательное решение судьбы: уступчивые матриксы индуцируют апоптоз зависимых от опорных клеток.

Спойлер

Апоптоз - регулируемый процесс программируемой клеточной гибели, в результате которого клетка распадается на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной.

Please register or login to see the hidden image.

Это явление может быть связано с более общим требованием к прикреплению матрикса при выживании, скорее всего, потому, что сигнальные молекулы интегрина, такие как фокальная киназа адгезии, подавляются на совместимом ВКМ. Однако есть и другие последствия. Подобные эффекты могут быть важны для заживления ран, способствуя апоптозу миофибробластов после завершения восстановления тканей и снижения клеточного напряжения. Неудавшийся апоптоз связан как с рубцеванием, так и со склеродермией, причем последняя является смертельным заболеванием, характеризующимся застыванием соединительной ткани.

Интересно, что жесткость, при которой ВКМ может влиять на фенотип клетки, зависит от типа клетки. Фибробласты и эндотелиальные клетки увеличивают свое распространение и сборку своего цитоскелета в актиновые стрессовые волокна и очаговые спайки при ~3 кПа, тогда как распространение нейтрофилов нечувствительно к жесткости субстрата до 2 Па 72, а преостеоциты увеличивают распространение и цитоскелетную организацию при ~60 кПа. Другие факторы также влияют на распространение клеток в ответ на жесткость: клеточно-клеточные спайки позволяют распространяться на более податливые субстраты, как и включение гликозаминогликана гиалуронана в матрицу. Ингибирование миозина обращает вспять эффекты жесткости на фибробласты, так что уменьшение жесткости матрикса увеличивает, а не уменьшает распространение и пролиферацию клеток. Экран "siRNA" идентифицировал ряд генов в протеинкиназных путях, которые изменяли восприятие жесткости фибробластами, включая компоненты, истощение которых позволяло распространяться и удлиняться на уступчивой матрице. Таким образом, восприятие жесткости (ригидности) представляет собой перестраиваемый клеточный ответ, а не простой механический эффект.

Как сила воздействия на ВКМ влияет на клетки.

Клетки также реагируют на механические нагрузки, накладываемые на их матрицу или адгезивный субстрат. Эти нагрузки индуцируют матричные деформации и связанные с ними напряжения, которые способствуют сборке цитоскелета в актиновые стрессовые волокна и фокальные спайки и запускают различные сигнальные каскады. Один из ключевых путей включает транслокацию мал-или актин-ассоциированных транскрипционных факторов семейства миокардинов в ядро, которые связываются с элементами многих цитоскелетных и адгезионных белков для индуцирования их экспрессии.

И наоборот, гены матриксной металлопротеиназы индуцируются в дермальных фибробластах при снижении ВКМ-стресса с помощью матриксной разгрузки или ингибиторов актомиозина для снижения напряжения. Эти исследования в искусственных условиях также идентифицировали тенасцин-с как ключевой напряженно-зависимый ген. Его расшифровка увеличивалась в ответ на напряжение, что согласуется с его экспрессией в естественных условиях в местах высокого напряжения. Тенасцин-С - это матричный белок, который в искуственной среде уменьшает клеточные взаимодействия с другими матричными белками, такими как фибронектин, снижает активность Ро и уменьшает сокращение коллагеновых гелей клетками. Эти результаты могут свидетельствовать о том, что тенасцин-С является компонентом петли отрицательной обратной связи, которая способствует механическому гомеостазу в условиях высокого стресса. Тем не менее, его удаление у мышей уменьшает фиброз, хотя это может быть связано с тенасцином-с, модулирующим воспалительные реакции. Очевидно, что роль тенасцина-С в стрессовых реакциях до конца не изучена...

Реакции актинового цитоскелета на нагрузки.

Актиновый цитоскелет лежит в основе многих клеточных реакций на нагрузку матрикса, и его реакция очень чувствительна к соответствующей величине, направлению и временному масштабу нагрузки. Гели F-актина с сшивающимися белками и проявляют вязкоупругость, первоначально проявляя деформационную жесткость, а затем пассивную релаксацию напряжений после более длительных периодов времени. Следовательно, в течение короткого времени клетки могут сопротивляться деформации в качестве деформирующего материала, но также расслабляться с помощью вязкоупругих механизмов. Клетки также реагируют на циклическую нагрузку активным ремоделированием и переориентацией своего цитоскелета, таким образом, в течение более длительного времени они могут адаптироваться к деформациям матрикса и активно ослаблять напряжение дальше к исходным (преднагрузочным) значениям. Для данного типа клеток степень перестройки цитоскелета может зависеть от частоты и величины приложенной нагрузки, хотя перестройка не происходит на очень податливых субстратах. Реакции на растяжение также включают Ро G-протеины, которые активируются растяжением и влияют на последующие цитоскелетные реакции. Таким образом, преобладающая модель заключается в том, что актиновый цитоскелет подвергается первоначальным пассивным перестройкам, которые активируют сигнальные пути, опосредующие последующие активные реакции. Эти явления, однако, в лучшем случае частично поняты. Полное понимание позволит интегрировать физические модели цитоскелетной механики с сигнальными путями и активными реакциями, которые управляют ремоделированием цитоскелета.

Дополнительные клеточные сигналы от ВКМ.

Хотя наше внимание сосредоточено на механотрансдукции и матричном гомеостазе, ВКМ также предоставляет мириады сигналов резидентным клеткам, которые дополняют механические сигналы. Ярким примером этого является влияние функциональных эластических волокон, состоящих из эластина и эластин-ассоциированных гликопротеинов, на гладкомышечные клетки в артериях. Эксперименты с мышами, которые являются не самой значимой базой для нас показали, что компетентные эластические волокна способствуют переходу гладкомышечных клеток сосудов от мигрирующего синтетического фенотипа, существующего в развитии, к зрелому, спокойному, сократительному фенотипу. И наоборот, повреждение или деградация эластических волокон способствует сдвигу в сторону синтетического фенотипа, что, вероятно, способствует развитию различных артериальных патологий.

Интегриновая сигнализация также определяется организацией и составом матрицы, а не только ее физическими свойствами. Например, пролиферация гладкомышечных клеток ингибируется коллагеном, который собирается в фибриллы, но стимулируется нефибриллярным или деградированным коллагеном в условиях, когда механические свойства остаются неизменными. Эти эффекты происходят отчасти потому, что различные интегрины, которые передают различные сигналы, преимущественно связываются с различными формами коллагена. Организация матрикса, которая могла бы управлять пространственным расположением интегринов и, следовательно, их нисходящими сигналами, также может иметь важное значение. Исследования в искуственной среде показали, что пространственная организация интегриновых лигандов может критически регулировать клеточные реакции. Доказательства таких эффектов с матриксом в естественных условиях отсутствуют, но это привлекательная гипотеза.

Ограничения этих исследований.

Хотя с использованием упрощенных модельных систем были достигнуты важные успехи, важно признать их ограниченность. Много было выучено о клеточной механике и механобиологии. Но, клетка покрытая тонким слоем субстрата как акриламид, для которого материальная жесткость может систематически быть изменена путем изменения своей плотности сшивки или структурная жесткость может быть изменена путем изменения толщины этого субстрата. Однако жесткость их материала не является полностью независимой переменной, поскольку различия в плотности сшивания могут также изменять закрепление матричного белка и пористость подложки. Кроме того, материалы, используемые для этих подложек, как правило, показывают линейный механический отклик в широком диапазоне деформаций, а не сильно нелинейное (деформация-жесткость, то есть жесткость увеличивается с расширением) поведение, типичное для родного матрикса.

Геометрия этого субстрата также может влиять на их физические свойства. В естественных условиях матричные белки организованы в линейные волокна со структурами, охватывающими многие масштабы длины, что плохо моделируется матричными белками, равномерно нанесенными на экспериментальные субстраты. Наконец, когда ячейка натягивается на податливую подложку, прикрепленную к жесткой поверхности, результирующие деформации сильно локализуются, затухая экспоненциально с расстоянием от точки приложения силы. Диапазон деформаций составляет приблизительно толщину подложки. С другой стороны, когда ячейка сжимается на трехмерном матиксе или внутри него, индуцированные деформации относительно длинны и примерно соответствуют обратному квадрату расстояния от ячейки. Кроме того, организация матрицы в жесткие волокна позволяет передавать механическую информацию дальше. Проще говоря, натяжение, приложенное к одному концу волокна, может распространяться по всей его длине при условии, что оно не связано поперечными связями с другими нитями. Альтернативно, дальнодействующее распространение можно рассматривать как следствие нелинейных реологических свойств матрикса.

Молекулярные аспекты механотрансдукции.

Хотя основные вопросы остаются нерешенными, многое было изучено о молекулярных механизмах, с помощью которых интегрин-опосредованные спайки воспринимают свойства и силы, передаваемые через ВКМ.

Как напряжение регулирует очаговые спайки.

Интегрин-опосредованные спайки часто усиливают или стабилизируют под действием силы. Считается, что силы, действующие через матриксно-интегрин-цитоскелетные связи (простите), инициируют сигналы, разворачивая белковые домены и изменяют сродство связывания. Матричный компонент фибронектина был первым белком, для которого это было показано. Силы выставляют связывающие участки в фибронектине, которые способствуют его самосборке в фибриллы при растяжении. Доказанот, что фибронектин разворачивается внутри фибрилл в ответ на актомиозин-зависимые силы. Одномолекулярные эксперименты также показали, что интегрин-цитоскелетные линкеры (талин и филамин) подвергаются развертыванию домена при растяжении. Растяжение талина позволяет ему связывать винкулин, который в свою очередь связывает актин и усиливает связь между интегринами и актином. Применение силы к филамину в составе актиновых гелей усиливает его способность связываться с интегриновыми пептидами, но снижает его связывание с ингибитором "Rac FilGAP". Этот переключатель может опосредовать подавление активности "Rac", когда клетки растягиваются. Одномолекулярные исследования показывают далее, что применение сил от 2 pN до 5 pN к изолированной конструкции филамина а, состоящей из доменов 20-21, увеличивает ее связывание с интегрином, гликопротеином Ib и пептидами мигфилина. Исследования в живых клетках с использованием молекулярных силовых датчиков на основе флуоресценции также показывают натяжение филамина 120 и сборки Талин-винкулин (Кумар и Шварц, единственные неопубликованные данные в сети). Калиброванные датчики аналогично помещают силу в диапазон от 2 до 5 пн для винкулина и талина. Таким образом, имеются убедительные доказательства того, что раскрытие белковых доменов под действием физиологических сил может изменять белковые взаимодействия или активность и, следовательно, химическую сигнализацию, которая важна в механочувствительности.

Интегрин-лигандная связь проявляет поведение "пойманной связи", переходя в долгоживущее состояние в ответ на приложенную силу. Интересно, что этот эффект усиливается при высоких скоростях нагружения и усиливается при циклическом приложении силы, что, возможно, свидетельствует о “молекулярной памяти". Конформационный ландшафт для интегринов очень сложен и может непосредственно опосредовать эти эффекты, но активная сигнализация через нисходящие компоненты может внести свой вклад. Например, миозин-зависимое напряжение может рекрутировать винкулин к фокальным спайкам через фокальную адгезионную киназу (FAK) и Src-опосредованное фосфорилирование паксиллина, известного партнера по связыванию для винкулина. Винкулин, избранный идти через этот путь, может еще больше стабилизировать спайки. Наконец, актиновые нити стабилизируются при растяжении, снижая как скорость спонтанной деполимеризации, так и снижая их чувствительность к разрыву кофилином. Поскольку актиновые каркасы необходимы для стабильности фокальной адгезии, этот эффект может также влиять на продолжительность жизни фокальных спаек.

Механотрансдукция и актиновый цитоскелет.

Полная передача усилия увеличивается с жесткостью матрицы. По одной из точек зрения, это регулируется локально взаимодействием стабильно протекающего F-актина с динамическими фокальными спайками. Основные идеи заключаются в концепции "фокальной адгезионной муфты". В этой модели актиновые нити, приводимые в движение некоторой комбинацией выталкивания из полимеризации на переднем крае клетки и вытягивания из центральных миозиновых нитей, как полагают, текут назад по неподвижным, связанным с матриксом интегринам. Линкерные белки движутся назад на промежуточных скоростях, замедляя поток актина и передавая силу через своего рода "трение". Считается, что жесткость матрицы влияет на эту систему в первую очередь за счет изменения скорости нагружения связи матрикс-интегрин-цитоскелет. На податливых субстратах обратное движение актинового цитоскелета буферизуется деформацией матрицы, что замедляет скорость нагружения спаек. На жестких субстратах сила фокальной адгезии возрастает быстрее. Кроме того, недавние исследования показали, что клеточный ответ на жесткость находится в пределах регуляторных механизмов цитоскелета, которые контролируют общий уровень сократительной способности или ориентацию актиновых стресс-волокон.

Please register or login to see the hidden image.

Сила-опосредованная регуляция спайки интегринов.

(а - схематический чертеж “фокальной адгезионной муфты". Неподвижные интегрины соединяются с нитевидным актином (F-актином) через линкерные белки (например, талин и винкулин), которые могут двигаться (как показано маленькими стрелками), когда F-актин движется назад под действием толкающих сил от полимеризации актина или тянущих сил от активности миозина II-ого типа. Жесткая матрица сопротивляется этой силе. b - A уступчивая матрица деформируется под действием силы потока F-актина (как показано сжатыми актиновыми волокнами), что снижает скорость чистой нагрузки на внутриклеточные компоненты и приводит к изменению клеточного ответа.)

Специфичность интегрина в механическом гомеостазе.

Различные матричные пары белок-интегрин также демонстрируют различные механотрансдукционные свойства и пути их прохождения. Интегрин avß3 требует, чтобы белок тирозинфосфатаза Альфа (RPTPa) реагировал на силу, измеряемую как захватом, так и дифференциальным распространением на уступчивых и жестких субстратах, в то время как β1-интегрины являются rptpa-независимыми. RPTPa также локализуется и осаждается с avß3, но не β1. Используя несколько иной анализ, было обнаружено, что α5β1 опосредует большую часть общей адгезии клеток к покрытым фибронектином шарикам, измеряемой сопротивлением этих интегринов к отрыву под действием силы. Однако циклическое применение силы вызывало жесткость ассоциированного цитоскелета, который требовал связывания avβ3 и не был замечен с шариками, связанными через α5β1. Измерения тягового усилия на субстратах возрастающей жесткости показали, что усиление адгезии на фибронектине требовало авβ3, то есть оно отсутствовало, когда клетки связывались только через α5β1. Однако требование к avß3 в этих анализах далеко не универсально, поскольку многочисленные исследования сообщают о зависящем от жесткости распространении клеток и тяговом усилии на покрытых коллагеном субстратах, которые связывают только β1 интегрины.

Эти разнообразные результаты могут быть объяснены только моделью, в которой события внутри очаговых спаек запускают сигнальные пути, которые управляют реакцией клеток на силу. Точные характеристики остаются неизвестными, но мы постулируем, что как общие уровни силы, так и скорости нагружения изменяют динамику внутри фокальных спаек, чтобы влиять на сигнальные выходы, которые затем обратятся к функциям управления, таким как полимеризация актина и генерация силы, которые являются фундаментальными для восприятия и регулирования ВКМ.

Выводы, перспективы.

Период жизни отдельных клеток ограничен, как и периода полураспада компонентов матрикса соединительные ткани, если они подвергаются постоянному обороту при воздействии механических нагрузок, будь то квазистатические или динамические. Следовательно, чтобы поддерживать общую форму и функцию, резидентные клетки должны постоянно оценивать структурную целостность матрицы и поддерживать, ремоделировать или восстанавливать компоненты ВКМ в зависимости от обстоятельств.

Важно отметить, что сравнительная стабильность свойств здоровой матрицы на протяжении большей части жизни подразумевает, что организация и, следовательно, жесткость должны находиться под гомеостатическим контролем. То есть должны существовать механизмы, позволяющие выявлять изменения и способствовать гомеостазу. Это представление подтверждается исследованиями, показывающими существенное обратное развитие фиброза при жировой болезни печени после снижения веса или фармакологического лечения. Регрессия рака молочной железы после химиотерапии аналогичным образом приводит к снижению жесткости стромальной ткани у некоторых больных. Однако жесткость не всегда легко обратима. Артерии неуклонно застывают с возрастом. в настоящее время они являются мишенью терапии “снятия жесткости”, хотя результаты до настоящего времени были скромными. Гипертония усугубляет этот процесс, и фармакологически снижение артериального давления не было обнаружено, чтобы обратить вспять жесткость. Этот тканеспецифический эффект может быть обусловлен экстремальными, повторяющимися механическими нагрузками, испытываемыми артериями, и необратимой потерей эластина, который необходим для эластичности стенок сосудов и их гомеостаза.

Удивительно, но природа контуров отрицательной обратной связи, необходимых для гомеостатического контроля жесткости, в значительной степени неизвестна. COX2-зависимые метаболиты арахидоновой кислоты были вовлечены в поддержание комплаентности в артериях и легких. Однако в артериальном исследовании липопротеины высокой плотности контролировали экспрессию COX2, тогда как в легком исследовании более жесткие субстраты снижали экспрессию COX2 и высвобождение простагландинов, что способствовало увеличению сократительной способности. Таким образом, COX2-зависимые пути, по-видимому, не участвуют в регуляторных цепях, которые опосредуют гомеостаз.

То, что было идентифицировано и широко изучено в искуственно созданой среде, - это петля положительной обратной связи, которая, как было предсказано, приведет к фиброзу. Покрытие клеток на жестком матриксе или в нем приводит к повышению сократительной способности и образованию актиновых стрессовых волокон, подавлению коллаген-деградирующих протеаз и повышению экспрессии генов коллагена. Клетки также проявляют повышенную чувствительность к TGF-β, что приводит к дальнейшему синтезу коллагена и подавлению активности протеаз. Главный вопрос, таким образом, заключается в том, почему этот фиброзный путь был так легко изучен, в то время как так мало известно о петле отрицательной обратной связи для гомеостаза? Одна из вероятных возможностей заключается в том, что культура лабораторных иследований, которая обычно использует сыворотку в искусственной среде, имитирует заживление ран, а не спокойные, нативные условия.

Остается несколько основных нерешенных вопросов: как ткани поддерживают нормальную организацию матрикса и жесткость тканей? Какие пути опосредуют петлю отрицательной обратной связи, которая препятствует прогрессированию в сторону более жесткой матрицы и более высокой сократительной способности клеток? Что управляет переключением между этими двумя состояниями: гомеостатическим, поддерживающим здоровье, и фиброзным, нарушающим функционирование многих тканей? Наконец, можем ли мы разработать методы лечения, чтобы разорвать фиброзный цикл и восстановить гомеостатическое состояние? Детальное понимание регуляторных путей и факторов, определяющих переключение между этими состояниями, вероятно, будет наилучшим путем продвижения вперед.

Спойлер

Please register or login to see the hidden image.

*****

Ближе к делу!

Ближе к нам, а то есть к НУПу. Механическая стимуляция как можно понять из выше изложенного является важным модулятором клеточной функции и играет решающую роль при развитии и восстановлении тканей. Механические стимулы передаются клеткам через внеклеточный матрикс, который обеспечивает адгезивную поверхность для клеток и структурную организацию ткани.
Клетки - чувствительны к механическим деформациям (которым Мы их подвергаем), тем не менее они отвечают на это ремоделированием окружающиму их ВКМ.

Впервые роль механических стимулов была описана в исследованиях ремоделирования костей и их применении, в настоящее время учёные активно исследуют механотрансдукцию для многих других типов тканей, включая и соеденительную. За этими иследованиями нужно следить, это я говорю про будущее, а сейчас предложения остаются теми же - контролируйте процесс тренеровок, если чувствуете потерю чувствительности к растягивающим воздействиям, возьмите предупредительный перерыв в тренеровках, не совершайте ошибок, это главный прицип избежания вашего первого плато, если Вы новичек и пришли в эту тему.

Послушайте. Некоторые из Вас знают как долго я находился в плато и даже после сверх интенсивных тренеровок я не мог перешагнуть за барьер в 1 мм. Когда я переварил это, у меня открылись глаза на многое.

Попробуйте принять эту гипотезу.

Поймите, рано или поздно Мы достигаем плато, и некоторые из нас продолжают работать с горящими глазами, будучи не в состоянии прорваться, несмотря на все усилия, которые только усугубляют положение на мой взгляд. Некоторые из нас идут по другому пути, идя на перерывы для снятия адаптации ПЧ к нагрузкам, будь это из-за лени, либо интуитивно. Новейшие знания о механотрансдукции и гомеостазе внеклеточного матрикса позволяют предположить, что именно снятие адаптации нам и нужно, если говорить прямо.

Клетки воспринимают механическую нагрузку через ВКМ, и он активно регулирует множество функций, включая клеточные функции и реакцию роста. ВКМ в первую очередь отвечает за адаптацию к механическим нагрузкам. Он регулирует удлинение из-за экспрессии генов коллагена и жесткости ВКМ.

Спойлер

Экспрессия генов — это процесс, в котором наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок.

ВКМ, подвергшийся воздействию внешних напряжений, должен реагировать на деформацию повышением внутренних напряжений. Внутреннее напряжение должно соответствовать внешним напряжениям, приложенным для достижения гомеостаза ВКМ. Этот же механизм отвечает за адаптацию к тренировочным нагрузкам в долгосрочной перспективе. ВКМ сам приспосабливается к внешним воздействиям. К сожалению для нас, остаются остаточные напряжения, которые пропорциональны остаточному удлинению тканей, достигаемому за счет интенсивного НУПа.

Нуперы начинающие набирать и порой даже очень быстро, не имеющие достаточного времени для отдыха от тренеровок между всплесками роста, подвергают свои ПЧ состоянию плато из-за накапливающегося внутреннего остаточного напряжения ВКМ.

Существуют гипотезы расчета внутреннего спада напряжения ВКМ, которые предполагают, что за один час сжимающая сила внутри ВКМ клетки будет уменьшена на 50% от напряжения, вызванного начальной деформацией.
Продолжая держать напряжение, скажем, с помощью длительного хитроумного приспособления в течение 24 часов внутреннее напряжение уменьшилось до 40% , после непрерывного использования всего одного месяца напряжение должно было бы снизиться до 30%.

Очевидно, что от применения методологий релаксации напряжения, ползучести или гибрида обоих, приводит к непрерывному снижению жесткости ВКМ.

Степенная экспонента 0,08 принимается для распада напряжений ВКМ.

Please register or login to see the hidden image.

Экспонента для клеточного напряжения - это степенная экспонента, равная 0, указывающая на чисто упругое твердое тело, а 1 - на чисто вязкую жидкость. В клетках степенной показатель обычно находится в диапазоне от 0,1 до 0,5.
Помимо более высокого модуля упругости, биополимеры внеклеточного матрикса проявляют степенные механические реакции, аналогичные клеткам, причем степенные показатели обычно ниже 0,1—ближе, чем клетки к идеальному упругому твердому телу.
Следовательно, ткань и так же соеденительная, как комбинация клеток и внеклеточного матрикса также демонстрирует мощную релаксацию напряжений и ползучесть.

Это краткая выборка из научных трудов, если есть желание ознакомиться ближе, то в спойлере (на англ.)

Спойлер

Please register or login to see the hidden image.

Теперь зная это, мы понимаем, что то, что происходит внутри - это удлинение из-за внешних сил, которое так же относится и к остаточному удлинению. Имею в виду постоянные выгоды.
Степенной закон можно использовать на себе, чтобы узнать точные данные о том, сколько у Вас осталось остаточного напряжения в тканях. Заранее прошу прощения за то, что не буду отвечать на такие вопросы и тем более рассчитывать каждому это. Это требует времени, и индивидуального подхода. Хорошая ситуация когда Вы вели изначальный учёт своих парамметров, брать увеличенный BPFSL и отталкиваться от него. Но не будем об этом. Если интересно, я конечно буду это вычислять на себе в будущем, для более продуктивных тренеровок.

Спойлер

Степенной закон — это такая функциональная зависимость между двумя величинами, при которой относительное изменение одной величины приводит к пропорциональному относительному изменению другой.

Дальше. Какой первичный механизм лежит в основе снижения остаточного напряжения, назвать сложнее. Это должна быть смесь оборота коллагена и клеточного сокращения, уменьшающегося из-за миграции клеток и оборота ВКМ. Вычислительные модели показывают, что механический гомеостаз в соединительных тканях зависит в первую очередь от четырех ключевых факторов:

• скорости производства ВКМ
• скорости удаления ВКМ
• механических свойств составляющих ВКМ
• степень предварительного напряжения, которая встроена в эти составляющие при депонировании.

Будучи обычными нуперами, мы не сможем узнать этих данных пока их нет предоставит научное сообщество. Но то, что мы уже можем, так это взглянуть на стадию созревания коллагена, а также на фазу ремоделирования коллагенового матрикса, перестраивающегося для нового гомеостатического состояния в удлиненном каркасе.

Полное созревание коллагенового ремоделирования должно занять два года для полного оборота.
Есть популярное предположение среди понимающих, что стадия реконструкции/ремоделирования должна быть завершена минимум на 80%, если Мы стремимся к тому, чтобы новая НУП-программа принесла удобоваримый прирост.

Мы вполне можем использовать здесь закон Парето. Если мы вообще не создавали травму, то можно предположить, что возвращение ПЧ к гомеостазу ВКМ будет в первую очередь результатом оборота коллагена. Правильно организованная среда отдыха должна привести к общему периоду полураспада коллагена за 90 дней, поскольку Мы работаем над специфичной соединительной тканью, а контекст этой темы все же в ВКМ, наш ВКМ не относится к опорно-двигательному или сердечно-сосудистому матриксу. Таким образом, используя Парето, Мы ожидаем желательно 80% оборота коллагена перед началом нового цикла роста. Мы можем предположить, что потребность в отдыхе составляет 210 дней для 80%.

[YoYo]

Еще одна зачетная темка! Как раз детально о том как коллаген образуется и какие процессы

Но самую малость не согласен с этим.

В 16.05.2020 в 16:33, Sweet сказал:

Полное созревание коллагенового ремоделирования должно занять два года для полного оборота.
Есть популярное предположение среди понимающих, что стадия реконструкции/ремоделирования должна быть завершена минимум на 80%, если Мы стремимся к тому, чтобы новая НУП-программа принесла удобоваримый прирост.

Как ни печально это работает только для обычных тканей под обычными (не сверх) нагрузками. Скорость удаления старого коллагена в разы ниже скорости добавления нового под нагрузкой. Как результат у ветеранов нупа скорость ремоделирования укрепленной туники может занять года :( И тогда нужны дополнительные средства в период отдыха: массаж (не нуп тренировки, а именно массаж), лидаза, кислоты (последнее вообще экстрим)

[Sweet]

Please register or login to see the hidden image.

 я изучал много научных трудов о сухожильной ткани в частности и полагаю, что все таки гипотеза верна. Мы не совершаем сверх нагрузки я думаю, в добавок извини, но я склоняюсь к тому, что рост мы получаем во многих областях: области пластической деформации (редко), эластичный предел (часто) и предел пропорциональности (усредненно), а не полных/частичных разрывов пучков коллагеновых структур, как ты ранее упомянал в другом топике, хотя... Но даже если нупер рискует и форсирует при упражнениях над соеденительной тканью, ты должен его придупредить, что фиброзные изменения не будут стоять в стороне, саморегуляция нашего организма так устроена, что если атаковать, тем более постоянно, организм будет защищаться все лучше и лучше.

Лидаза, кислоты (?) это в какой-то степени пройденный этап и не доказал свою эффективность, плюс опасен, я против этого. Я пришел к тому, что нуп должен быть грамотный и безопасный. То с чем мы работаем должно служить нам до последнего дня в идеале. Но ты опять очень близко. Деградацию коллагена мы могли бы вызвать ударно волновой терапией, но сообщество не готово к этому. Камень преткновения к сожалению деньги, даже если один может себе позволить дорогостоящий аппарат, другим придется только мечтать об этом. Однако я просто не углублялся в эту тему со стороны финансов и поиска нужного. Но здесь вопрос всего-лишь во времени. Просто сократить время отдыха от нупа. Чтобы прийти на свежее поле.

[YoYo]

В 25.05.2020 в 00:08, Sweet сказал:

Но даже если нупер рискует и форсирует при упражнениях над соеденительной тканью, ты должен его придупредить, что фиброзные изменения не будут стоять в стороне, саморегуляция нашего организма так устроена, что если атаковать, тем более постоянно, организм будет защищаться все лучше и лучше.

так я именно об этом и говорю. что на любую нагрузку будет ответ укрепляющий нагружаемую ткань.

Насчет всего экстрима - да это реально опасно. Как и тот же ультразвук при неправильном применении. И я полностью согласен что НУП должен быть безопасным

P.S. Различные кислоты как и ферменты типа лидазы применяются в пластической хирургии при лечении шрамов и рубцов (даже очень глубоких, более 1 см), поэтому тоже могут работать для уменьшения количества коллагена (это то что я проверил и это работает, но расписывать здесь точно не буду ибо экстрим и без понимания того что делаешь - будет полный писец, есть негативный опыт, не мой)

[Sweet]

Please register or login to see the hidden image.

 ты проверил и это сработало, однако опыт все таки не твой, забавно. Я бывал на гратисе, и знаю о применении лидазы. Это не то что нужно, ещё раз повторю. И никто это применять не будет. Я знаю ещё много, что можно предложить, но пытаюсь предложить только самое ценное и безопасное. 

9 часов назад, YoYo сказал:

так я именно об этом и говорю. что на любую нагрузку будет ответ укрепляющий нагружаемую ткань.

Ты как будто бы издеваешься?) Я ведь предлагаю способы как минимизировать это, твое дело принимать это или нет...

[YoYo]

7 часов назад, Sweet сказал:

ты проверил и это сработало, однако опыт все таки не твой, забавно

Написал просто через жопу. Я то проверил на себе и сработало (не случайность, т.к. делаю это периодически уже довольно долго), но по глупости дал совет одному неразумному и результат у него был жесть. хорошо хоть не сжег всю кожу на ПЧ. Теперь я больше такой ошибки не совершу.

В большинстве случаев пользователи форумов подобных данному хотят все сразу и сейчас. Поэтому любые опасные методы они в 90% случаев сделают в самом опасном и экстремальном варианте.

[Sweet]

Please register or login to see the hidden image.

 не бывает все сразу, я в некоторой степени пытаюсь донести этот момент, большинство ребят понимают это. Было бы здорово, если б ты создал дневник у нас на сайте и описал свой опыт и все то, через, что ты прошел. Ветераны, труднорастущие, энтузиасты это то, что нужно.

[Gorilla]

Please register or login to see the hidden image.

 присоединяюсь.

 Статью ещё не читал, уж больно страшная она своими объемами.

[Sweet]

1 час назад, Gorilla сказал:

Статью ещё не читал, уж больно страшная она своими объемами.

Прочти и если возникнет потребность в более подробном объяснении, дай знать. Учти так же и то, что львиная доля материала - ознакомление биомеханике.

[Gorilla]

Please register or login to see the hidden image.

 Шеф

[SPQR]

Please register or login to see the hidden image.

 отличная статья! Спасибо что заморачиваешься для нас. Я за этой темой слежу и перечитываю твои прошлые, пытаясь вникнуть во все это. Научиться бы еще брать себе достаточное время.

[sambucus]

В 25.05.2020 в 15:47, Sweet сказал:

Please register or login to see the hidden image.

 не бывает все сразу, я в некоторой степени пытаюсь донести этот момент, большинство ребят понимают это. Было бы здорово, если б ты создал дневник у нас на сайте и описал свой опыт и все то, через, что ты прошел. Ветераны, труднорастущие, энтузиасты это то, что нужно.

Please register or login to see the hidden image.

 Уважаемые! А надо -ли спешить? И тем более, когда неподготовленному молодому человеку дать в руки какой-либо прибор для увеличения ПЧ и воможно он и увеличит на некоторое время ,но он же не пройдет курс самопознания себя и не научится отслеживать изменение организма на действия . Да и просто, он не  приобретет навыки управления своими органами конкретно сам  ч/з мозговые импульсы. Лучше двигаться без рывков, но к заветной цели. А вы знаите кого  в горах срочно спускают вниз -качков т.к они спринтеры, а стайеры и марафонца идут дальше. Поэтому лучше медленно вперед ,чем когда тебя спускают вниз с  высоты больше 3км -лежа.

[Астролог]

 

Цитата

В 16.05.2020 в 18:33, Sweet сказал:

Мы можем предположить, что потребность в отдыхе составляет 210 дней для 80%.

 

Акуна матата,смысл нупа так прост,

акуна матата,тяни пч во весь роооост

забудь заботы,реелаксируй пч,вот и весь секрет

Хоть нупь сто лет!

Свежая кровь в теории нупа,так держать.Ну в общем у меня пара вопросов:

А разницы в продолжительности необходимого отдыха у чела что жестил год и кто полгода умеренно нупил разве не будет?

По поводу степенного закона,вы написали что не будете отвечать,но всё же:можно хотя бы формулу,а мы уж сами рассчитаем.

[Sweet]

57 минут назад, Астролог сказал:

А разницы в продолжительности отдыха у чела что жестил год и кто полгода умеренно нупил разве не будет?

Что значит жестил и умеренно нупил в твоём понимании?

Перерыв берется из-за плато. Чем больше нупер вырос тем дольше должен быть перерыв. 

57 минут назад, Астролог сказал:

А есть ли что нибудь,что разрушало бы фиброзные участки ткани(ну те которые ожесточились,потеряли эластичность)пчелиный яд например?

Постепенно - все пролиферирует. Про разрушение мне не известно, этим не интересовался никогда, цель другая - вырастить, а не разрушить. Про пчелиный яд не видел ни одного исследования на соеденительные ткани, в том числе яд никак не дойдет до туники из жала, я вообще мало себе это представляю, даже будучи растворенным в крови, он не несёт в себе чего то важного для нупа.

57 минут назад, Астролог сказал:

По поводу степенного закона,вы написали что не будете отвечать,но всё же:можно хотя бы формулу,а мы уж сами рассчитаем.

И сейчас не собираюсь, когда дойдут руки до этого, тогда и смогу озвучить. В добавок, чтобы понимать какое остаточное напряжение осталось и использовать степенной закон максимально четко нужно было прочитать дальше:

Цитата

В 16.05.2020 в 19:33, Sweet сказал:

• скорости производства ВКМ
• скорости удаления ВКМ
• механических свойств составляющих ВКМ
• степень предварительного напряжения, которая встроена в эти составляющие при депонировании.

 

Это то, что следует изучать, разве мало побуждений к действию? А без точности, я уже написал - 210 дней, можно больше, тут в единственном случае всегда выгоднее сделать перерыв дольше. Я бы прерывался на ещё большее время. Остаточные напряжения могут копиться более 10ти лет, поэтому, если не вмешиваться в ремоделирования коллагена и просто ждать, отдых должен быть продолжительный.

[sambucus]

1 час назад, Sweet сказал:

пчелиный яд не видел ни одного исследования на соеденительные ткани, в том числе яд никак не дойдет до туники из жала, я вообще мало себе это представляю, даже будучи растворенным в крови, он не несёт в себе чего то важного для нупа.

Да,наверное на соединительные ткани яд и не действует,но он очень хорошо воздействует на простату и соответственно после применения пчелиного яда значительно увеличивается струя мочеотведения. Кроме того яд пчел действует угенетающе на всю болезненную микрофлору органов малого таза. Конечно , апи терапевтов  не рекомендуют ставить пчел на ствол ПЧ.  И вместе с тем, если человек вылечит эти заболевания ,то и НУП у него получиться удачным. ЧЛЕН он часть нашего организма.