Tkanki podporowe: - - kość Własności mechaniczne tkanek podporowych zależą od składu ich substancji międzykomórkowej Komórki produkujące składniki substancji międzykomórkowej w chrząstce (chondroblasty, chondrocyty) i w kości (osteoblasty, osteocyty) są wyspecjalizowanymi odmianami fibroblastów i fibrocytów. CHRZĄSTKA Komórki chondrogenne: Komórki mezenchymatyczne zaprogramowane w kierunku różnicowania chrzęstnego macierzyste komórki chrząstki, przekształcają się w chondroblasty komórki: - kom. chondrogenne - chondroblasty - chondrocyty substancja międzykomórkowa: - włókna kolagenowe - proteoglikany bogate w siarczany chondroityny - białka niekolagenowe (chondronektyna, fibronektyna, ankoryna) Chondroblasty: produkują znaczne ilości składników substancji miedzykomórkowej podczas tworzenia chrząstki, a następnie przekształcają się w chondrocyty Chondrocyty: komórki dojrzałej chrząstki, produkują niewielkie ilości składników substancji miedzykomórkowej (wymiana) 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 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 ma słabe zdolności regeneracyjne u osób młodych i praktycznie żadne u osób starszych 1
Chrząstka szklista terytoria chrzęstne sieć cienkich włókien kolagenowych (typ 2) pomiędzy i wokół terytoriów chrzęstnych w substancji podstawowej dominuje agrekan tworzący agregaty z kw. hialuronowym Odporność chrząstki szklistej na ściskanie wynika z własności cząsteczek agrekanu polianionów wiążących wodę GAG SO 4 -- H 2 O powierzchnie stawowe drogi oddechowe przegroda nosowa modele kości długich w życiu płodowym Własności mechaniczne: sztywna odporna na ściskanie Pod wpływem ucisku: cząsteczki wody są wypychane spomiedzy łańcuchów GAG jednoimienne ładunki grup siarczanowych w GAG odpychają się Chrząstka sprężysta terytoria chrzęstne włókna kolagenowe (typ 2) włókna sprężyste substancja podstawowa małżowina uszna trąbki słuchowe niektóre chrząstki krtani Własności mechaniczne: sztywna elastyczna Chrząstka włóknista terytoria chrzęstne (nieliczne) równoległe pęczki włókien kolagenowych (typ 1) substancja podstawowa (b. niewiele) brak ochrzęstnej niektóre przyczepy ścięgien i więzadeł do kości spojenie łonowe krążki międzykręgowe staw skroniowo-żuchwowy Własności mechaniczne: odporna na rozciąganie i rozerwanie włóknista ścięgno KOŚĆ Białka niekolagenowe substancji międzykomórkowej kości 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 (typ 1) - substancja podstawowa: proteoglikany (dekoryna, biglikan) białka niekolagenowe Nazwa Osteonektyna Osteokalcyna Osteopontyna Sialoproteina II Fibronektyna Enzymy: kolagenaza, fosfataza zasadowa Białka morfogenetyczne kości Funkcja Wiąże kolagen z kryształami HA Wiąże Ca, uczestniczy w regulacji przebudowy kości, pobudza mineralizację Wiąże z komórki z substancją podstawową j.w., silnie pobudza mineralizację Wiąże się z komórkami, kolagenem i innymi składnikami substancji miedzykomórkowej Uczestniczą w procesach mineralizacji i przebudowy kości Stymulują powstawanie osteoblastów, indukują tworzenie nowej kości 2
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 z wypustkami sąsiednich osteocytów 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) niezmineralizowana subst. podstawowa + woda obszar zmineralizowany Stany czynnościowe osteocytów spoczynkowy słabo rozwinięte organelle wytwórczy siateczka szorstka, Golgi produkują niewielkie ilości substancji międzykomórkowej resorbcyjny siateczka szorstka, Golgi, lizosomy wydzielają metaloproteinazy lokalnie trawiące substancję międzykomórkową, uwalniają jony Ca Osteocyty reagują na zmiany obciążeń mechanicznych kości, zmieniając swój stan czynnościowy i przekazując sygnały innym osteocytom: reaguja na pociąganie integryn reagują na ruch i zmiany ciśnienia otaczającej je warstewki płynu (czujnik: rzęska pierwotna) reagują na zmiany potencjału elektrycznego generowane przez ściskane kryształy HA koordynują swoją aktywność czynnościową, przekazując sobie sygnały chemiczne i jonowe (camp, Ca) poprzez neksusy Sygnały są przekazywane również osteoblastom i osteoklastom. Efektem jest proces przebudowy kości dostosowujący jej strukturę do kierunku działania sił Osteoklasty komórki trawiące kość b. duże wielojądrzaste brzeżek koronkowy pęcherzyki hydrolazowe, pęcherzyki endocytotyczne, lizosomy Pochodzenie: szpik krwiotwórczy (fuzja komórek prekursorowych o charakterze monocytów) Osteoklasty lokalnie resorbują kość poprzez demineralizację oraz trawienie zewnątrzi wewnątrzkomórkowe (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 3
Osteoblasty kontrolują różnicowanie i rekrutację osteoklastów prekursory osteoklastów komórka macierzysta szpiku aktywny osteoklast nieaktywny osteoklast osteoblast lub komórka zrębowa szpiku osteoblasty Nadmierna aktywność osteoklastów powoduje osteoporozę - zmniejszenie gęstości składników tkanki kostnej (nieorganicznych i organicznych). Kość staje się słabsza i bardziej łamliwa. Aktywność osteoklastów hamują m.in. estrogeny, stąd osteoporoza jest częstym zjawiskiem u kobiet po menopauzie. wydzielają M-CSF, który indukuje w jednojądrzastych prekursorach osteoklastów ekspresję receptora RANK eksponują ligand dla receptora (RANKL) jego związanie z receptorem powoduje łączenie się prekursorów w wielojądrzaste osteoklasty (stymulacja różnicowania) produkują osteoprotegerynę (OPG), która blokuje RANKL (hamowanie różnicowania) Jednostką strukturalną dojrzałej (blaszkowatej) kości jest blaszka kostna W kości gąbczastej, równolegle ułożone kostne budują beleczki kostne. Beleczki tworzą sieć, w oczkach której znajduje się szpik kostny z naczyniami 3-5 µm kość zbita kość gąbczasta 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, 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 walec, Ø < 200 µm, długość kilka mm 5-15 blaszek kostnych otoczony cienką warstwą zmineralizowanej substancji podstawowej (linia cementowa) kanaliki kostne nie przechodzą do sąsiedniego osteonu zawartość kanału Haversa: - naczynie włosowate - niezmielinizowane włókno nerwowe (czasem) - komórki osteogenne - nieaktywne osteoblasty i osteoklasty odśrodkowa dyfuzja tlenu i subst. odżywczych 4
Typy blaszek kostnych w trzonie kości długiej: systemowe międzysystemowe okrężne - zewnętrzne - wewnętrzne międzysystemowe okrężne wewn. okrężne zewn. systemowe Naczynia biegnące w kanałach Haversa odchodzą od większych naczyń biegnących w kanałach naczyniowych Volkmanna. Naczynia wchodzą do kości zbitej zarówno od strony okostnej, jak i jamy szpikowej. 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 śródkostna kanały naczyniowe Kostnienie (osteogeneza) Kostnienie na podłożu mezenchymatycznym (kości płaskie) mezenchyma osteoblasty osteocyty włókna osteoid mineralizacja, kolagenowe pierwotne beleczki 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. 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 Kostnienie na podłożu chrzęstnym (kości długie) 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. ------------------------------------------------ 6. Kostnienie płytek wzrostowych, zakończenie wzrostu kości 5
Płytka wzrostowa: 5 stref odzwierciedla kolejne etapy przekształcania chrząstki w kość Mineralizacja substancji międzykomórkowej spoczynkowa proliferująca hypertroficzna 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 (nukleatory: sialoproteina kości II i osteokalcyna). 3. Wzrost kryształów rozerwanie pęcherzyków 4. Dalszy wzrost, zlewanie się i przebudowa kryształów w obrębie substancji międzykomórkowej Przebudowa kości umożliwia optymalne dostosowanie jej struktury do zmieniających się kierunków działających na kość sił Przebudowa kości zbitej Przebudowa beleczki kostnej poprzedni kierunek siły Przebudowa kości jest wynikiem skoordynowanej działalności osteoblastów i osteoklastów efektem jest zmiana układu beleczek kostnych lub osteonów Blaszki międzysystemowe są pozostałością dawnych osteonów, częściowo zniszczonych podczas przebudowy kości Uraz Gojenie złamania Faza reaktywna - powstanienie krwiaka, stanu zapalnego oraz angiogenezy i indukcji komórek chondroi osteogennych Miękki zrost (tk. chrzęstna) Zrost kostny (kość grubowłóknista) Budowa stawu (diarthrosis) Torebka stawowa: warstwa włóknista (tkanka łączna zbita) okostna warstwa włóknista torebki stawowej błona maziowa jama stawu z płynem stawowa Przebudowa kości! martwe fragmenty (np. odłamy) - resorbcja błona maziowa: tkanka łączna wiotka - makrofagi (synowiocyty A) - fibroblasty (synowiocyty B) naczynia krwionośne jama szpikowa 6
Najczęstszą przyczyną dolegliwości stawowych w starszym wieku ( reumatyzm ) jest choroba zwyrodnieniowa na skutek mikrourazów, długotrwałych przeciążeń, itp., dochodzi do degeneracji chrząstki stawowej i nieprawidłowej przebudowy kości, co ogranicza ruchy w stawie i powoduje ból. Reumatoidalne zapalenie stawów, występujące zazwyczaj u osób młodych, jest wynikiem ataku własnego układu immunologicznego na tkankę łączną i chrząstkę struktur stawowych 7