POJIVOVÉ TKÁNĚ I 2024 VAZIVO Petr Vaňhara pvanhara@med.muni.cz Epitelová Svalová Nervová Pojivová Na základě morfologických a funkčních znaků Obsahují myofibrily → schopnost kontrakce Derivát mezodermu - KS, myokard, mezenchymu - HS Neurony a neuroglie Příjem a přenos elektrického vzruchu Derivát ektodermu Dominantní přítomnost extracelulární matrix Vazivo, chrupavka, kost, tuková tkáň Derivát zejména mezenchymu Kontinuální, avaskulární vrstvy buněk s různou funkcí, orientovaných do volného prostoru, se specifickými mezibuněčnými spoji a minimem mezibuněčného prostoru a ECM Deriváty všech tří zárodečných listů SOUČASNÁ KLASIFIKACE ZÁKLADNÍCH TYPŮ TKÁNÍ • Spojování ostatních tkání • Kompartmentalizace • Opora • Zajištění vhodného fyzikálního a chemického prostředí • Imunologická podpora • Uchovávání zásobních látek • Homeostáza a regenerace • Molekulární interakce POJIVOVÁ TKÁŇ A JEJÍ FUNKCE Funkce pojivových tkání je podmíněna jejich biologickými, fyzikálními a chemickými vlastnostmi Všechny tkáně včetně pojivových jsou složeny z buněk a mezibuněčné hmoty Mezibuněčná hmotaBuňky pojivové tkáně Trvalé a přechodné buněčné populace • fibroblasty/myofibroblasty • buňky imunitního systému • fagocytující buňky • adipocyty • adultní kmenové buňky • specializované buňky chrupavky (chondroblasty/chondrocyty) • specializované buňky kostní (osteoblasty/osteocyty/osteoklasty) Fibrilární komponenta (vláknitá složka) • kolagenní • retikulární • elastická • Interfibrilární (amorfní) komponenta (základní hmota amorfní) − komplexní matrix složená z glykoproteinů a proteoglykanů − konkrétní složení závisí na konkrétním typu tkáně (vazivo  chrupavka  kost) OBECNÉ SLOŽENÍ POJIVOVÝCH TKÁNÍ Embryonální pojivová tkáň • Mezenchym • Rosolovitá pojivová tkáň (Whartonův rosol) Pojivová tkáň v dospělém organismu • Řídké kolagenní vazivo (areolární, intersticiální) • Husté kolagenní neuspořádané vazivo • Husté kolagenní uspořádané vazivo • Elastické vazivo • Retikulární vazivo • Tuková tkáň • Chrupavka • Kost • Krev a hematopoetická tkáň • Lymfatická tkáň Vlastní pojivová tkáň Specializovaná pojivová tkáň Trofická pojivová tkáň (tělní tekutiny) OBECNÁ KLASIFIKACE POJIVOVÝCH TKÁNÍ KLASIFIKACE VAZIVA Vazivo Embryonální Mezenchym Rosolovité Adultní. Řídké kolagenní Husté kolagenní Neuspořádané Uspořádané Specializované Retikulární Tukové Elastické • trilaminární zárodečný disk • řídká nediferencovaná tkáň mezi zárodečnými listy • prostorová síť hvězdicovitých nebo vřetenovitých buněk • rosolovitá základní amorfní hmota • diferenciace do dalších tkání – vazivo, hladká svalovina, cévy… • epiteliálně-mesenchymální interakce ve vývoji orgánů http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL3530/DB_Ch02/DBNModel.html EMBRYONÁLNÍ MEZENCHYM Vazivo KostChrupavka Mesenchym EMBRYONÁLNÍ MEZENCHYM A PŮVOD POJIVOVÉ TKÁNĚ APLIKACE MSCs https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.00043 - Fibroblasty/fibrocyty/myofibroblasty - Retikulární buňky - Tukové buňky - Pigmentové buňky - Nediferencované multipotentní buňky Extracelulární matrix - Vláknitá (fibrilární) složka - Základní amorfní hmota Buňky Fixní buňky Migrující buňky (bloudivé) - Makrofágy pojivové tkáně = histiocyty - Plazmatické buňky - Lymfocyty, granulocyty - Heparinocyty - … OBECNÉ SLOŽENÍ VAZIVA + FIBROBLAST • Základní buňka vaziva • Produkce ECM – dominantní ER • Migrace • Různé tkáně obsahují fibroblasty s různými biologickými vlastnostmi • (Trans)diferenciace • Myofibroblasty FIBROBLAST FIBROBLAST https://www.sciencephoto.com/media/1232046/view/fibroblast-tem CELLS OF CONNECTIVE TISSUE PROPER DOI: 10.1038/nrm809 10.1164/ajrccm.161.5.9903102 • Features of fibroblasts and smooth muscle cells • Contractile cellular structures composed of actin microfilaments and myosin • Wound closure and healing Myofibroblasts CELLS OF CONNECTIVE TISSUE PROPER DOI: 10.1038/nrm809 10.1164/ajrccm.161.5.9903102 • Features of fibroblasts and smooth muscle cells • Contractile cellular structures composed of actin microfilaments and myosin • Wound closure and healing Myofibroblasts CELLS OF CONNECTIVE TISSUE PROPER • Histiocytes • Derived from circulating monocytes (monocyte-macrophage mononuclear system) • Phagocytosis • Immunomodulation Macrophages CELLS OF CONNECTIVE TISSUE PROPER • Large, oval, 20-30m • Similar to other leukocytes with granules, but it is tissue resident • Granules – heparin – histamine – serine proteases (inflammation regulators) – eosinophil and neutrophil chemoattractants – leukotriens • Perivascular and mucosal mast cells T. Clark Brelje and Robert L. Sorenson, Minneapolis, Minnesota, USA. • Mediators of immediate hypersensitivity reaction Mast cells CELLS OF CONNECTIVE TISSUE PROPER • Large, ovoid cells • derived from B-lymphocytes • Basophilic cytoplasm – RER • Clockface nucleus (alternating heterochromatin and euchromatin) • Produce antibodies (immunoglobulins) • Short lifespan (10-20 days) T. Clark Brelje and Robert L. Sorenson, Minneapolis, Minnesota, USA. https://www1.udel.edu/biology/Wags/histopage/histopage.htm Plasma cells • Mezenchymální kmenové (stromální) buňky jsou zdrojem mnoha buněk přítomných v pojivech MEZENCHYMÁLNÍ KMENOVÉ BUŇKY • Mezenchymální kmenové buňky mají význam pro tkáňové inženýrství MEZENCHYMÁLNÍ KMENOVÉ BUŇKY DERIVATIVES OF MESENCHYME Mesenchymal stem (stromal) cells • Mesenchymal stem cells are different in different tissues MESENCHYMAL STEM CELLS – CLINICAL CONTEXT DOI: POTENTIAL APPLICATIONS OF MESENCHYMAL STEM CELLS https://doi.org/10.3389/fbio Mezibuněčná hmota (ECM) = vlákna + základní amorfní hmota MEZIBUNĚČNÁ HMOTA ECM OF CONNECTIVE TISSUE PROPER Extracellular matrix Fibrous component • Collagen fibers (e.g. col. I, II) • Reticular • Elastic Amorphous component (ground substance) Complex matrix consisting of • Glycosaminoglycans • Glycoproteins • Proteoglycans ECM Extracelulární hmotu pojiv produkují fibroblasty (chondrocyty, osteoblasty). Schopnost produkovat ECM v různé podobě a složení mají ale i jiné buňky našeho těla (např. epitelové a svalové buňky tvořící bazální laminy). Složení ECM určuje vlastnosti pojivové tkáně Vláknitá složka MEZIBUNĚČNÁ HMOTA Kolagenní vlákna – kolagen I - skupina fibrilárních proteinů kódovaných >35 geny - polymer – podjednotka = tropokolagen; trojitá šroubovice - různé strukturní a mechanické vlastnosti (tuhost, pružnost, tloušťka…) - nejhojnější protein lidského těla (až 30% suché hmotnosti) MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – FIBRILÁRNÍ KOMPONENTY POJIV • Polyribozomy se váží na RER a syntetizují peptidové řetězce 1 a 2 (cca 250 AA, 28kDa) • V RER dochází k posttranslační modifikaci (hydroxylace prolinu a lysinu – kofaktor vitamin C) Řetězce tvoří trojitou šroubovici - prokolagen • V GA je prokolagen dále modifikován a sekretován z buňky MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – SYNTÉZA KOLAGENU Prokolagen je modifikován na tropokolagen (prokolagenpeptidázou) Tropokolagen se extracelulárně organizuje do vyšších struktur (fibrily, vlákna) Vlákna jsou vzájemně propojena (lysyloxidázy) MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – SYNTÉZA KOLAGENU MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – SYNTÉZA KOLAGENU MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – SYNTÉZA KOLAGENU Autor: BIOPHOTO ASSOCIATES/SCIENCE PHOTO LIBRARY James Lind 1174 Typ Výskyt ve tkáních Struktura Hlavní funkce I Kost, šlachy, meniskus, dentin, škára, pouzdra orgánů, řídké vazivo, 90% typ I Fibrily (75nm) - vlákna (1-20m) Odolnost v tahu II Hyalinní a elastická chrupavka Fibrily (20nm) Odolnost v tlaku III Kůže, cévy, hladké svalstvo, děloha, játra, slezina, ledvina, plíce Jako I, s vysokým podílem proteoglykanů a glykoproteinů retikulární síť Tvar IV Bazální laminy epitelu a endotelu, bazální membrány Netvoří fibrily ani vlákna Mechanická podpora V Laminy svalových buněk a adipocytů, placenta, plodové obaly Podobný IV VI Intersticiální tkáň, chondrocyty - adheze spojení mezi škárou (dermis) a pokožkou (epidermis) VII Bazální membrána epitelů VIII Některé endotely (rohovka) IX, X Růstová ploténka, mineralizující chrupavka Síťovité uspořádání růst kostí, mineralizace MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – KOLAGEN AZAN HES HE MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – KOLAGEN VE SVĚTELNÉM MIKROSKOPU Julian Voss-Andreae "Unraveling Collagen", 2005 Orange Memorial Park Sculpture Garden, City of South San Francisco, CA MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – KOLAGEN V UMĚNÍ • méně početná než vlákna kolagenní • polymer – tropoelastin • desmosin, isodesmozin • minimální tahová pevnost, při přetažení ztráta pružnosti • redukují hysterezi vaziva = díky své pružnosti usnadňují návrat vaziva do původního stavu po mechanické změně • fibroblasty, ale i hladké svalové buňky • barvení „na elastiku“ (orcein, aldehydový fuchsin) MEZIBUNĚČNÁ HMOTA − FIBRILÁRNÍ KOMPONENTY POJIV Elastická vlákna MEZIBUNĚČNÁ HMOTA − FIBRILÁRNÍ KOMPONENTY POJIV Elastická vlákna Elastin Kolagen MEZIBUNĚČNÁ HMOTA − FIBRILÁRNÍ KOMPONENTY POJIV Elastická vlákna • Podobně jako u kolagenu jsou prekurzory elastinu sekretovány z buňky, kde rychle polymerují. • Depozita elastinu agregují podél vláken proteinu fibrillinu • Zastoupení fibrillinu (není elastický) a elastinu určuje elasticitu vaziva Fibrillin Elastin Elastin • tvoří kolagenní (kolagen III), prostorové sítě • kostní dřeň, slezina, lymfatické uzliny • podpůrná struktura pro buňky např. imunitního systému ve slezině nebo kostní dřeni • retikulární buňky MEZIBUNĚČNÁ HMOTA − FIBRILÁRNÍ KOMPONENTY POJIV Retikulární vlákna Základní amorfní hmota MEZIBUNĚČNÁ HMOTA Amorfní, mezibuněčná hmota • Bezbarvá, průsvitná homogenní směs glykosaminoglykanů, proteoglykanů a strukturálních glykoproteinů MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA • lineární polysacharidy tvořené disacharidovými podjednotkami - kyselinou uronovou a hexosaminem glukosamin nebo galaktosamin kys. glukuronová nebo iduronová ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – GAG Glykosaminoglykany (GAGs) • lineární polysacharidy tvořené disacharidovými podjednotkami - kyselinou uronovou a hexosaminem ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – GAG https://doi.org/10.3390/cancers15010266 Glykosaminoglykan Výskyt Kyselina hyaluronová Pupečník, synoviální tekutina, sklivcová tekutina, chrupavka Chondroitinsulfát Chrupavka, kost, rohovka, kůže, notochord, aorta Dermatansulfát Kůže, šlachy, aorta (adventicie) Heparansulfát Aorta, plíce, játra, bazální laminy Keratansulfát Rohovka, chrupavka , meziobratlová ploténka (nucleus pulposus, anulus fibrosus) • s výjimkou kys. hyaluronové se váží i na proteinové struktury - proteoglykany ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – GAG ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – GAG • polysacharidy bohaté na hexosaminy = kyselé mukopolysacharidy • onemocnění – mukopolysacharidózy – autozomálně receisvní onemocnění způsobující defekt enzymů v metabolismu GAG – široké spektrum projevů – typické příznaky – kraniofaciální dysmorfie, splenomegalie, poruchy psychomotorického vývoje i růstu, kardiomyopatie • protein + převažující lineární sacharidová složka • proteoglykanové agregáty • vysoká schopnost vázat vodu • objem závislý na stupni hydratace příklady: ‐ aggrecan (chrupavka) ‐ syndekan ‐ fibroglykan ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – PROTEOGLYKANY • dominantní protein + rozvětvená sacharidová složka • interakce mezi buňkami a extracelulární matrix (proliferace, diferenciace, migrace, zánik…) Příklady: ‐ fibronektin – spojení mezi kolagenními vlákny a glykosaminoglykany, umožňuje normální adhezi a migraci buněk ‐ laminin – bazální lamina – soudržnost epitelů ‐ chondronektin – chrupavka - adheze chondrocytů ke kolagenu (J. Nutr. 136:2123-2126, 2006) ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – STRUKTURÁLNÍ GLYKOPROTEINY Glykoproteiny vs. proteoglykany ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – STRUKTURÁLNÍ GLYKOPROTEINY ECM – SHRNUTÍ ECM – SHRNUTÍ Embryonální: • Embryonální mesenchym a rosolovité vazivo (Whartonův rosol) pupečníku Postnatální: • Řídké kolagenní vazivo (areolární, intersticiální) • Husté kolagenní uspořádané a neuspořádané vazivo • Elastické vazivo • Retikulární vazivo • Tukové vazivo HISTOLOGICKÁ KLASIFIKACE VAZIVA Embryonální mezenchym Whartonův rosol ŘÍDKÉ KOLAGENNÍ VAZIVO • Trvale fibroblasty, makrofágy (histiocyty), případně jednotlivé adipocyty • Další přechodné buňky (leukocyty) • Kolagenní a elastická vlákna • Převládá amorfní hmota • Nejběžnější typ vaziva • Bohatá vaskularizace a inervace • Stěna dutých orgánů, intersticium, slizniční a podslizniční vazivo http://medsci.indiana.edu/a215/virtualscope/docs/chap2_1.htm HUSTÉ KOLAGENNÍ VAZIVO Uspořádané Neuspořádané Jádra fibroblastů Jádra fibroblastů Kolagenní vlákna Svazky kolagenních vláken ELASTICKÉ VAZIVO Elastické membrány v aortě Lig. flava HE 50X Weigert, 50X RETIKULÁRNÍ VAZIVO Niche pro imunitní buňky • bílá a hnědá tuková tkáň • adipocyty, fibroblasty, retikulární, kolagenní a elastická vlákna • vaskularizace TUKOVÉ VAZIVO • aktivní novotvorba adipocytů do věku cca dvou let • schopnost hypertrofie • bohatá vaskularozace • jediná tuková kapénka • dynamická produkce hormonů - leptiny (adipokininy) TUKOVÉ VAZIVO – BÍLÁ TUKOVÁ TKÁŇ 10.1038/s42255-019-0095-y • vyvíjející se fetus a děti do cca 1 roku • rychlý zdroj energie a tepla • mezilopatkový prostor • malé buňky s početnými lipidovými kapénkami TUKOVÉ VAZIVO – HNĚDÁ TUKOVÁ TKÁŇ VAZIVO - PŘEHLED Kolagenní Stavba Poznámka Řídké kolagenní vazivo Větší množství základní amorfní hmoty, spíše méně kolagenních vláken s náhodným uspořádáním Bohatá vaskularizace, inervace, klíčové tkáňové mikroprostředí Husté neuspořádané kolagenní vazivo Málo základní hmoty a buněk, hodně kolagenních vláken s náhodným uspořádáním Mechanicky odolné vazivové obaly orgánů, skléra Husté uspořádané kolagenní vazivo Těsně uspořádané kolagenní svazky, fibrocyty mezi nimi Šlachy, vazy, odolnost v tahu Embryonální Mezenchym Nediferencované buňky rozptýlené v základní hmotě, málo vláken Progenitory různých buněčných typů Whartonův rosol Viskózní amorfní hmota, kolagenní vlákna, rozptýlené fibrocyty Pupečník Specializované vazivo Retikulární Síť z kolagenu typu III, retikulární buňky Hematopoetické a lymfatické orgány Elastické Elastická vlákna a membrány Pružná podpora elastických arterií a aorty, lig. flava, dýchací cesty a plíce Tukové Adipocyty, bohatá vaskularizace, MSCs Energie - ATP/teplo Chrupavka Chondroblasty, chondrocyty Mechanická podpora Kost Osteoblasty, osteocyty, osteoklasty Mechanická podpora, metabolismus Ca a PO4 3Krev Samostatná přednáška během tohoto semestru CHRUPAVKA A KOST POJIVOVÉ TKÁNĚ II 2024 10.1038/s41598-020-74031-x Epitelová Svalová Nervová Pojivová Na základě morfologických a funkčních znaků Obsahují myofibrily → schopnost kontrakce Derivát mezodermu - KS, myokard, mezenchymu - HS Neurony a neuroglie Příjem a přenos elektrického vzruchu Derivát ektodermu Dominantní přítomnost extracelulární matrix Vazivo, chrupavka, kost, tuková tkáň Derivát zejména mezenchymu Kontinuální, avaskulární vrstvy buněk s různou funkcí, orientovaných do volného prostoru, se specifickými mezibuněčnými spoji a minimem mezibuněčného prostoru a ECM Deriváty všech tří zárodečných listů SOUČASNÁ KLASIFIKACE ZÁKLADNÍCH TYPŮ TKÁNÍ POJIVOVÁ TKÁŇ A JEJÍ VLASTNOSTI ECM Buňky+Tkáň = DOI: 10.3390/ma13102369 Fyzikálně-chemické vlastnosti CHRUPAVKA ▪ specializovaná pojivová tkáň se souvislou ECM ▪ pružná, mechanicky odolná ▪ avaskulární ▪ bez inervace ▪ podpora měkkých tkání (trachea, larynx) ▪ součást skeletu (kostální chrupavky) ▪ kloubní spojení ▪ nezbytná pro růst kostí (růstové ploténky) CHRUPAVKA ▪ Buňky – chondroblasty a chondrocyty ▪ Perichondrium – pojivová tkáň kolem chrupavky ▪ ECM – voda, proteoglykany a kolagenní fibrily • Konzistence • Tlaková elasticita • Růst chrupavky • Produkce ECM • Výživa a apoziční růst chrupavky SLOŽENÍ A STRUKTURA PODMIŇUJÍ VLASTNOSTI CHRUPAVKY Hyalinní Elastická Vazivová DISTRIBUCE • Nos • Kloubní povrchy • Žeberní chrupavky • Larynx • Trachea a bronchy • Auricula • Epiglottis • Eustachova trubice • Meziobratlové ploténky • Symfýza os pubis • Meniskus Hyalinní HYALINNÍ CHRUPAVKA • Nos • Kloubní povrchy • Žeberní chrupavky • Larynx • Trachea a bronchy http://chickscope.beckman.uiuc.edu/explore/embryology/day14/dev2.ht ml Alcian Blue&Alizarin Red - nejběžnější - dočasný embryonální skelet - epifyzální růstové ploténky - klouby, trachea, larynx, atd. - isogenetické skupiny HYALINNÍ CHRUPAVKA Perichondrium Interteritoriální matrix Teritoriální matrix Lakuny Izogenetické skupiny Chondrocyty • chondrogenní buňky • v perichondriu • původ z mesenchymu • vřetenovité, úzké • chondroblasty • bazofilní • typická ultrastruktura proteosynteticky aktivních buněk • produkce extracelulární matrix • chondrocyty • obklopené matrix • chondrony, lakuny ▪ CHONDROBLASTY A CHONDROCYTY BUŇKY HYALINNÍ CHRUPAVKY Runx2 Osx Sox9 Runx2 C/EBP PPAR COL2A aggrecan DIFERENCIACE CHONDROCYTŮ • chondrifikační centra • diferenciace chondroblastů • kartogenin • apoziční růst • z perichondria • diferenciací chondroblastů z chondroprogenitorových buněk • intersticiální proliferace • dělení chondrocytů • isogenetické skupiny RŮST HYALINNÍ CHRUPAVKY RŮST HYALINNÍ CHRUPAVKY RŮST HYALINNÍ CHRUPAVKY Výměna metabolitů Růst apozicí Intersticiální proliferace RŮST HYALINNÍ CHRUPAVKY ▪ stratum fibrosum - biomechanika ▪ stratum chondrogenicum - růst PERICHONDRIUM http://biomechanical.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx? articleid=1426878 ▪ membrana fibrosa - husté kolagenní vazivo ▪ membrana synovialis ▪ intima, subintima - záhyby do kloubní dutiny - početní krevní a lymfatické kapiláry, nervy - nesouvislé vrstvy buněk (synovialocyty) - bazální membrána a mezibuněčné spoje chybí → nejedná se o epitel ale mesenchymální pojivo - synoviální tekutina bohatá na hyaluronany - bursae synoviales, vaginae tendineum http://www2.indstate.edu/thcme/mmmoga/histology/slide 35.html SYNOVIUM • oválné → kulaté buňky, 10-30m • bohatá organelová výbava, zejména RER, GA • glykogenová granula (anaerobní metabolismus) • občas lipidové kapénky ULTRASTRUKTURA CHONDROCYTŮ ULTRASTRUKTURA CHONDROCYTŮ ULTRASTRUKTURA CHONDROCYTŮ ULTRASTRUKTURA CHONDROCYTŮ biomechanické vlastnosti 1. glykosaminoglykany 2. proteoglykany 3. vlákna 4. voda EXTRACELULÁRNÍ MATRIX CHRUPAVKY • pericelulární kapsula - cca 5m - složení podobné bazální membráně • teritoriální matrix - cca 50m široká oblast kolem lakuny - vysoký obsah glykosaminoglykanů (chondroitinsulfát) → bazofilní • interteritoriální matrix - bohatá na kolagen II EXTRACELULÁRNÍ MATRIX CHRUPAVKY pericelulární teritoriální interteritoriální přenos biochemických a biomechanických signálů ARCHITEKTURA ECM JE URČUJÍCÍ PRO BIOMECHANIKU CHRUPAVKY EXTRACELULÁRNÍ MATRIX CHRUPAVKY • lineární nevětvené polysacharidy tvořené opakující se disacharidovou jednotkou: 1. N-acetylgalactosamin (GalNAc) nebo N-acetylglucosamin (GlcNAc) 2. uronová kyselina - glukuronát (GlcA) nebo iduronát. hyaluronová kyselina GLYKOSAMINOGLYKANY Glykosaminoglykan Výskyt Kyselina hyaluronová Pupečník, synoviální tekutina, sklivcová tekutina, chrupavka Chondroitinsulfát Chrupavka, kost, rohovka, kůže, notochord, aorta Dermatansulfát Kůže, šlachy, aorta (adventicie) Heparansulfát Aorta, plíce, játra, bazální laminy Keratansulfát Rohovka, chrupavka , meziobratlová ploténka (nucleus pulposus, anulus fibrosus) GLYKOSAMINOGLYKANY aggrekan ‒ protein + převažující lineární sacharidová složka ‒ proteoglykanové agregáty ‒ 100-200 molekul aggrekanu spolu kys. hyaluronovou tvoří 3-4m velké shluky ‒ vysoká schopnost vázat vodu ‒ objem závislý na stupni hydratace chondronektin ‒ vazba chondrocytů na kolagen II PROTEOGLYKANY A GLYKOPROTEINY CHRUPAVKY kolagen - kolagen typu II + kolageny IX/XI - tenké fibrily (15-20 nm → bez žíhání) - spojeny s perichondriem - stejný index lomu jako amorfní ECM → není vidět VLÁKNA ECM podmiňují biomechanické vlastnosti 1. glykosaminoglykany 2. proteoglykany 3. kolagenní (elastická) vlákna 4. voda EXTRACELULÁRNÍ MATRIX CHRUPAVKY Specificky uspořádané komponenty ECM • tlaková elasticita - proteoglykany – polyanionty (COO-, SO4 II-) - expanze omezená kolagenními fibrilami - repulze ARCHITEKTURA ECM I. tangenciální (superficiální) zóna II. přechodná zóna III. radiální zóna mineralizovaná chrupavka subchondrální kost • bifázický model chrupavky - podmíněný složením ECM - proteoglykany, kolagen, elastin a buňky tvoří solidní, nestlačitelnou, ale elastickou fázi (20%) - intersticiální tekutina která volně protéká matrix – fluidní fáze (80%) - při tlakové zátěži tekutina protéká chrupavkovou matrix do ustanovení rovnováhy - při dekompresi – expanze matrix - význam i pro výživu chrupavky ARCHITEKTURA ECM Elastická ELASTICKÁ CHRUPAVKA • Auricula • Epiglottis • Eustachova trubice • acidofilní elastická vlákna v matrix • izogenetické skupiny nejsou vytvořeny • auricula, meatus, larynx, epiglottis ELASTICKÁ CHRUPAVKA Perichondrium Chondrocyty Elastická vlákna • méně početná než vlákna kolagenní • polymer – tropoelastin • desmosin, isodesmozin • minimální tahová pevnost, při přetažení ztráta pružnosti • redukují hysterezi vaziva = díky své pružnosti usnadňují návrat vaziva do původního stavu po mechanické změně ELASTICKÁ VLÁKNA ELASTICKÁ CHRUPAVKA ELASTICKÁ CHRUPAVKA Vazivová VAZIVOVÁ CHRUPAVKA • Meziobratlové ploténky • Symfýza os pubis • Meniskus • dominantní vláknitá složka – kolagen I a II • mechanická odolnost • minimum amorfní ECM – vlákna jsou viditelná • podobná hustému kolagennímu vazivu • meziobratlové ploténky, symphysis pubis, meniscus VAZIVOVÁ CHRUPAVKA VAZIVOVÁ CHRUPAVKA • Chrupavka – bez inervace, bez vaskularizace – spontánně prakticky neregeneruje • Chondrocyty nemigrují do místa poranění • Eroze chrupavky v důsledku dalších degenerativních změn Cíl: - kloubní pohyblivost - obnova biochemických a biofyzikálních parameterů chrupavky - autologní transplantace - MSCs a chondrocyty na biokompatibilních scaffoldech (stále jen experimentálně) KLINICKÉ KORELACE SHRNUTÍ HYALINNÍ ELASTICKÁ VAZIVOVÁ Složení ECM Col II, aggrecan Col II, elastin, aggrecan Col II + Col I Buňky Chondrocyty/blasty Chondrocyty/blasty Chondrocyty/blasty, fibroblasty Uspořádání Izogenetické skupiny Jednotlivě, občas ve shlucích Jednotlivě nebo podélně vmezeřené mezi kolagenní vlákna Typické perichondrium Ano (kromě kloubů) a epifýz) Ano Ne Příklad výskytu Velké chrupavky laryngu, trachea a DCD, klouby, epifýzy, fetální skelet Aurikula, meatus, Eustachova trubice, epiglottis, malé chrupavky laryngu IVD, meniskus, symfýzy KOST • Primární (nezralá, vláknitá) • Sekundární (zralá, lamelózní) - Lamely – kolagenní vlákna uspořádána do koncentrických vrstev (3-7m) obklopující kanálek s cévami = Haversův systém (osteon) HISTOLOGICKÁ KLASIFIKACE KOSTÍ STAVBA PRIMÁRNÍ (VLÁKNITÉ) KOSTI • Dočasná, vzniká při růstu a regeneraci kostí; kolagenní fibrily plsťovitě uspořádané • Nahrazuje ji později sekundární kost • Přetrvává pouze v některých oblastech - ploché švy lebky, výčnělky kostí (tuberositas ossium) STAVBA SEKUNDÁRNÍ (LAMELÓZNÍ) KOSTI Spongiózní kost • Lamely tvoří trámce, se strukturou podobnou kompaktní kosti • Konce kostí (epifýzy), krátké kosti, střední vrstva plochých kostí lebky (diploe) Kompaktní kost • Zevní a vnitřní plášťové lamely, typické Haversovy kanálky • Volkmannovy kanálky • Intersticiální kanálky STAVBA SEKUNDÁRNÍ (LAMELÓZNÍ) KOSTI STAVBA SEKUNDÁRNÍ (LAMELÓZNÍ) KOSTI STAVBA SEKUNDÁRNÍ (LAMELÓZNÍ) KOSTI Kapilára Osteoblasty Intersticiální lamela Osteocyt v lakuně Canaliculi ossium Lamely • Synoviální kloub – hyalinní chrupavka • Periost – obal z husté pojivové tkáně – Vnitřní vrstva buněk (osteoblasty), vnější – husté kolagenní vazivo – Fibrilární složka je dominantní u metabolicky neaktivní kosti – Kolagenní vlákna periostu paralelně s povrchem kosti • Sharpeyova vlákna fixují periost k vlastní kosti VNĚJŠÍ KOSTNÍ POVRCH Neaktivní Aktivní VNĚJŠÍ KOSTNÍ POVRCH - PERIOST National Museum of Natural History NY, USA PERIOST • Dřeňová dutina • Endost – často jediná vrstva plochých nebo kubických buněk tzv. lining cells – prekurzory osteoblastů • Červená, žlutá nebo šedá kostní dřeň • Bohatá vaskularizace VNITŘNÍ KOSTNÍ POVRCH VNITŘNÍ KOSTNÍ POVRCH JE VÝZNAMNOU NICHE - 60% minerální složka, 24% organická složka (osteoid) 12% H20, 4% tuk - Ca3(PO4)2 , Ca10(PO4)6(OH)2 (hydroxyapatit) SLOŽENÍ KOSTNÍ MATRIX MINERALIZACE 10.1101/cshperspect.a031229 MINERALIZACE KOSTNÍ TKÁNĚ MINERALIZACE KOSTNÍ TKÁNĚ MINERALIZACE KOSTNÍ TKÁNĚ Produkce a odbourávání ECM • kolagen (I) • nekolagenní proteiny • proteoglykany/glykoproteiny, • mineralizovaná matrix KOSTNÍ BUŇKY – OSTEOBLASTY, OSTEOCYTY A OSTEOKLASTY Architektura kostní tkáně a morfologie kostí Metabolismus fosfátů a vápníků Stavba a funkce kostní dřeně 10.13140/RG.2.2.20595.32802 ▪ vnitřní buněčná vrstva periostu, Havesových kanálků a endost - odvozeny z embryonálního mesenchymu - mitotické dělení a diferenciace do osteoblastů - za určitých zvláštních podmínek mohou diferencovat do chondroblastů KOSTNÍ BUŇKY – OSTEOPROGENITORY KOSTNÍ BUŇKY – OSTEOBLASTY KOSTNÍ BUŇKY – OSTEOBLASTY KOSTNÍ BUŇKY – OSTEOCYTY KOSTNÍ BUŇKY – OSTEOCYTY KOSTNÍ BUŇKY – OSTEOCYTY 10.13140/RG.2.2.20595.32802 • Vysoce specializované buňky hematopoetického původu • Vždy na povrchu kostní hmoty • Resorpce kostní matrix KOSTNÍ BUŇKY – OSTEOKLASTY KOSTNÍ BUŇKY – OSTEOKLASTY RAW264.7 Primární prekurzory/buffy coat, CF1, wt • Obrovské, enzymaticky aktivní buňky • Složitá cytoarchitektura • Enzymy rozkládající organickou matrix (osteoid) • H+Cl- → pH ~ 4-5 KOSTNÍ BUŇKY – OSTEOKLASTY KOSTNÍ BUŇKY – OSTEOKLASTY OSTEOKLASTY VZNIKAJÍ Z MAKROFÁGŮ Desmogenní - Uvnitř membránových kondenzací mesenchymu - Zejména ploché kosti Chondrogenní - Náhrada hyalinní chrupavky kostí OSIFIKACE PRIMÁRNÍ KOSTI DESMOGENNÍ OSIFIKACE • Chrupavčitý model • Periostální kostní límec • Proliferace a hypertrofie chondroblastů • Kalcifikace • Vznik primární dřeňové dutiny • Tvorba periostálního pupenu • Osifikace 1. Rezervní zóna 2. Zóna proliferace 3. Zóna hypertrofické chrupavky 4. Zóna kalcifikace 5. Linie eroze 6. Zóna osifikace CHONDROGENNÍ OSIFIKACE CHONDROGENNÍ OSIFIKACE CHONDROGENNÍ OSIFIKACE – PERIOSTÁLNÍ MANŽETA CHONDROGENNÍ OSIFIKACE – RŮSTOVÁ PLOTÉNKA Růstový hormon CHONDROGENNÍ OSIFIKACE – RŮSTOVÁ PLOTÉNKA https://doi.org/10.1159/000088791 CHONDROGENNÍ OSIFIKACE – RŮSTOVÁ PLOTÉNKA CHONDROGENNÍ OSIFIKACE – RŮSTOVÁ PLOTÉNKA CHONDROGENNÍ OSIFIKACE – RŮSTOVÁ PLOTÉNKA CHONDROGENNÍ OSIFIKACE – RŮSTOVÁ PLOTÉNKA CHONDROGENNÍ OSIFIKACE – RŮSTOVÁ PLOTÉNKA 1. Rezervní zóna 2. Zóna proliferace 3. Zóna hypertrofické chrupavky 4. Zóna kalcifikace (světle fialová) 5. Linie eroze 6. Zóna osifikace (tmavě fialová) Osifikace v růstové ploténce je trojrozměrný fenomén KOSTNÍ VĚK • vztah mezi biologickým věkem jedince a stupněm osifikace jeho kostí • osifikační jádra, rozsah osifikace, šířka epifyzárních štěrbin • pediatrie (endokrinologie, výživa, metabolické poruchy) • sportovní lékařství • forenzní lékařství Remodelace primární nebo stávající sekundární kosti http://ns.umich.edu/Releases/2005/Feb05/img/bone.jpg OSIFIKACE SEKUNDÁRNÍ KOSTI – REMODELACE OSIFIKACE SEKUNDÁRNÍ KOSTI – REMODELACE Reaktivní fáze • Hematom, zánětlivá reakce • Granulační tkáň Reparační fáze • Vazivový/chrupavčitý svalek • Depozice primární kosti Remodelační fáze • Remodelace kostní tkáně HOJENÍ ZLOMENIN OSTEOPORÓZA OSTEOPETRÓZA REVMATOIDNÍ ARTHRITIDA NEROVNOVÁHA MEZI OSTEOSYNTÉZOU A OSTEORESORPCÍ PAGETOVA CHOROBA Synartrózy Spojení vloženou tkání (chrupavka, kost nebo vazivo) - Synostózy – spojení kostní tkání – os coxae, os sacrum - Synchondrózy – spojení hyalinní chrupavkou – vývojové stádium osifikace synostóz - Symfýza – spojení vazivovou chrupavkou – os pubis, meziobratlové ploténky - Syndesmózy – husté kolagenní uspořádané vazivo – sutury lebky, spojení zubu a kostního lůžka (gomphosis) Diartrózy Kloubní spojení - Hyalinní chrupavka bez perichondria - Architektura chrupavky – uspořádání vláken i chondrocytů - Kalcifikace chrupavky v oblasti připojení ke kosti - Kloubní pouzdro - Stratum fibrosum - Stratum synoviale - Meniskus – vazivová chrupavka, avaskulární, bez inervace - Kloubní vazy – husté kolagenní uspořádané vazivo, elastická vlákna - Šlachové pochvy a tíhové váčky – stavba kloubního pouzdra KOSTROVÉ SPOJE KLOUB Kloubní dutina Synoviocyty SYNOVIUM MEZIOBRATLOVÁ SPOJENÍ SHRNUTÍ VLÁKNITÁ (primární) LAMELÁRNÍ (sekundární) • Slabě mineralizovaná • Buňky a kolagenní vlákna náhodně uspořádané • Paralelní lamely s pravidelně uspořádanými buňkami • Silně mineralizovaná SPONGIÓZNÍ KOMPAKTNÍ • Propojené trámce • Kryté endostem • 20% • Paralelní lamely s osteony • Intersticiální lamely • 80% • Rostoucí kost • Tvrdý kalus • Vnitřní struktura kostí, dřeňová dutina • Kompaktní povrchová vrstva pod periostem http://www.histology.med.muni.cz DOPORUČENÁ LITERATURA Děkuji za pozornost