TKANKA ŁĄCZNA WŁAŚCIWA

Transkrypt

1 Funkcje tkanki łącznej Funkcja mechaniczna: łączenie, utrzymywanie i podpieranie komórek i ich zespołów w narządach TKANKA ŁĄCZNA WŁAŚCIWA Transport tlenu i metabolitów do komórek wszystkich tkanek i narządów (poprzez krew i substancję międzykomórkową) Obrona (przeciw patogenom, eliminacja obcych antygenów; nieswoista np. proces zapalny i swoista - reakcje immunologiczne) Produkcja substancji regulacyjnych działajacych na komórki różnych tkanek Magazynowanie i metabolizm tłuszczów Tkanka łączna jest najbardziej zróżnicowaną tkanką organizmu Komórki Substancja międzykomórkowa tkanki łącznej Włókna Substancja podstawowa Tkanka łączna zawiera znacznie więcej składników substancji międzykomórkowej niż komórek 1. Substancja podstawowa (bezpostaciowa w mikroskopie świetlnym) - glikozoaminoglikany (GAG) siarczany chondroityny, heparanu, keratanu, dermatanu; kwas hialuronowy - proteoglikany (białko rdzeniowe + łańcuchy GAG) - glikoproteidy tzw. białka niekolagenowe (np. laminina, fibronektyna, entaktyna, trombospondyna) - woda i jony 2. Włókna - włókna kolagenowe - włókna srebrochłonne (siateczkowe) - włókna sprężyste (elastyczne) Substancja podstawowa - ma formę wiążącej wodę sieci molekularnej, odpowiada za dyfuzję gazów i substancji (odżywczych, regulacyjnych, metabolitów) i ich dostarczenie do komórek - jest zbudowana z silnie uwodnionych proteoglikanów i ich agregatów, zawierających ładunki ujemne pochodzące z grup: -OSO - 3 i -COO - agregat proteoglikanów Włókna kolagenowe: zbudowane z kolagenu typu I (niekiedy II) kwasochłonne w mikroskopie świetlnym dzięki obecności licznych aminokwasów zasadowych w cząsteczce kolagenu składają się z prążkowanych fibryli (mikr. elektronowy) grube (kilka µm) tworzą pęczki odporne za rozciąganie i rozerwanie włókno proteoglikany białko rdzeniowe kwas hialuronowy łańcuchy GAG Popularne proteoglikany: - agrekan - perlekan - dekoryna - syndekan łańcuchy α cząsteczki kolagenu fibryle 1

2 Synteza kolagenu i tworzenie włókien kolagenowych Etapy wewnątrzkomórkowe: 1. Translacja preprokolagenu (siateczka szorstka) 2. Hydroksylacja i glikozylacja cząsteczek preprokolagenu (j.w.) 3. Tworzenie potrójnej spirali cząsteczki prokolagenu (j.w.) 4. Transport cząsteczek prokolagenu do aparatu Golgiego i wydzielanie (egzocytoza konstytutywna) Etapy zewnątrzkomórkowe: Prążkowanie fibryli kolagenowych wynika z uporządkowanego układu cząsteczek kolagenu w fibryli - okres prążkowania ok. 67 nm 5. Odcięcie końcowych odcinków peptydowych (propeptydów) przez peptydazy powstają cząsteczki kolagenu 6. Agregacja cząsteczek kolagenu w fibryle - cząsteczki kolagenu połączone bok do boku, boczna agregacja fibryli we włókna NAJPOWSZECHNIEJSZE TYPY KOLAGENU Typ I II III IV Morfologia grube włókna kolagenowe cienkie włókna kolagenowe włókna srebrochłonne układy sieciowe Lokalizacja powszechne, m.in. skóra, ścięgna, więzadła, kość, chrząstka włóknista, rogówka, tkanka łączna wiotka chrząstka szklista i sprężysta, krążki międzykręgowe, ciało szkliste oka powszechne, m.in. narządy limfatyczne, szpik kostny, skóra, mięśnie, płuca, wątroba blaszki podstawne, torebka soczewki oka Włókna srebrochłonne (retikulinowe) zbudowane z kolagenu typu III barwią się solami srebra (mikr. świetlny) składają się z prążkowanych fibryli (mikr. elektronowy) cienkie (1-2 µm) tworzą sieci o drobnych oczkach (rusztowanie dla komórek i ich grup) Włókna sprężyste (elastyczne) zbudowane z elastyny (rdzeń) i fibryliny (obwodowe mikrofibryle) cienkie (1 µm) tworzą sieci lub blaszki bardzo rozciągliwe i elastyczne wymagają specjalnych barwników (mikr. świetlny) 2

3 Za własności mechaniczne włókien sprężystych odpowiada elastyna Komórki tkanki łącznej właściwej fibroblasty makrofagi komórki plazmatyczne komórki tuczne adipocyty * komórki krwi - krwinki białe cząsteczki elastyny mają kształt nieregularnej spirali i są bocznie połączone mostkami zbudowanymi z desmozyny i izodesmozyny pod wpływem siły rozciągającej cząsteczki elastyny prostują się, a mostki zachowują integralność włókna Pochodzenie: z komórek mezenchymatycznych (fibroblasty i adipocyty) ze szpiku krwiotwórczego lub bezpośrednio z komórek krwi (komórki tuczne, makrofagi, komórki plazmatyczne) Fibroblasty produkują składniki substancji międzykomórkowej wydłużone, zasadochłonna cytoplazma duże jasne jądro, liczne jąderka bogata siateczka szorstka aparat Golgiego egzocytoza konstytutywna W dojrzałej tkance łącznej fibroblasty po obudowaniu się składnikami macierzy przekształcają się w słabo aktywne fibrocyty Główne produkty wydzielnicze: kolageny elastyna i fibrylina glikozoaminoglikany proteoglikany białka niekolagenowe metaloproteinazy macierzy fibryle kolagenowe cienkie, wydłużone lub wielokształtne słabo rozwinięte organelle kwasochłonna cytoplazma Makrofagi fagocytują i trawią mikroorganizmy, uszkodzone komórki, szczątki komórek i ciała obce... Makrofagi: spoczynkowe wędrujące (wolne) aktywowane wielokształtne (zdolne do ruchu pełzakowatego) fałdy i wpuklenia błony komórkowej (fagocytoza) liczne heterolizosomy (marker makrofagów: fosfataza kwaśna) Pochodzenie: monocyty krwi Fagocytoza: niespecyficzna specyficzna (immunofagocytoza) 3

4 ...produkują również substancje regulujące czynność innych komórek w procesach obronnych, substancje antybakteryjne i prezentują antygeny w reakcjach immunologicznych Makrofagi niejednorodna populacja: M1 prozapalne M2 przeciwzapalne aktywacja: aktywacja: cytokiny: interleukiny, interferon, TGF, TNF czynniki pobudzające różnicowanie leukocytów w szpiku czynniki antybakteryjne: wolne rodniki, lizozym Rodzina makrofagów Komórki plazmatyczne (plazmocyty) produkują immunoglobuliny Nazwa komórki monocyty (prekursory makrofagów) makrofagi makrofagi pęcherzykowe makrofagi śledzionowe komórki Browicza-Kupffera komórki Hoffbauera komórki mikrogleju osteoklasty* Lokalizacja krew tkanka łączna (histiocyty) narządy limfatyczne szpik kostny jamy surowicze płuca śledziona wątroba łożysko ośrodkowy ukł. nerwowy kość zegarowy układ chromatyny zasadochłonna cytoplazma siateczka szorstka aparat Golgiego egzocytoza konstytutywna Pochodzenie: limfocyty B Komórki tuczne (mastocyty), po aktywacji produkują i wydzielają czynniki prozapalne Produkty wydzielnicze mastocytów liczne, duże zasadochłonne ziarna aparat Golgiego nieregularne mikrokosmki lokalizacja w pobliżu naczyń Pochodzenie: szpik krwiotwórczy Magazynowane w ziarnistościach: histamina heparyna proteazy (chymaza i tryptaza) siarczan chondroityny czynniki chemotaktyczne przyciągające eozynofile i neutrofile Syntetyzowane doraźnie i natychmiast wydzielane: prostanoidy (leukotrieny) interleukiny czynnik aktywujący płytki krwi (PAF) wolne rodniki 4

5 Aktywacja mastocytów Klasyfikacja odmian tkanki łącznej 1. Tkanka łączna embrionalna: tkanka mezenchymatyczna tkanka łączna galaretowata 2. Tkanka łączna właściwa: tkanka łączna wiotka tkanka łączna zbita (włóknista) tkanka łączna siateczkowata tkanka tłuszczowa 3. Tkanka łączna podporowa: chrząstka kość 4. Krew Tkanka mezenchymatyczna: komórki mezenchymatyczne, macierzyste i nisko zróżnicowane substancja podstawowa Tkanka łączna galaretowata: prymitywne fibroblasty i mezenchymatyczne komórki macierzyste substancja podstawowa (dużo) delikatne fibryle kolagenowe (niewiele) tkanki płodowe sznur pępowinowy miazga zęba Tkanka łączna wiotka: komórki tk. łącznej + krwinki białe substancja podstawowa i włókna w równych ilościach Tkanka łączna zbita (włóknista): znaczna przewaga włókien kolagenowych nad subst. podstawową najliczniejsze komórki - fibrocyty zwarty układ włókien kolagenowych (typ 1) tworzących grube pęczki niewiele substancji podstawowej powszechna Tworzy wewnętrzne rusztowanie w narządach Wprowadza naczynia i włókna nerwowe w głąb narządów nieregularna skóra właściwa, twardówka, torebki narządów 5

6 Tkanka łączna siateczkowata: komórki z wypustkami (głównie fibroblasty i makrofagi) włókna srebrochłonne Tkanka łączna siateczkowata tworzy rusztowanie w narządach limfatycznych i w szpiku kostnym regularna ścięgna, więzadła, rogówka Tkanka tłuszczowa żółta: adipocyty jednopęchrzykowe (zwarty układ) niewiele istoty międzykomórkowej (głównie wł. srebrochłonne) bogate unaczynienie budowa zrazikowa Adipocyt jednopęcherzykowy: duży (do 100 µm) pojedyncza wielka kropla lipidowa otoczona siecią filamentów pośrednich obwodowa warstwa cytoplazmy z jądrem i organellami blaszka podstawna tkanka podskórna, otrzewna, torebki narządów Funkcje: gromadzenie i metabolizm tłuszczów, funkcja dokrewna Tkanka tłuszczowa brunatna: adipocyty wielopęcherzykowe (zwarty układ) niewiele substancji międzykomórkowej bogate unaczynienie liczne zakończenia nerwowe Funkcje metaboliczne: (zależnie od zapotrzebowania) - pobieranie składników lipidów - synteza lipidów - magazynowanie lipidów - rozkład lipidów - wydzielanie składników lipidów Adipocyt wielopęcherzykowy: mniejsze (20-40 µm) liczne drobne krople lipidowe centralnie położone jądro liczne mitochondria Dość powszechna u noworodków, u dorosłych nieliczne grupy komórek Funkcje: jak tkanka tłuszczowa żółta, - ponadto produkcja ciepła Mitochondria adipocytów wielopęcherzykowych zawierają w błonie wewnętrznej specjalne białko (UCP1, termogenina), które korzystając z gradientu protonowego wytwarza energię cieplną 6

7 Tkanki podporowe: Własności mechaniczne tkanek podporowych zależą od składu ich substancji międzykomórkowej - chrząstka - kość Komórki produkujące składniki substancji międzykomórkowej w chrząstce (chondroblasty, chondrocyty) i w kości (osteoblasty, osteocyty) są wyspecjalizowanymi odmianami fibroblastów i fibrocytów. CHRZĄSTKA Cechy wspólne dla wszystkich typów chrząstki: brak naczyń krwionośnych substancja podstawowa bogata w siarczany chondroityny chondrocyty zlokalizowane w jamkach: pojedynczo lub w niewielkich grupach (grupy izogeniczne) jamki z chondrocytami otoczone zagęszczoną substancją podstawową noszą nazwę terytoriów chrzęstnych komórki: - kom. chondrogenne - chondroblasty - chondrocyty chondrocyt chondrocyty substancja międzykomórkowa: - włókna kolagenowe - proteoglikany bogate w siarczany chondroityny - białka niekolagenowe (chondronektyna, fibronektyna, ankoryna) grupa izogeniczna macierz torebkowa macierz terytorialna Ochrzęstna - odżywianie i wzrost chrząstki macierz międzyterytorialna Chrząstka szklista warstwa zewn. włóknista warstwa wewn. z naczyniami i kom. chondrogennymi! chrząstka stawowa: brak ochrzęstnej Ochrzęstna: warstwa tkanki łącznej włóknistej na powierzchni chrząstki terytoria chrzęstne sieć cienkich włókien kolagenowych typu 2 w substancji podstawowej dominuje agrekan tworzący agregaty z kw. hialuronowym chrzęstne części żeber powierzchnie stawowe drogi oddechowe przegroda nosowa modele kości długich w życiu płodowym płytka wzrostowa Wzrost chrząstki: przez apozycję (od ochrzęstnej) śródmiąższowy (podziały chondrocytów, produkcja nowej substancji międzykomórkowej) Własności mechaniczne: sztywna odporna na ściskanie Pomimo tych możliwości, dojrzała chrząstka ma słabe zdolności regeneracyjne u osób młodych i praktycznie żadne u osób starszych Tkanka o niskim metaboliźmie tlenowym 7

8 Odporność chrząstki szklistej na ściskanie wynika z własności cząsteczek agrekanu polianionów wiążących wodę Chrząstka sprężysta SO 4 -- H 2 O terytoria chrzęstne włókna kolagenowe typu 2 włókna sprężyste substancja podstawowa Pod wpływem ucisku: cząsteczki wody są wypychane spomiedzy łańcuchów GAG jednoimienne ujemne ładunki grup siarczanowych w GAG odpychają się GAG SO 4 -- małżowina uszna przewód słuchowy zewn. trąbka słuchowa niektóre chrząstki krtani (np. chrz. nagłośniowa) Własności mechaniczne: sztywna elastyczna Chrząstka włóknista terytoria chrzęstne (nieliczne) równoległe pęczki włókien kolagenowych typu 1 substancja podstawowa (b. niewiele) brak ochrzęstnej niektóre przyczepy ścięgien i więzadeł do kości spojenie łonowe krążki międzykręgowe (pierścienie włókniste) Własności mechaniczne: odporna na rozciąganie i rozerwanie chrząstka włóknista ścięgno KOŚĆ komórki: - komórki osteogenne - osteoblasty - osteocyty - osteoklasty substancja międzykomórkowa: - fosforany wapnia (ok. 70%): kryształki hydroksyapatytów (HA), obecne wewnątrz fibryli kolagenowych, pomiędzy nimi i w substancji podstawowej - włókna kolagenowe typu 1 - substancja podstawowa: proteoglikany, białka niekolagenowe Komórki osteogenne: spłaszczone ubogie w organelle lokalizacja w dojrzałej kości: (nieliczne, spoczynkowe) w okostnej, w śródkostnej, w kanałach naczyniowych Osteoblasty: owalne, zasadochłonne szorstka siateczka, aparat Golgiego egzocytoza konstytutywna aktywność fosfatazy zasadowej produkują składniki substancji międzykomórkowej i regulują ich mineralizację lokalizacja: w obszarach nowo tworzonej lub przebudowywanej kości, nieaktywne osteoblasty w śródkostnej i kanałach naczyniowych Osteocyty spłaszczone duże jądro cienkie wypustki połączone neksusami Osteocyty i ich wypustki zajmują niezmineralizowane przestrzenie w substancji miedzykomórkowej: jamki i kanaliki kostne. System połączonych jamek i kanalików stanowi drogę dla dyfuzji tlenu, substancji odżywczych i metabolitów - zawsze komunikuje się z przestrzeniami zawierającymi naczynia krwionośne (z kanałami naczyniowymi lub ze szpikiem) 8

9 Osteoklasty lokalnie resorbują kość poprzez demineralizację oraz trawienie zewnątrzi wewnątrzkomórkowe Osteoklasty komórki trawiące kość b. duże wielojądrzaste brzeżek koronkowy pęcherzyki hydrolazowe, pęcherzyki endocytotyczne, lizosomy Pochodzenie: szpik krwiotwórczy (fuzja komórek prekursorowych o charakterze monocytów) Przebudowa kości (remodeling) umożliwia optymalne dostosowanie jej struktury do zmieniających się kierunków działających na kość sił. Przebudowa kości jest wynikiem skoordynowanej działalności osteoblastów i osteoklastów efektem jest zmiana układu beleczek kostnych lub osteonów Jednostką strukturalną dojrzałej (blaszkowatej) kości jest blaszka kostna (1) zamknięcie przestrzeni pomiędzy brzeżkiem koronkowym a powierzchnią kości przez pierścień integryn (2) wydzielenie H+ (pompa protonowa) zakwaszenie lokalna demineralizacja (3) wydzielenie enzymów hydrolitycznych (egzocytoza pęch. hydrolazowych) trawienie zewnątrzkomórkowe (4) endocytoza nadtrawionych fragmentów trawienie wewnątrzkomórkowe w lizosomach W kości gąbczastej, równolegle ułożone blaszki kostne budują beleczki kostne. Beleczki tworzą sieć, w okach której znajduje się szpik kostny z naczyniami 3-5 µm Składniki: zmineralizowana substancja międzykomórkowa z równoległym układem włókien kolagenowych jamki i kanaliki zawierające osteocyty i ich wypustki Typy dojrzałej kości: gąbczasta zbita kości płaskie i nieregularne, nasady kości długich W kości zbitej, blaszki kostne układają się koncentrycznie wokół kanałów naczyniowych (kanałów Haversa) tworząc osteony (systemy Haversa). Zwarty układ równoległych osteonów tworzy kość. Osteon trzony kości długich powierzchniowa (korowa) warstwa kości płaskich i nieregularnych oraz nasad kości długich walec, Ø < 200 µm, długość kilka mm 5-15 blaszek kostnych zawartość kanału Haversa: - naczynie włosowate - niezmielinizowane włókno nerwowe (czasem) - komórki osteogenne - nieaktywne osteoblasty i osteoklasty odśrodkowa dyfuzja tlenu i subst. odżywczych 9

10 Typy blaszek kostnych w trzonie kości długiej: systemowe międzysystemowe okrężne - zewnętrzne - wewnętrzne Kostnienie (osteogeneza) Kostnienie na podłożu mezenchymatycznym (kości płaskie) Okostna: tkanka łączna włóknista zawiera naczynia krwionośne wchodzące do kości w warstwie wewnętrznej obecne komórki osteogenne i nieaktywne osteoklasty Śródkostna: pojedyncza warstwa spłaszczonych komórek (komórki wyściółkowe - nieaktywne osteoblasty) wyścielająca wewnętrzne powierzchnie kości 1. Komórki mezenchymy produkują substancję podstawową kości (osteoid) i przekształcają się w komórki osteogenne i osteoblasty. 3. Osteoblasty produkują substancję międzykomórkową kości i otaczają się nią. 4. Rozpoczyna się mineralizacja, osteoblasty przekształcają się w osteocyty. 5. Powstają pierwotne beleczki kostne. Kostnienie na podłożu chrzęstnym (kości długie) Rozrost i przebudowa pierwotnych beleczek kostnych wymaga skoordynowanej działalności osteoblastów i osteoklastów Jako pierwsza powstaje kość grubowłóknista (plecionkowata), o nieregularnym układzie włókien kolagenowych, która zostaje potem przebudowana w kość blaszkowatą 1. Degeneracja i mineralizacja chrząstki wewnątrz trzonu (wytworzenie pierwotnego punktu kostnienia), wytworzenie mankietu kostnego wokół trzonu 2. Wniknięcie pęczka okostnowo- -naczyniowego z komórkami osteogennymi 3. Dalsza degeneracja chrząstki, tworzą się beleczki kostne i jama szpikowa 4. Wytworzenie wtórnych punktów kostnienia w nasadach 5. Kostnienie nasad, ograniczenie stref zajętych przez chrząstkę do powierzchni stawowych i płytek wzrostowych Kostnienie (zarastanie) płytek wzrostowych - zakończenie wzrostu kości Płytka wzrostowa: 5 stref odzwierciedla kolejne etapy przekształcania chrząstki w kość Mineralizacja substancji międzykomórkowej chrząstka spoczynkowa chrząstka proliferująca chrząstka hypertroficzna chrząstka degenerująca mineralizacja, beleczki kierunkowe 1. Odszczepianie się od degenerujących chondrocytów i osteoblastów pęcherzyków gromadzących Ca i P (pęcherzyki macierzy). 2. Krystalizacja Ca-P wewnątrz pęcherzyków 3. Wzrost kryształów rozerwanie pęcherzyków 4. Dalszy wzrost, zlewanie się i przebudowa kryształów w obrębie substancji międzykomórkowej 10

11 Budowa stawu (diarthrosis) Torebka stawowa: warstwa włóknista (tkanka łączna zbita) Uraz Gojenie złamania Faza reaktywna - powstanie krwiaka, stanu zapalnego oraz angiogenezy i indukcji komórek progenitorowych Miękki zrost (tk. chrzęstna) błona maziowa: tkanka łączna wiotka - makrofagi (synowiocyty A) - fibroblasty (synowiocyty B) naczynia krwionośne Zrost kostny (kość grubowłóknista) Przebudowa kości! martwe fragmenty (np. odłamy) - resorbcja 11