Tkanka łączna właściwa, tkanki podporowe

Tkanka łączna właściwa, tkanki podporowe

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)
TKANKA ŁĄCZNA
WŁAŚCIWA
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
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
Tkanka łączna zawiera
znacznie więcej
składników substancji
międzykomórkowej niż
komórek
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: -OSO3- i -COOagregat 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 (mikroskop 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
fibryle
łańcuchy α
cząsteczki
kolagenu
1
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
Morfologia
Lokalizacja
I
grube włókna
kolagenowe
powszechne, m.in. skóra, ścięgna, więzadła, kość,
chrząstka włóknista, rogówka, tkanka łączna wiotka
II
cienkie włókna
kolagenowe
chrząstka szklista i sprężysta, krążki międzykręgowe,
ciało szkliste oka
III
włókna srebrochłonne
powszechne, m.in. narządy limfatyczne, szpik kostny,
skóra, mięśnie, płuca, wątroba
IV
układy sieciowe
blaszki podstawne, torebka soczewki oka
Włókna srebrochłonne (retikulinowe)
Włókna sprężyste (elastyczne)
• 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)
• 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
rozciągnięta
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
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
• cienkie, wydłużone lub wielokształtne
• słabo rozwinięte organelle
• kwasochłonna cytoplazma
Makrofagi:
• spoczynkowe
• wędrujące (wolne)
• aktywowane
Makrofagi fagocytują i trawią mikroorganizmy, uszkodzone komórki,
szczątki komórek i ciała obce...
• wielokształtne (zdolne do ruchu
pełzakowatego)
• fałdy i wpuklenia błony
komórkowej (fagocytoza)
• liczne lizosomy (marker
makrofagów: fosfataza kwaśna)
Fagocytoza:
• niespecyficzna
• specyficzna
(immunofagocytoza)
Pochodzenie: monocyty krwi
3
...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
Komórki plazmatyczne (plazmocyty) produkują immunoglobuliny
Rodzina makrofagów
Nazwa komórki
Lokalizacja
monocyty (prekursory
makrofagów)
krew
makrofagi
tkanka łączna (histiocyty)
narządy limfatyczne
szpik kostny
jamy surowicze
makrofagi pęcherzykowe
makrofagi śledzionowe
komórki (Browicza-)Kupffera
komórki Hoffbauera
komórki mikrogleju
osteoklasty *
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
Magazynowane w ziarnistościach:
• histamina
• heparyna
• proteazy (chymaza i tryptaza)
• siarczan chondroityny
• czynniki chemotaktyczne przyciągające eozynofile
i neutrofile (ECF, NCF)
• liczne, duże zasadochłonne ziarna
• aparat Golgiego
• nieregularne mikrokosmki
• lokalizacja w pobliżu naczyń
Syntetyzowe doraźnie i natychmiast wydzielane:
• prostanoidy (leukotrieny)
• czynnik aktywujący płytki krwi (PAF)
• wolne rodniki
Pochodzenie: szpik krwiotwórczy
Syntetyzowane po aktywacji genów:
• cytokiny (interleukiny, TNF i in.), czynniki wzrostu
4
Aktywacja mastocytów
Klasyfikacja odmian tkanki łącznej
1. Połączenie antygenu
z przeciwciałami klasy IgE
związanymi z receptorami
na powierzchni mastocytów.
1. Tkanka łączna embrionalna:
• tkanka mezenchymatyczna
• tkanka łączna galaretowata
2. Aktywacja szeregu
wewnątrzkomórkowych szlaków
sygnalizacyjnych prowadzących
m.in. do wzrostu poziomu jonów
wapniowych i aktywacji kinaz.
2. Tkanka łączna właściwa:
• tkanka łączna wiotka
• tkanka łączna zbita (włóknista)
• tkanka łączna siateczkowata
• tkanka tłuszczowa
3. Uruchomienie egzocytozy
ziaren (degranulacja).
3. Tkanka łączna podporowa:
• chrząstka
• kość
4. Aktywacja fosfolipazy A2
i produkcja mediatorów
lipidowych (głównie leukotrienów).
4. Krew
5. Aktywacja genów i uruchomienie
produkcji i wydzielania cytokin.
Tkanka mezenchymatyczna:
• komórki mezenchymatyczne, macierzyste i nisko zróżnicowane
• substancja podstawowa, brak włókien
Tkanka łączna galaretowata:
• prymitywne fibroblasty i mezenchymatyczne komórki macierzyste
• substancja podstawowa (dużo)
• delikatne fibryle kolagenowe (niewiele)
Lokalizacja:
sznur pępowinowy,
miazga zęba
Lokalizacja: tkanki płodowe
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 – spoczynkowe fibroblasty
• zwarty układ włókien kolagenowych (typ I) tworzących grube pęczki
• niewiele substancji podstawowej
Lokalizacja:
powszechna
- tworzy „wewnętrzne
rusztowanie”
w narządach
- wprowadza naczynia
i włókna nerwowe
w głąb narządów
Lokalizacja:
skóra właściwa,
twardówka,
torebki narządów
nieregularna
5
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
Lokalizacja: ścięgna, więzadła, rogówka
Tkanka tłuszczowa żółta:
• adipocyty jednopęcherzykowe (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
Lokalizacja: 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
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 ich postaci
spoczynkowych.
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
substancja międzykomórkowa:
- włókna kolagenowe
- proteoglikany bogate
w siarczany chondroityny
- białka niekolagenowe
(chondronektyna,
fibronektyna, ankoryna)
chondrocyt
chondrocyty
grupa
izogeniczna
macierz
torebkowa
macierz
terytorialna
Ochrzęstna - odżywianie i wzrost chrząstki
warstwa zewn.
włóknista
warstwa wewn.
z naczyniami i kom.
chondrogennymi
! chrząstka
stawowa: brak
ochrzęstnej
Ochrzęstna: warstwa tkanki łącznej włóknistej na powierzchni chrząstki
macierz
międzyterytorialna
Chrząstka szklista
• terytoria chrzęstne wyraźne
• sieć cienkich włókien
kolagenowych typu II
• w substancji podstawowej
dominuje agrekan tworzący
agregaty z kw. hialuronowym
Lokalizacja:
• 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
Odporność chrząstki szklistej na ściskanie wynika z własności
cząsteczek agrekanu – polianionów wiążących wodę
Chrząstka sprężysta
SO4--
H2O
SO4--
GAG
Pod wpływem ucisku:
• cząsteczki wody są
wypychane spomiedzy
łańcuchów GAG
• jednoimienne ujemne ładunki
grup siarczanowych
w GAG odpychają się
elektrostatycznie
Chrząstka włóknista
• terytoria chrzęstne
• włókna kolagenowe typu II
• włókna sprężyste
• substancja podstawowa
Lokalizacja:
• małżowina uszna
• przewód słuchowy zewn.
• trąbka słuchowa
• niektóre chrząstki krtani
(np. chrz. nagłośniowa)
Własności mechaniczne:
• sztywna
• elastyczna
chrząstka włóknista
KOŚĆ
• terytoria chrzęstne
(nieliczne)
• równoległe pęczki włókien
kolagenowych typu I
• substancja podstawowa
(b. niewiele)
• brak ochrzęstnej
• komórki:
- komórki osteogenne →
- osteoblasty →
- osteocyty
- osteoklasty
Lokalizacja:
• niektóre przyczepy
ścięgien i więzadeł
do kości
• spojenie łonowe
• krążki międzykręgowe
(pierścienie włókniste)
• 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
Własności mechaniczne:
• odporna na rozciąganie
i rozerwanie
ścięgno
Komórki osteogenne:
Osteocyty
• spłaszczone
• ubogie w organelle
• lokalizacja w dojrzałej kości:
(nieliczne, spoczynkowe)
w okostnej, w śródkostnej,
w kanałach naczyniowych
• spłaszczone
• duże jądro
• cienkie wypustki połączone
neksusami
Osteoblasty:
Osteocyty i ich wypustki
zajmują niezmineralizowane
przestrzenie w substancji
miedzykomórkowej:
jamki i kanaliki kostne.
• 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
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
Osteoklasty lokalnie resorbują kość
poprzez demineralizację oraz
trawienie
zewnątrzi wewnątrzkomórkowe
Osteoklasty – komórki trawiące kość
• bardzo 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
Lokalizacja: 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
Lokalizacja:
• 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
Typy blaszek kostnych
w trzonie kości długiej:
Kostnienie (osteogeneza)
Kostnienie na podłożu mezenchymatycznym (np. kości płaskie)
• systemowe
• międzysystemowe
• okrężne
- zewnętrzne
- wewnętrzne
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.
2.
3.
4.
5.
Komórki mezenchymy produkują substancję podstawową kości (osteoid)...
... i przekształcają się w komórki osteogenne i osteoblasty.
Osteoblasty produkują substancję międzykomórkową kości i otaczają się nią.
Rozpoczyna się mineralizacja, osteoblasty przekształcają się w osteocyty.
Powstają pierwotne beleczki kostne.
Kostnienie na podłożu chrzęstnym
(np. kości długie)
1. Wytworzenie podochrzęstnowego
mankietu kostnego wokół środka
trzonu, degeneracja i mineralizacja
chrząstki wewnątrz trzonu
2. Wniknięcie pęczka okostnowonaczyniowego z komórkami
osteogennymi – wytworzenie
pierwotnego punktu kostnienia
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 (zarastanie) płytek
wzrostowych - zakończenie wzrostu
kości
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
Płytka wzrostowa: 5 stref odzwierciedla kolejne etapy
przekształcania chrząstki w kość
Mineralizacja substancji międzykomórkowej
chrząstka
spoczynkowa
chrząstka
proliferująca
chrząstka
hypertroficzna
chrząstka
degenerująca
mineralizacja
chrząstki
beleczki kości
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
Budowa stawu
(diarthrosis)
Torebka stawowa:
• warstwa włóknista (tkanka
łączna zbita)
Gojenie złamania
Uraz
Faza reaktywna powstanie krwiaka,
stanu zapalnego oraz
angiogenezy i indukcji
komórek progenitorowych
Miękki zrost (tk. chrzęstna)
Zrost kostny (kość
grubowłóknista)
• błona maziowa:
tkanka łączna wiotka
- makrofagi (synowiocyty A)
- fibroblasty (synowiocyty B)
• naczynia krwionośne
Przebudowa kości
! martwe
fragmenty
(np. odłamy)
- resorbcja
11