Funkcje tkanki łącznej Funkcja mechaniczna: łączenie, utrzymywanie i podpieranie komórek i ich zespołów w narządach TKANKA ŁĄCZNA Cz. 1 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 Włókna Substancja podstawowa Tkanka łączna zawiera znacznie więcej substancji międzykomórkowej niż komórek, które sa rozproszone i z reguły nie tworzą zwartych układów 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 (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) Proteoglikany i ich agregaty agregat proteoglikanów białko rdzeniowe proteoglikan Substancja podstawowa ma formę sieci molekularnej wiążącej znaczne ilości wody, odpowiada za dyfuzję gazów i substancji (odżywczych, regulacyjnych, metabolitów) i ich dostarczenie do komórek kwas hialuronowy łańcuchy GAG 1
CHARAKTERYSTYKA NIEKTÓRYCH PROTEOGLIKANÓW Włókna kolagenowe: Proteoglikan Agrekan Betaglikan Białko rdzeniowe (masa cz.) 210 000 36 000 GAG siarczany chondroityny i keratanu siarczany chondroityny i dermatanu Liczba cz. GAG ~100 1 Lokalizacja chrząstka pogranicze komórek i subst. podstawowej Funkcje mechaniczna; tworzy agregaty z kwasem hialuronowym wiąże czynniki wzrostowe (TGFbeta) zbudowane z kolagenu typu I (niekiedy II) kwasochłonne (mikr. świetlny) składają się z prążkowanych fibryli (mikr. elektronowy) grube (kilka µm) tworzą pęczki odporne za rozciąganie i rozerwanie włókno Dekoryna 40 000 siarczany chondroityny i dermatanu 1 powszechny w tkance łącznej łączy fibryle kolagenowe i TGF-beta Perlekan Syndekan 600 000 32 000 siarczan heparanu siarczany chondroityny i heparanu 2-15 1-3 blaszki podstawne powierzchnie komórek strukturalna, filtracyjna adhezja komórek, wiąże czynniki wzrostowe (FGF) łańcuchy α cząsteczki kolagenu fibryle 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 5. Odcięcie końcowych odcinków peptydowych (propeptydów) przez peptydazy powstają cząsteczki kolagenu 6. Agregacja cząsteczek kolagenu w fibryle, boczna agregacja fibryli w włókna 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) 2
TYPY KOLAGENU Włókna sprężyste 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 chrzastka szklista i sprężysta, krążki międzykręgowe, ciało szkliste oka powszechne, m.in. narządy limfatyczne, szpik kostny, skóra, mięśnie, płuca, watroba blaszki podstawne, torebka soczewki oka zbudowane z elastyny (rdzeń) i fibryliny (obwodowe mikrofibryle) cienkie (1 µm) tworzą sieci lub blaszki bardzo rozciągliwe i elastyczne wymagają specjalnych barwników (mikr. świetlny) V cienkie fibryle niektóre blaszki podstawne VII cienkie, krótkie fibryle błony podstawne (fibryle zakotwiczające) IX nie tworzy fibryli łączy bocznie fibryle kolagenu II w chrząstce XI XII w niewielkiej ilości wchodzi w skład fibryli kolagenowych w chrząstce w niewielkiej ilości wchodzi w skład fibryli kolagenowych w ścięgnach i więzadłach Za własności mechaniczne włókien sprężystych odpowiada elastyna Komórki tkanki łącznej właściwej fibroblasty makrofagi komórki plazmatyczne komórki tuczne telocyty adipocyty kom. mezenchymy kom. macierzysta szpiku 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, telocyty i adipocyty) ze szpiku krwiotwórczego lub bezpośrednio z komórek krwi (komórki tuczne, makrofagi, komórki plazmatyczne) Fibroblasty produkują składniki substancji międzykomórkowej W dojrzałej tkance łącznej fibroblasty przekształcają się w słabo aktywne fibroblasty spoczynkowe wydłużone, zasadochłonne siateczka szorstka aparat Golgiego egzocytoza konstytutywna Główne produkty wydzielnicze: kolageny elastyna i fibrylina glikozoaminoglikany proteoglikany białka niekolagenowe metaloproteazy fibryle kolagenowe cienkie, wydłużone lub wielokształtne słabo rozwinięte organelle 3
Makrofagi fagocytują i trawią mikroorganizmy, uszkodzone komórki, szczątki komórek i ciała obce......produkują również substancje regulujące czynność innych komórek w procesach obronnych, substancje antybakteryjne i prezentują antygeny w reakcjach immunologicznych fagocytoza lizosomy limfocyt T limfocyt B MAKROFAG wielokształtne (zdolne do ruchu pełzakowatego) fałdy i wpuklenia błony komórkowej (fagocytoza) liczne heterolizosomy (marker makrofagów: fosfataza kwaśna) Pochodzenie: monocyty fibroblast neutrofil szpik krwiotwórczy cytokiny: interleukiny, interferon, TGF, TNF czynniki pobudzające różnicowanie leukocytów w szpiku czynniki antybakteryjne: wolne rodniki, lizozym śródbłonek naczyń Dwie odmiany czynnościowe makrofagów: M1 i M2 aktywacja aktywacja PROZAPALNE PRZECIWZAPALNE Stany czynnościowe makrofagów: spoczynkowe (osiadłe) wędrujące (wolne, aktywowane) Fagocytoza: niespecyficzna specyficzna (przy udziale receptorów) Rodzina makrofagów Komórki plazmatyczne (plazmocyty) produkują immunoglobuliny Nazwa komórki Lokalizacja monocyty (prekursory makrofagów) makrofagi makrofagi pęcherzykowe komórki Browicza-Kupffera komórki Hoffbauera komórki mikrogleju osteoklasty* *specyficzne, odmienne od innych makrofagów krew tkanka łączna (histiocyty), narządy limfatyczne szpik kostny błony surowicze (opłucna, otrzewna) płuca wątroba łożysko ośrodkowy ukł. nerwowy kość zegarowy układ chromatyny zasadochłonna cytoplazma siateczka szorstka aparat Golgiego egzocytoza konstytutywna Pochodzenie: limfocyty B 4
Komórki tuczne (mastocyty), po aktywacji produkują i wydzielają czynniki prozapalne Produkty wydzielnicze mastocytów Magazynowane w ziarnistościach: histamina heparyna proteazy (chymaza i tryptaza) siarczan chondroityny 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: leukotrieny cytokiny (interleukiny) czynnik aktywujący płytki krwi wolne rodniki Mastocyty są głównymi komórkami wykonawczymi w reakcjach alergicznych Dwa rodzaje 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 Aktywacja mastocytów 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 Egzocytoza zawartości ziarn Wydzielanie leukotrienów - rozszerzenie i wzrost przepuszczalności naczyń (przekrwienie, obrzęk) - skurcz mięśniówki gładkiej Wydzielanie cytokin - naciek leukocytów - uszkodzenie komórek Efekt: lokalny stan zapalny Telocyty U pacjentów z alergią, mastocyty są aktywowane przez różne nieszkodliwe antygeny (alergeny). Zależnie od miejsca kontaktu z alergenem, odczyn zapalny rozwija się w różnych narządach: alergeny wdychane: jama nosowa (katar sienny), oskrzeliki (astma) alergeny pokarmowe: przewód pokarmowy (biegunki) kontakt alergenów ze skórą: alergia kontaktowa (np. pokrzywka) Mastocyty są odpowiedzialne fazę wykonawczą reakcji alergicznych Chorzy z alergią mają często podwyższony poziom IgE (atopia) mają bardzo długie i bardzo cienkie wypustki z lokalnymi poszerzeniami łącząc się wypustkami tworzą sieć występują w śródmiąższowej tkance łącznej wielu narządów swoimi wypustkami kontaktują się 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 5
Klasyfikacja odmian tkanki łącznej Tkanka mezenchymatyczna: komórki mezenchymatyczne, macierzyste i nisko zróżnicowane substancja podstawowa 1. Tkanka łączna embrionalna: tkanka mezenchymatyczna tkanka łączna galaretowata 2. Tkanka łączna właściwa: tkanka łączna wiotka tkanka łączna zbita (włóknista) tkanka łączna siateczkowa tkanka tłuszczowa 3. Tkanka łączna podporowa: chrząstka kość 4. Krew Lokalizacja: tkanki płodowe Mezenchymatyczne komórki macierzyste Choć tkanka mezenchymatyczna występuje jedynie w życiu płodowym, mezenchymatyczne komórki macierzyste pozostają w niektórych narządach przez całe życie Tkanka łączna galaretowata: prymitywne fibroblasty i mezenchymatyczne komórki macierzyste substancja podstawowa (dużo) delikatne fibryle kolagenowe (niewiele) Mezenchymatyczne komórki macierzyste różnicują się w: fibroblasty chondroblasty osteoblasty adipocyty komórki śródbłonka Można je uzyskać z wielu źródeł: szpik kostny krew obwodowa tkanka tłuszczowa (liposukcja) skóra U noworodków także: sznur pępowinowy łożysko owodnia Lokalizacja: sznur pępowinowy miazga zęba Tkanka łączna wiotka: komórki tk. łącznej + krwinki białe substancja podstawowa i włókna w równych ilościach Tkanka łączna zbita (włóknista): spoczynkowe fibroblasty zwarty układ włókien kolagenowych niewiele substancji podstawowej Lokalizacja: powszechna Tworzy wewnętrzne rusztowanie w narządach Wprowadza naczynia i włókna nerwowe w głąb narządów nieregularna Lokalizacja: skóra, twardówka, torebki narządów 6
regularna Lokalizacja: ścięgna, więzadła, rogówka* Tkanka łączna siateczkowa: komórki z wypustkami (głównie fibroblasty i makrofagi) włókna siateczkowe Tkanka łączna siateczkowa tworzy rusztowanie w narządach limfatycznych i w szpiku kostnym 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 tłuszczowa żółta: adipocyty jednopęchrzykowe (zwarty układ) niewiele istoty międzykomórkowej (głównie wł. siateczkowe) bogate unaczynienie budowa zrazikowa ADIPOCYT synteza trójgliderydów synteza kwasów tłuszczowych hydroliza trójglicerydów NACZYNIE KRWIONOŚNE lipaza glicerol kw. tłuszczowe glukoza kw. tłuszczowe glicerol barwiona wyługowana (w skrawku parafinowym) Lokalizacja: tkanka podskórna, otrzewna, torebki narządów Funkcje: gromadzenie i metabolizm tłuszczów, funkcja dokrewna 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 - wydzielanie lipazy Otyłość, istotny czynnik ryzyka niektórych chorób (układu sercowonaczyniowego, cukrzycy dorosłych) może być wynikiem: zwiększenia rozmiarów adipocytów wywołanego magazynowaniem nadmiernej ilości lipidów (głównie z powodu niewłaściwej diety) Czynność dokrewna: leptyny: działając na podwzgórze hamują łaknienie adiponektyna: uczestniczy w regulacji metabolizmu kwasów tłuszczowych i glukozy, wpływa na wrażliwość komórek na insulinę rezystyna: uczestniczy w regulacji procesów zapalnych zwiększenia liczby adipocytów (rzadziej, w wyniku działania czynników genetycznych, lub niekiedy jako skutek przekarmiania w okresie niemowlęcym) 7
Tkanka tłuszczowa brunatna: adipocyty wielopęcherzykowe (zwarty układ) niewiele substancji międzykomórkowej bogate unaczynienie liczne zakończenia nerwowe Adipocyt wielopęcherzykowy: 20-40 µm liczne drobne krople lipidowe centralnie położone jądro liczne mitochondria blaszka podstawna Lokalizacja: - u noworodków: okolice kręgosłupa śródpiersia, nerek, doły pachowe - u dorosłych: małe grupy komórek w rejonie szyi, nad obojczykiem, w śródpiersiu, wzdłuż kręgosłupa, na górnych biegunach nerek Funkcje: jak tkanka tłuszczowa żółta, ponadto produkcja ciepła ciepło Mitochondria adipocytów wielopęcherzykowych zawierają w błonie wewnętrznej specjalne białko (UCP-1, termogenina), które korzystając z gradientu protonowego wytwarza energię cieplną Rozwój tkanki tłuszczowej odmienne pochodzenie adipocytów Beżowa tkanka tłuszczowa mezenchymatyczne komórki macierzyste PPAR-γ adipocyty żółte preadipocyty wyziębienie, ćwiczenia fizyczne adipocyty beżowe lipoblasty adipocyty brunatne PRDM16 mezenchymatyczne komórki miogenne mioblasty włókna mięśniowe szkieletowe tworzy niewielkie wysepki na terenie tkanki tłuszczowej żółtej jest prawie identyczna z tkanką tłuszczowa brunatną (wielopęcherzykowe adipocyty, liczne mitochondria zawierają UCP-1 i produkuja ciepło) wywodzi się (tak jak tkanka tłuszczowa żółta) z mezenchymatycznych komórek macierzystych powstaje w wyniku działania niektórych czynników zewnętrznych (długotrwałe wyziębienie, intensywna praca mięśni ćwiczenia, trening) ma korzystny wpływ na redukcję tkanki tłuszczowej żółtej działania ukierunkowane na jej tworzenie stwarzają perspektywę skutecznego leczenie otyłości 8