TKANKA ŁĄCZNA Funkcje tkanki łącznej Funkcja mechaniczna: łączenie, utrzymywanie i podpieranie komórek i ich zespołów w narządach 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 TKANKA ŁĄCZNA WŁAŚCIWA Włókna Substancja podstawowa Tkanka łączna zawiera znacznie więcej składników substancji międzykomórkowej niż komórek Substancja międzykomórkowa tkanki łącznej 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 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 - proteoglikany agregat proteoglikanów białko rdzeniowe 2. Włókna - włókna kolagenowe - włókna siateczkowe (srebrochłonne) - włókna sprężyste (elastyczne) kwas hialuronowy łańcuchy GAG Powszechne proteoglikany: - agrekan - perlekan - dekoryna - syndekan 1
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 (mikroskop elektronowy) grube (kilka μm) tworzą pęczki odporne za rozciąganie i rozerwanie włókno łańcuchy α cząsteczki kolagenu fibryle Prążkowanie fibryli kolagenowych wynika z uporządkowanego układu cząsteczek kolagenu w fibryli - okres prążkowania ok. 67 nm Synteza kolagenu i tworzenie włókien kolagenowych Etapy wewnątrzkomórkowe: 1. Translacja preprokolagenu (siateczka szorstka) 2. Hydroksylacja i glikozylacja cząsteczek preprokolagenu (j.w.) Włókna siateczkowe (retikulinowe, srebrochłonne) 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) 3. Tworzenie potrójnej spirali cząsteczki prokolagenu (j.w.) 4. Transport cząsteczek prokolagenu do aparatu Golgiego i wydzielanie (egzocytoza konstytutywna) Etapy zewnątrzkomórkowe: 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 Typ Morfologia Lokalizacja I II III NAJPOWSZECHNIEJSZE TYPY KOLAGENU grube włókna kolagenowe cienkie włókna kolagenowe włókna siateczkowe 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 IV układy sieciowe blaszki podstawne, torebka soczewki oka 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
Za własności mechaniczne włókien sprężystych odpowiada elastyna rozluźniona 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 rozciągnięta Komórki tkanki łącznej właściwej fibroblasty makrofagi komórki plazmatyczne komórki tuczne telocyty adipocyty leukocyty krwi * * nie są komórkami tk. łącznej Pochodzenie: z komórek mezenchymatycznych (fibroblasty, telocyty adipocyty) ze szpiku krwiotwórczego lub bezpośrednio z komórek krwi (mastocyty, makrofagi, plazmocyty) 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 fibroblasty spoczynkowe 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... Stany czynnościowe makrofagów: spoczynkowe (osiadłe) wędrujące (wolne, aktywowane) wielokształtne (zdolne do ruchu pełzakowatego) fałdy i wpuklenia błony komórkowej (fagocytoza) liczne lizosomy (marker makrofagów: fosfataza kwaśna) Pochodzenie: monocyty krwi Fagocytoza: niespecyficzna specyficzna (immunofagocytoza) 3
...produkują również substancje regulujące czynność innych komórek w procesach obronnych, substancje antybakteryjne i prezentują antygeny w reakcjach immunologicznych M1 prozapalne M2 przeciwzapalne Makrofagi niejednorodna populacja: 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 Lokalizacja krew tkanka łączna (histiocyty) narządy limfatyczne szpik kostny jamy surowicze makrofagi pęcherzykowe płuca makrofagi śledzionowe śledziona komórki (Browicza-)Kupffera wątroba komórki Hoffbauera łożysko komórki mikrogleju CSN osteoklasty * kość *specyficzne, odmienne od innych makrofagów 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 (ECF, NCF) Syntetyzowe doraźnie i natychmiast wydzielane: prostanoidy (leukotrieny) czynnik aktywujący płytki krwi (PAF) wolne rodniki Syntetyzowane po aktywacji genów: cytokiny (interleukiny, TNF i in.), czynniki wzrostu 4
Aktywacja mastocytów 1. Przyłączenie antygenu do przeciwciał klasy IgE związanych z receptorami na powierzchni mastocytów 2. Aktywacja szeregu wewnątrzkomórkowych szlaków sygnalizacyjnych prowadzących m.in. do wzrostu poziomu jonów wapniowych i aktywacji kinaz 3. Uruchomienie egzocytozy ziaren (degranulacja) 4. Aktywacja fosfolipazy A2 i produkcja mediatorów lipidowych (gł. leukotrienów) 5. Aktywacja genów i uruchomienie produkcji i wydzielania cytokin Mastocyty są głównymi komórkami wykonawczymi w reakcjach alergicznych Telocyty mają bardzo długie i bardzo cienkie wypustki z lokalnymi poszerzeniami występują w śródmiąższowej tkance łącznej wielu narządów łącząc się wypustkami tworzą sieć swoimi wypustkami kontaktują się też z innymi komórkami tkanki łącznej i leukocytami odgrywają rolę sieci sygnalizacyjnej wpływając na czynność innych komórek poprzez wydzielanie substancji sygnałowych, a także odszczepianie mikropęcherzyków i egzosomów koordynują funkcje komórek śródmiąższowej tkanki łącznej Klasyfikacja odmian tkanki łącznej 1. Tkanka łączna embrionalna: tkanka mezenchymatyczna tkanka łączna galaretowata Tkanka mezenchymatyczna: komórki mezenchymatyczne, macierzyste i niskozróżnicowane substancja podstawowa, brak włókien 2. Tkanka łączna właściwa: tkanka łączna wiotka tkanka łączna zbita (włóknista) tkanka łączna siateczkowata tkanka tłuszczowa 3. Tkanka łączna podporowa: chrząstka kość 4. Krew tkanki płodowe Tkanka łączna galaretowata: prymitywne fibroblasty i mezenchymatyczne komórki macierzyste substancja podstawowa (dużo) delikatne fibryle kolagenowe (niewiele) Tkanka łączna wiotka: komórki tk. łącznej + krwinki białe substancja podstawowa i włókna w równych ilościach powszechna - tworzy wewnętrzne rusztowanie w narządach sznur pępowinowy, miazga zęba - wprowadza naczynia i włókna nerwowe w głąb narządów 5
Tkanka łączna zbita (włóknista): znaczna przewaga włókien kolagenowych nad subst. podstawową najliczniejsze komórki spoczynkowe fibroblasty zwarty układ włókien kolagenowych (typ I) tworzących grube pęczki niewiele substancji podstawowej regularna ścięgna, więzadła, rogówka* nieregularna skóra właściwa, torebki narządów, twardówka fibroblasty Budowa ścięgna: zwarty, równoległy układ pęczków włókien kolagenowych pomiędzy pęczkami spoczynkowe fibroblasty układające się w szeregi niewielka ilość włókien spężystych (amortyzacja) cienkie przegrody z tkanki łącznej wiotkiej zawierające naczynia Tkanka łączna siateczkowata: komórki z wypustkami (głównie fibroblasty i makrofagi) włókna srebrochłonne Tkanka łączna siateczkowata tworzy rusztowanie w narządach limfatycznych i w szpiku kostnym Tkanka tłuszczowa żółta: adipocyty jednopęcherzykowe (zwarty układ) niewiele istoty międzykomórkowej (głównie wł. srebrochłonne) bogate unaczynienie budowa zrazikowa 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 Adipocyt jednopęcherzykowy: duży (do 100 μm) pojedyncza wielka kropla lipidowa otoczona siecią filamentów pośrednich obwodowa warstwa cytoplazmy z jądrem i organellami blaszka podstawna Funkcje metaboliczne: (zależnie od zapotrzebowania) - pobieranie składników lipidów - synteza lipidów - magazynowanie lipidów - rozkład lipidów - wydzielanie składników lipidów Dość powszechna u noworodków, u dorosłych nieliczne grupy komórek Funkcje: jak tkanka tłuszczowa żółta, - ponadto produkcja ciepła 6
Adipocyt wielopęcherzykowy: mniejsze (20-40 μm) liczne drobne krople lipidowe centralnie położone jądro liczne mitochondria Tkanki podporowe: - chrząstka - kość Mitochondria adipocytów wielopęcherzykowych zawierają w błonie wewnętrznej specjalne białko (UCP1, termogenina), które korzystając z gradientu protonowego wytwarza energię cieplną Własności mechaniczne tkanek podporowych zależą od składu ich substancji międzykomórkowej CHRZĄSTKA Komórki produkujące składniki substancji międzykomórkowej w chrząstce (chondroblasty, chondrocyty) i w kości (osteoblasty, osteocyty) są wyspecjalizowanymi odmianami fibroblastów i ich postaci spoczynkowych. komórki: - kom. chondrogenne - chondroblasty - chondrocyty substancja międzykomórkowa: - włókna kolagenowe - proteoglikany bogate w siarczany chondroityny - białka niekolagenowe (chondronektyna, fibronektyna, ankoryna) chondrocyty 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 Ochrzęstna - odżywianie i wzrost chrząstki warstwa zewn. włóknista warstwa wewn. z naczyniami i kom. chondrogennymi chondrocyt! chrząstka stawowa: brak ochrzęstnej macierz torebkowa macierz terytorialna grupa izogeniczna macierz międzyterytorialna Ochrzęstna: warstwa tkanki łącznej włóknistej na powierzchni chrząstki Wzrost chrząstki: przez apozycję (od ochrzęstnej) śródmiąższowy (podziały chondrocytów, produkcja nowej substancji międzykomórkowej) Pomimo tych możliwości, dojrzała chrząstka ma słabe zdolności regeneracyjne u osób młodych i praktycznie żadne u osób starszych 7
Chrząstka szklista terytoria chrzęstne wyraźne sieć cienkich włókien kolagenowych typu II 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 Własności mechaniczne: sztywna odporna na ściskanie Tkanka o niskim metaboliźmie tlenowym Odporność chrząstki szklistej na ściskanie wynika z własności cząsteczek agrekanu polianionów wiążących wodę Pod wpływem ucisku: cząsteczki wody są wypychane spomiedzy łańcuchów GAG jednoimienne ujemne ładunki grup siarczanowych w GAG odpychają się elektrostatycznie GAG SO 4 -- H 2O SO 4 -- Chrząstka sprężysta terytoria chrzęstne włókna kolagenowe typu II włókna sprężyste substancja podstawowa 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 I 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 I - 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 8
Osteocyty spłaszczone duże jądro cienkie wypustki połączone połączeniami szczelinowymi Osteocyty i ich wypustki zajmują niezmineralizowane przestrzenie w substancji miedzykomórkowej: jamki i kanaliki kostne. System połączonych jamek i kanalików oraz obecność niezmieneralizowanej macierzy stanowią drogę dla dyfuzji tlenu, substancji odżywczych i metabolitów - zawsze komunikują się z przestrzeniami zawierającymi naczynia krwionośne (z kanałami naczyniowymi lub ze szpikiem) Osteoklasty komórki trawiące kość bardzo duże wielojądrzaste brzeżek koronkowy strefa gładka pęcherzyki hydrolazowe, pęcherzyki endocytarne, 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 Osteoklasty lokalnie resorbują kość poprzez demineralizację oraz trawienie zewnątrzi wewnątrzkomórkowe Jednostką strukturalną dojrzałej (blaszkowatej) kości jest blaszka kostna 3-5 μm (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 Blaszka kostna - składniki: zmineralizowana substancja międzykomórkowa z równoległym układem włókien kolagenowych jamki i kanaliki zawierające osteocyty i ich wypustki Typy dojrzałej kości: gąbczasta zbita W kości gąbczastej, równolegle ułożone blaszki kostne budują beleczki kostne. Beleczki tworzą sieć, w okach której znajduje się szpik kostny z naczyniami W kości zbitej, blaszki kostne układają się koncentrycznie wokół kanałów naczyniowych (kanałów Haversa) tworząc osteony (systemy Haversa). Zwarty układ równoległych osteonów tworzy kość. kości płaskie i nieregularne, nasady kości długich trzony kości długich powierzchniowa (korowa) warstwa kości płaskich i nieregularnych oraz nasad kości długich 9
Typy blaszek kostnych w trzonie kości długiej: systemowe międzysystemowe okrężne - zewnętrzne - wewnętrzne Osteon 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 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 Kostnienie (osteogeneza) Kostnienie na podłożu mezenchymatycznym (np. kości płaskie) Rozrost i przebudowa pierwotnych beleczek kostnych wymaga skoordynowanej działalności osteoblastów i osteoklastów 1. Komórki mezenchymy produkują substancję podstawową kości (osteoid)... 2.... 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. Jako pierwsza powstaje kość grubowłóknista (plecionkowata), o nieregularnym układzie włókien kolagenowych, która zostaje potem przebudowana w kość blaszkowatą Kostnienie na podłożu chrzęstnym (np. kości długie) 1. Degeneracja i mineralizacja chrząstki wewnątrz trzonu (wytworzenie pierwotnego punktu kostnienia), wytworzenie mankietu kostnego wokół trzonu. 2. Wniknięcie pęczka okostnowego z naczyniami i komórkami osteogennymi, które przekształcają się w osteoblasty i rozpoczynają tworzenie pierwotnych beleczek kostnych. 3. Degeneracja chrząstki i tworzenie kości przesuwa się ku nasadom powiększa się jama szpikowa. 4. Utworzenie płytki wzrostowej na granicy trzonu i nasad. 5. Po urodzeniu: wytworzenie wtórnych punktów kostnienia w nasadach; kostnienie nasad. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6. Kostnienie (zarastanie) płytek wzrostowych - zakończenie wzrostu kości Płytka wzrostowa: 5 stref odzwierciedla kolejne etapy przekształcania chrząstki w kość chrząstka spoczynkowa chrząstka proliferująca chrząstka hypertroficzna chrząstka degenerująca mineralizacja chrząstki beleczki kości 10
Mineralizacja substancji międzykomórkowej Budowa stawu (diarthrosis) Torebka stawowa: warstwa włóknista (tkanka łączna zbita) 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 błona maziowa: tkanka łączna wiotka - makrofagi (synowiocyty A) - fibroblasty (synowiocyty B) naczynia krwionośne Uraz Gojenie złamania Faza reaktywna - powstanie krwiaka, stanu zapalnego oraz angiogenezy i indukcji komórek progenitorowych Miękki zrost (tk. chrzęstna) Zrost kostny (kość grubowłóknista) Przebudowa kości! martwe fragmenty (np. odłamy) - resorbcja 11