ÚstavhistologieaembryologieLFMU
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
1
Ústav histologie
a embryologie LF MU
pvanhara@med.muni.cz
5. Koncept a
klasifikace tkání
Petr Vaňhara, PhD.
Organizace lidského těla
Konfucius
Avicenna
Moderní buněčná teorie
Jan E. Purkyně
Matthias J. Schleiden
Theodor Schwann
Robert Remak
Rudolf Wirchow
a další
Aristoteles
a navazující středověká
medicína
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
2
Moderní buněčná teorie
Organismy jsou složeny ze základních jednotek - buněk
Nové buňky vznikají pouze dělením stávajících buněk
Buňky představují termodynamicky otevřený systém
Dědičná informace se přenáší na dceřiné generace
Buňky se neliší v základním chemickém složení
Tkáň
Funkční, trojrozměrné, organizované seskupení morfologicky podobných
buněk a jejich produktů a derivátů
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
3
http://www.copewithcytokines.de/cope.cgi
Buňky a tkáně v číslech
- cca 6 × 1013 buněk
- více než 200 různých typů
- čtyři základní typy tkání
- tkáně jsou v různém zastoupení a kombinacích
základem orgánů a orgánových soustav
Epitelová
Svalová
Nervová
Pojivová
Současná klasifikace tkání
Na základě morfologických a funkčních znaků
Obsahují myofibrily schopnost kontrakce
Derivát mezodermu - KS, myokard, mezenchymu - HS
Výjimečně ektoderm (např. m. sphincter a m. dilatator pupillae)
Neurony a neuroglie
Příjem a přenos elektrického vzruchu
Derivát ektodermu, výjimečně mezenchymu (mikroglie)
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
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
4
Mikroskopická stavba tkání
Morfologie tkání je dána biologickými vlastnostmi buněk, zejména:
• adaptací pro určitou funkcí
• evoluční historií a embryonálním původem
• genovým/proteinovým profilem
Kartáčový lem na povrchu tenkého střevaVaskularizace isokortexu
http://www.livescience.com/14413-brain-images-portraits-mind.html
Mikroskopická stavba tkání
Evoluční
historie
Embryonální
vývoj
Epigenetický
profil
Mezibuněčné
interakce
Funkční
adaptace
Dynamika
genové
exprese
TKÁŇRozdíly v těchto parametrech
se odrážejí ve vlastní
histologické stavbě tkání
Je dána průnikem velkého
množství parametrů
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
5
Příklad plasticity tkání – buňky neurální lišty
Ref.: Shakhova O., Sommer L. Stem Book 2012. Neural crest-derived stem cells
Evoluční historie
Redukce vlastní buněčné identity během vývoje mnohobuněčných organismů
- Striktní kontrola buněčného dělení
- Schopnost diferenciace a funkční specializace
- Programovaná buněčná smrt
Selekční tlak vedoucí k vytvoření efektivní mezibuněčné kooperace
- Transport živin, pohyb, reprodukce…
Evoluční novinky
- Lokomoční polarita, bazální membrána, mezibuněčná spojení
- Extracelulární trávení, chemické (acetylcholin) a elektrické synapse, senzorické buňky
- Primární (apikální-blastoporální) a sekundární (anterio-posteriorní) osa těla
- Příčně pruhované svaly, protonefridie (vylučovací systém)
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
6
Genová exprese a její dynamika
Gen (DNA)
Primární transkript (pre-mRNA)
Sestřih a post-transkripční modifikace
Sekundární transkript (mRNA)
Translace (protein)
Post-translační modifikace
Export nebo utilizace
Proliferace/Diferenciace/Apoptóza
Produkce ECM, enzymů, strukturních proteinů
Mezibuněčná komunikace
Buněčná a tkáňová variabilita
Embryonální původ
Ektoderm
MesodermEntoderm
Trilaminární zárodečný disk
(3. týden)
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
7
Embryonální původ
Pojivová tkáň hlavy, lebka, dentin
Kosterní svalovina hlavy, trupu a
končetin
Dermis
Pojivová tkáň
Urogenitální systém + vývody a
přídatné žlázy
Viscerální pojivová tkán
Serózní membrány pleury,
peritonea a perikardia
Krevní buňky, leukocyty
Kardiovaskulární a lymfatický
systém
Slezina
Adrenální kortex
Epitel GIT s výjimkou ústní dutiny a
části análního kanálu
Extramurální žlázy GIT
Epitel močového měchýře a trubice
Epitel respiračního systému
Thyroidea, parathyreoidní tělíska,
thymus
Parenchym tonsil
Epitel cavum tympani a Eustachovy
trubice
Epidermis a její deriváty
Rohovka a epitel čočky
Zubní sklovina
Vnitřní ucho
Adenohypofýza
Epitel ústní dutiny a části análního kanálu
Neurální trubice a její deriváty:
- CNS
- Retina
- Neurohypofýza
- Epifýza
Neurální lišta a její deriváty:
- Kraniální, spinální, autonomní ganglia, PNS
- Schwanovy buňky, gliální buňky,
- Chromafinní buňky nadledviny
- Enteroendokrinní buňky
- Melanoblasty
- Mesenchym hlavy a jeho deriváty –
faryngeální oblouky
- Odontoblasty
PovrchovýektodermNeuroektoderm
HlavovýParaxiálníIntermediálníLaterální
EntodermEktoderm Mesoderm
Molekulární principy histogeneze
doi:10.1038/sj.hdy.6800872
Příklad: Hox komplex
Vysoce konzervovaná skupina
transkripčních faktorů
určujících základní stavbu a
orientaci těla
Tkáňová diferenciace podél
anterio-posteriorní osy
Člověk (39 genů)
92HoxD
912HoxC
1017HoxB
117HoxA
Počet Hox
genů
ChromozomCluster
Vrozené vývojové vady a HOX geny
hand-foot-genital syndrom – mutace HOXA13
synpolydaktylie – mutace HOXD13
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
8
Hox komplex a morfogenetické pole
Příklad: Diferenciace myšího urogenitálního traktu (prostata)
Posterior Anterior
Místně i časově specifická exprese různých
regulačních genů určuje výslednou lokalizaci,
orientaci i podobu tkáně
PosteriorAnterior
Dorsal
Ventral
doi: 10.1210/en.2006-1250
Hoxb13
Distal Proximal
(Epi)genetický profil tkání
Výslednou stavbu a funkci tkání určuje projev
řady strukturních genů – různý v různých
lokalizacích i časových úsecích
doi:10.1038/nature10523
Neurocortex
Hippocam
pus
Am
ygdala
Striatum
M
ediodorsální jádra
Cortex
cerebeli
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
9
Mezibuněčné interakce a komunikace
Řízení a koordinace základních buněčných dějů na úrovni tkání
doi:10.1097/00004647-200010000-00001
Endokrinní Parakrinní Autokrinní Juxtakrinní
Signální molekuly Elektrický signál / chemická synapse
Mezibuněčné spoje
Buněčná reakce
- proliferace
- diferenciace
- zánik
- funkční odpověď
Intracelulární signalizace a výsledný buněčný fenotyp
Buněčná odpověď
???
Signál
Signál
Signál
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Signal_transduction_pathways.png
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
10
Tkáň je dynamická struktura se značnou plasticitou
Epiteliální – mesenchymální tranzice (EMT)
J Clin Invest. 2009;119(6):1420–1428. doi:10.1172/JCI39104.
Tkáň je dynamická struktura se značnou plasticitou
EMT - Klinické souvislosti?
Embryonální vývoj
Zánětlivé procesy, destrukce tkání vazivem Nádorové buňky – tvorba metastáz
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
11
Což má i odvrácenou tvář
Proč se zajímat o embryonální vývoj tkání
a molekulární mechanismy histogeneze?
- Regenerativní a transplantační medicína
- Individualizace léčby na míru konkrétnímu pacientovi
- Vývoj a testování specifických léčiv
- Modelování různých onemocnění
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
12
Je znalost mikroskopické stavby tkání důležitá pro
klinickou medicínu?
Patologie Histologie
Farmakologie
Onkologie
Tkáňové náhrady a
transplantační
medicína
Tkáňové inženýrství,
regenerativní
medicína
Embryologie
a reprodukční
medicína
Fyziologie
Klinické obory
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
13
Po této přednášce máte představu o:
definici základních pojmů, klasifikaci a složení tkání
parametrech určujících organizaci a stavbu tkání
významu mezibuněčné komunikace v udržení integrity tkání
embryonálním původu a klasifikaci základních tkání lidského těla
Přestávka
6. Pojivové
tkáně
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
14
Pojivová tkáň a její funkce
Podmíněna mechanickými vlastnostmi → spojování ostatních tkání,
kompartmentalizace, opora, fyzikální a chemické prostředí, vaskularizace a inervace,
imunologická podpora, uchování zásobních látek
Obecné složení pojivové tkáně
Všechny pojivové tkáně jsou složeny z buněk a mezibuněčné hmoty
Mezibuněčná hmota
– fibrilární a interfibrilární (amorfní)
Buňky pojivové tkáně
Vazivo – trvalé a přechodné buněčné populace (fibroblasty, buňky imunitního systému,
adipocyty, kmenové buňky)
Chrupavka – chondroblasty/chondrocyty
Kost – osteoblasty/osteocyty/osteoklasty
Fibrilární komponenta (vláknitá složka)
- kolagenní
- retikulární
- elastická
Interfibrilární komponenta (základní hmota amorfní)
- Komplexní matrix složená z glykoproteinů a proteoglykoanů
- Konkrétní složení závisí na konkrétním typu tkáně (vazivo × chrupavka × kost)
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
15
Obecná klasifikace pojivové tkáně
Embryonální pojivová tkáň
- Mezenchym
- Rosolovitá pojivová tkáň (Whartonův rosol, v dospělosti zubní pulpa, stroma duhovky)
Pojivová tkáň v dospělém organismu
- Areolární (řídké, intersticiální) vazivo
- 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)
Embryonální původ pojivové tkáně
• Embryonální mesenchym = řídká houbovitá tkáň mezi zárodečnými listy
- odvozený z mezodermu; kraniofaciální mezenchym z buněk neurální lišty
• Prostorová síť hvězdicovitých nebo vřetenovitých buněk
• Rosolovitá základní amorfní hmota
http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL3530/DB_Ch02/DBNModel.html
DEN 12 embryonálního vývoje
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
16
VazivoKostChrupavka
Mezenchym
Embryonálnípůvodpojivovétkáně
Vazivo
Ústav histologie a embryologie LF MU
17
Obecné složení
- Fibroblasty/fibrocyty/myofibroblasty
- Retikulární buňky
- Tukové buňky
- Pigmentové buňky
- Nediferencované multipotentní buňky
Extracelulární matrix (mimobuněčná hmota)
- Vláknitá (fibrilární) složka
- Základní amorfní hmota
Buňky
Fixní buňky
Migrující (bloudivé)
- Makrofágy pojivové tkáně = histiocyty
- Plazmatické buňky
- Lymfocyty, granulocyty
- Heparinocyty
- …
Mezibuněčná hmota - fibrilární komponenty pojiv
Kolagenní vlákna
- skupina fibrilárních proteinů kódovaných 28 geny (stav 2011)
- polymer – podjednotka = tropokolagen; trojitá šroubovice
- různé strukturní a mechanické vlastnosti (tuhost, pružnost, tloušťka…)
- nejhojnější protein lidského těla (až 30% suché hmotnosti)
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
18
Syntéza kolagenu
Polyribozomy se váží na GER a syntetizují peptidové řetězce (cca 250 AA, 28kDa)
V GER dochází k posttranslační modifikaci (hydroxylace prolinu a lysinu – kofaktor vitamin C)
Řetězce tvoří trojitou šroubovici
V GA je prokolagen dále modifikován a sekretován z buňky
Prokolagen je modifikován na tropokolagen (prokolagenpeptidázou)
Tropokolagen se organizuje do vyšších struktur
Vlákna jsou vzájemně propojena (lysiloxidázy)
Syntéza kolagenu
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
19
Kolagen
Typ Výskyt ve tkáních Struktura Hlavní funkce
I
Kost, šlachy, meniskus, dentin, škára, pouzdra
orgánů, řídké vazivo, 90% typ I
Fibrily (75nm) - vlákna
(1-20µm)
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)
X Růstová ploténka, mineralizující chrupavka růst kostí, mineralizace
Kolagen ve světelném
mikroskopu
AZAN
HES
HE
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
20
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
Retikulární vlákna
• tvoří kolagenní (kolagen III), prostorové sítě
• kostní dřeň, slezina, lymfatické uzliny
• podpůrná struktura pro buňky např. imunitního systému ve slezině nebo kostní dřeni
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
21
Amorfní, mezibuněčná hmota (extracelulární matrix)
Bezbarvá, průsvitná homogenní směs glykosaminglykanů, proteoglykanů a
strukturálních glykoproteinů
Základní hmota
Glykosaminoglykany
lineární polysacharidy tvořené disacharidovými
podjednotkami - kyselinou uronovou a hexosaminem
glukosamin nebo galaktosamin
kys. glukuronová nebo iduronová
polysacharidy bohaté na hexosaminy - kyselé mukopolysacharidy
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
22
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
s výjimkou kys. hyaluronové se váží i na proteinové
struktury - proteoglykany
Proteoglykany
— protein + převažující lineární sacharidová
složka
— proteoglykanové agregáty
— vysoká schopnost vázat vodu
— objem závislý na stupni hydratace
— aggrecan (chrupavka)
— syndekan
— fibroglykan
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
23
• dominantní protein + rozvětvená sacharidová složka
• interakce mezi buňkami a extracelulární matrix
(proliferace, diferenciace, migrace, zánik…)
― 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)
Strukturální glykoproteiny
Složení základní hmoty - shrnutí
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
24
Typy vaziva
Mezenchym
Vazivo
• Kolagenní
- husté uspořádané
- husté neuspořádané
- řídké
• Elastické
• Retikulární
• Tukové
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
25
Husté pravidelné
Husté nepravidelné
Řídké (areolární)
Tukové vazivo
• bílá a hnědá tuková tkáň
• adipocyty, fibroblasty, retikulární, kolagenní a elastická vlákna
• vaskularizace
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
26
Hnědá tuková tkáň
• vyvíjející se fetus a děti do cca 1 roku
• rychlý zdroj energie a tepla
• mezilopatkový prostor
• malé buňky s početnými lipidovými
kapénkami
Bílá tuková tkáň
• aktivní novotvorba adipocytů do věku cca dvou let
• schopnost hypertrofie
• bohatá vaskularozace
• jediná tuková kapénka
• produkce hormonů - leptin (adipokininy)
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
27
Chrupavka
Chrupavka
•Hyalinní
•Elastická
•Vazivová
Ústav histologie a embryologie LF MU
28
• perichondrium
• chondroblasty, chondrocyty
• ECM (kolagen, elastická vlákna, základní amorfní hmota)
Chrupavka
Hyalinní chrupavka
• kolagen II + amorfní hmota
• dočasný skelet zárodku
• epifyzální růstové ploténky, kloubní spojení,
dýchací cesty …
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
29
Výživazperichondria
Růst apozicí diferenciací
chondroblastů z perichondria
Intersticiální proliferace chondroblastů –
vznik izogenetických skupin
Hyalinní chrupavka
Elastická chrupavka
• Elastická vlákna v
základní hmotě
• Izogenetické skupiny
nejsou vytvořeny
• Auricula, zvukovod,
larynx, epiglottis
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
30
Vazivová chrupavka
• Dominantní vláknitá složka –
kolagen I a II
• Minimální množství amorfní
hmoty
• Vysoká mechanická odolnost
• Meziobratlové ploténky,
symfýzy, kloubní jamky,
meniskus
Kost
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
31
Kost
Klasifikace dle způsobu osifikace:
• Primární × sekundární
Histologická klasifikace:
• Vláknitá × Lamelózní (spongiózní × kompaktní)
- Plsťovitě propletené kolagenní fibrily
- Interfibrilární hmota
- Velké množství osteocytů
- Zubní cement, kostní drsnatiny (úpony)
- Paralelní uspořádání kolagenních vláken
- Kostní lamely 3-8µm
- Zevní a vnitřní plášťové lamely
- Kompakta:
- Haversovy systémy (osteony)
- Haversovy a Volkmannovy kanálky
- Intersticiální lamely
- Spongióza: trabekuly, dle tloušťky buď
charakter plášťových lamel nebo osteonů
- Osteoid
- Anorganické složky
- Osteoprogenitorové (kmenové) buňky
- Osteoblasty, osteocyty
- Osteoklasty
Kostní buňky
Mezibuněčná hmota
Obecná stavba kosti
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
32
Obecná stavba lamelózní kosti
Kostní povrch
• Vnější
- 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
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
33
Kostní povrch
• Vnitřní
- Dřeňová dutina
- Endost – často jediná vrstva tzv. lining cells – prekurzory osteoblastů
- Červená, žlutá nebo šedá kostní dřeň
- Bohatá vaskularizace
Složení kostní matrix
- 60% minerální složka, 24% organická složka 12% H20, 4% tuk
- Ca3(PO4)2 , Ca10(PO4)6(OH)2 (hydroxyapatit)
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
34
Kostní buňky – osteoblasty, osteocyty
- Produkce ECM – kolagen (I) a nekolagenní proteiny a proteoglycany/glykoproteiny
Kostní buňky – osteocyty
- Propojeny cytoplazmatickými výběžky - tvoří komunikující síť
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
35
Osteoklasty
- Vysoce specializované buňky odvozené od makrofágů
- Resorpce kostní matrix
Osteoklasty
- Složitá cytoarchitektura
- Enzymy rozkládající organickou matrix (osteoid)
- HCl
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
36
Osifikace primární kosti
Desmogenní
- Uvnitř membránovitých kondenzací mesenchymu
- Zejména ploché kosti
Chondrogenní
- Náhrada hyalinní chrupavky kostí
1. Chrupavčitý model
2. Periostální kostní límec
3. Proliferace a hypertrofie chondroblastů
4. Kalcifikace
5. Vznik primární dřeňové dutiny
6. Tvorba periostálního pupenu
7. Osifikace
Osifikace sekundární kosti
Remodelace primární nebo stávající sekundární kosti
http://ns.umich.edu/Releases/2005/Feb05/img/bone.jpg
Ukládání kostní hmoty v podobě koncentrických lamel kolem cév –
osteon = Haversův systém
Uvnitř kanálu - vaskularizace,
inervace
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
37
• OSTEOPORÓZA
Klinické souvislosti – nerovnováha mezi osteosyntézou a
osteoresorpcí
• OSTEOPETRÓZA
• REVMATOIDNÍ ARTHRITIDA
Po této přednášce umíte:
základní terminologii týkající se klasifikace pojivové tkáně
detailně popsat složení, strukturu a funkci různých typů pojivové tkáně
popsat význam jednotlivých buněčných populací v různých typech pojiv
charakterizovat embryonální vývoj jednotlivých typů pojivových tkání
ÚstavhistologieaembryologieLFMU
38
Doporučená literatura
Ústav histologie a embryologie
LF MU
Mikroskopická anatomie
Obecná histologie
...
nebo
http://www.med.muni.cz/histol/histolc.html
Děkuji za pozornost
RNDr. Petr Vaňhara, PhD.
pvanhara@med.muni.cz
http://www.med.muni.cz/histol/histolc.html
ÚstavhistologieaembryologieLFMU