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 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 Klasyfikacja odmian tkanki łącznej Komórki Włókna Substancja podstawowa Tkanka łączna zawiera znacznie więcej składników substancji międzykomórkowej niż komórek Substancja międzykomórkowa tkanki łącznej 1. Substancja podstawowa (amorficzna w mikroskopie świetlnym) - glikozoaminoglikany (GAG) siarczany chondroityny, heparanu, keratanu, dermatanu, kwas hialuronowy; cząsteczki GAG są polianionami zawierającymi liczne grupy siarczanowe i karboksylowe - proteoglikany (PG) (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 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) grube (kilka μm) odporne za rozciąganie i rozerwanie składają się z fibryli utworzonych z cząsteczek kolagenu kwasochłonne w mikr. świetlnym liczne aminokwasy zasadowe w cząsteczce kolagenu wykazują prążkowanie (fibryli) w mikr. elektronowym uporządkowany układ cząsteczek kolagenu w fibryli włókna kolagenowe mogą grupować się w pęczki włókno 280 nm 67 nm 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: łańcuchy α cząsteczka kolagenu fibryle 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 Włókna siateczkowe (retikulinowe, srebrochłonne) zbudowane z kolagenu typu III cienkie (1-2 μm) barwią się solami srebra (mikr. świetlny) składają się z prążkowanych fibryli (mikr. elektronowy) tworzą sieci o drobnych oczkach (rusztowanie dla komórek) Typ Morfologia Lokalizacja I II NAJPOWSZECHNIEJSZE TYPY KOLAGENU grube włókna kolagenowe cienkie włókna kolagenowe 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, III włókna siateczkowe 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) Za własności mechaniczne włókien sprężystych odpowiada elastyna rozluźniona rozciągnięta 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 2
Komórki tkanki łącznej właściwej fibroblasty makrofagi komórki plazmatyczne komórki tuczne adipocyty Fibroblasty produkują składniki substancji międzykomórkowej wydłużone, zasadochłonna cytoplazma duże jasne jądro, liczne jąderka bogata siateczka szorstka aparat Golgiego egzocytoza konstytutywna Pochodzenie: z komórek mezenchymatycznych (fibroblasty, adipocyty) ze szpiku krwiotwórczego lub bezpośrednio z komórek krwi (mastocyty, makrofagi, plazmocyty) Główne produkty wydzielnicze: kolageny elastyna i fibrylina glikozoaminoglikany proteoglikany białka niekolagenowe metaloproteinazy macierzy fibryle kolagenowe W dojrzałej tkance łącznej fibroblasty po obudowaniu się składnikami macierzy przekształcają się w słabo aktywne fibroblasty spoczynkowe Makrofagi fagocytują i trawią mikroorganizmy, uszkodzone komórki, szczątki komórek i ciała obce. Fagocytoza: niespecyficzna specyficzna (immunofagocytoza) cienkie, wydłużone lub wielokształtne słabo rozwinięte organelle kwasochłonna cytoplazma wielokształtne (zdolne do ruchu pełzakowatego) fałdy i wpuklenia błony komórkowej (fagocytoza) liczne lizosomy (marker makrofagów: fosfataza kwaśna) Stany czynnościowe makrofagów: spoczynkowe (osiadłe) wędrujące (wolne, aktywowane) Komórka prekursorowa: monocyt krwi fagocytoza specyficzna Makrofagi - prezentują limfocytom antygeny w reakcjach immunologicznych - produkują: substancje regulujące czynność innych komórek w procesach obronnych (cytokiny: interleukiny, interferon, TGF, TNF) czynniki antybakteryjne (wolne rodniki, lizozym) czynniki pobudzające różnicowanie leukocytów w szpiku M1 prozapalne M2 przeciwzapalne Makrofagi niejednorodna populacja: aktywacja: aktywacja: 3
Rodzina makrofagów Nazwa komórki Lokalizacja makrofagi 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 synowiocyty A stawy osteoklasty * kość *specyficzne, odmienne od innych makrofagów Komórki plazmatyczne (plazmocyty) produkują immunoglobuliny 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 Magazynowane w ziarnach: histamina heparyna proteazy (chymaza i tryptaza) czynniki chemotaktyczne przyciągające eozynofile i neutrofile liczne, duże zasadochłonne ziarna aparat Golgiego nieregularne mikrokosmki lokalizacja w pobliżu naczyń Pochodzenie: szpik krwiotwórczy Syntetyzowane doraźnie i natychmiast wydzielane: prostanoidy (leukotrieny) interleukiny czynnik aktywujący płytki krwi wolne rodniki Produkty wydzielnicze mastocytów wywołują odczyn zapalny i są odpowiedzialne za reakcje alergiczne Dwa rodzaje mastocytów: Aktywacja mastocytów łącznotkankowe - powszechne w tkance łącznej - zawierają w ziarnach obie proteazy (chymazę i tryptazę) błon śluzowych - w ścianach przewodu pokarmowego i dróg oddechowych - mniejsze - zawierają tylko tryptazę - nie zawierają heparyny 1. Przyłączenie cząsteczek IgE do receptorów mastocyta (mastocyt gotowy do akcji ) 2. Przyłączenie antygenu do IgE 3. Aktywacja komórkowych szlaków sygnalizacyjnych, prowadząca do: - wzrostu poziomu jonów Ca i gwałtownej egzocytozy zawartości ziarn (degranulacji) - aktywacji fosfolipazy i wydzielania leukotrienów - aktywacji genów dla cytokin i syntezy oraz wydzielania cytokin Efekt: lokalny stan zapalny Egzocytoza zawartości ziarn Wydzielanie leukotrienów - rozszerzenie i wzrost przepuszczalności naczyń (przekrwienie, obrzęk) - skurcz mięśniówki gładkiej Wydzielanie cytokin - naciek leukocytów - uszkodzenie komórek 4
Tkanka mezenchymatyczna: komórki mezenchymatyczne, macierzyste i niskozróżnicowane substancja podstawowa, brak włókien TKANKA ŁĄCZNA EMBRIONALNA Tkanka łączna galaretowata: prymitywne fibroblasty i mezenchymatyczne komórki macierzyste substancja podstawowa (dużo) delikatne fibryle kolagenowe (niewiele) TKANKA ŁĄCZNA WŁAŚCIWA Tkanka łączna wiotka: komórki tk. łącznej + krwinki białe substancja podstawowa i włókna w równych ilościach powszechna - tworzy wewnętrzne rusztowanie w narządach - wprowadza naczynia i włókna nerwowe w głąb narządów tkanki płodowe sznur pępowinowy, miazga zęba TKANKA ŁĄCZNA WŁAŚCIWA 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 WŁAŚCIWA 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 ŁĄCZNA WŁAŚCIWA 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 5
TKANKA ŁĄCZNA WŁAŚCIWA 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 cienka 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 Funkcja dokrewna: wydzielanie leptyn (hormonów hamujących łaknienie) Dość powszechna u noworodków, u dorosłych nieliczne grupy komórek Funkcje: jak tkanka tłuszczowa żółta, - ponadto produkcja ciepła 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 (PG) bogate w siarczany chondroityny - białka niekolagenowe (chondronektyna, fibronektyna, ankoryna) chondrocyty 6
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 Chrząstka szklista terytoria chrzęstne wyraźne sieć cienkich włókien kolagenowych typu II w substancji podstawowej dominuje agrekan (PG) 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 metabolizmie 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 2 O 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 7
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 wydzielają pęcherzyki gromadzące Ca i P (pęcherzyki macierzy) lokalizacja: w obszarach nowo tworzonej lub przebudowywanej kości, nieaktywne osteoblasty w śródkostnej i kanałach naczyniowych 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: kość gąbczasta kości płaskie i nieregularne, nasady kości długich kość zbita trzony kości długich, powierzchniowa (korowa) warstwa kości płaskich i nieregularnych oraz nasad kości długich 8
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. 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 Typy blaszek kostnych w trzonie kości długiej: Kostnienie (osteogeneza) systemowe (tworzą osteony) międzysystemowe okrężne - zewnętrzne - wewnętrzne Kostnienie na podłożu mezenchymatycznym (np. 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)... 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. Kostnienie na podłożu chrzęstnym (np. 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 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 9
Płytka wzrostowa: 5 stref odzwierciedla kolejne etapy przekształcania chrząstki w kość chrząstka spoczynkowa Budowa stawu (diarthrosis) Torebka stawowa: warstwa włóknista (tkanka łączna zbita) chrząstka proliferująca chrząstka hypertroficzna chrząstka degenerująca mineralizacja chrząstki beleczki kości błona maziowa: tkanka łączna wiotka - makrofagi (synowiocyty A) - fibroblasty (synowiocyty B) naczynia krwionośne 10