SVALOVÁ TKÁŇ Petr Vaňhara https://i.pinimg.com/originals/69/8d/e7/698de768ff8638068faea5c156a02034.jpg 2023 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 TKÁNÍ ▪ Unikátní cytoarchitektura ▪ Excitabilita a schopnost kontrakce ▪ Mesodermální původ Kosterní svalovina Srdeční svalovina Hladká svalovina OBECNÁ CHARAKTERISTIKA SVALOVÉ TKÁNĚ Klasifikace svalové tkáně na základě stavby svalových buněk i architektury celé tkáně KOSTERNÍ SVALOVÁ TKÁŇ SVALOVÁ TKÁŇ KOSTERNÍ SVALOVÁ TKÁŇ http://medcell.org/histology/muscle_lab/skeletal_muscle_longitudinal_section.php − Složení tkáně: svalové buňky, vazivo, inervace, vaskularizace − Unikátní cytoarchitektura – velké mnohojaderné buňky = svalová vlákna (rhabdomyocyty) − Dlouhá osa buněk je rovnoběžná se směrem kontrakce − Specifická terminologie: • buněčná membrána = sarkolema • cytoplasma = sarkoplazma • sER = sarkoplazmatické retikulum • svalové vlákno – mikroskopická jednotka kosterní svalové tkáně • myofibrila – mikroskopická jednotka svalových vláken • myofilamenta – vlákna aktinu a myosinu HISTOLOGIE KOSTERNÍ SVALOVÉ TKÁŇĚ HISTOLOGIE KOSTERNÍ SVALOVÉ TKÁŇĚ http://medcell.org/histology/muscle_lab/skeletal_muscle_cross_section.php ORGANIZACE KOSTERNÍ SVALOVÉ TKÁNĚ ARCHITEKTURA SVALOVÉ TKÁNĚ PROČ JE KOSTERNÍ SVALOVÁ TKÁŇ (PŘÍČNĚ) PRUHOVANÁ? Svalové vlákno = syncitium = rhabdomyocyt – morfologická a funkční jednotka kosterního svalu [Ø 25 – 100 m] Myofibrila – cytoskeletární kompartment uvnitř svalového vlákna [Ø 0.5 – 1.5 m] Sarkomera – nejmenší kontraktilní jednotka [2.5 m], sériově uspořádané v myofibrily Myofilamenta – aktin a myosin [Ø 8 nm a 15 nm], uspořádané v sarkomery ULTRASTRUKTURA RHABDOMYOCYTU Svalové vlákno = syncitium = rhabdomyocyt – morfologická a funkční jednotka kosterního svalu [Ø 25 – 100 m] Myofibrila – cytoskeletární kompartment uvnitř svalového vlákna [Ø 0.5 – 1.5 m] Sarkomera – nejmenší kontraktilní jednotka [2.5 m], sériově uspořádané v myofibrily Myofilamenta – aktin a myosin [Ø 8 nm a 15 nm], uspořádané v sarkomery ULTRASTRUKTURA RHABDOMYOCYTU KAPILÁRY KOLEM SVALOVÝCH VLÁKEN myofibrily sarkolema Sarkolema + t-tubuly Sarkoplazma: Jádra Mitochondrie Golgiho aparát, Glykogen ( granula) Sarkoplazmatické retikulum (hladké ER) – rezervoár Ca2+ Myofibrily (paralelně s dlouhou osou svalového vlákna) tubuly + cisterny sER T-tubuly terminální cisterna mitochondrie ULTRASTRUKTURA RHABDOMYOCYTU • Kosterní svaly mají různé fyziologické parametry - různé izoformy proteinů kontraktilního aparátu - využití kyslíku - vaskularizace - obsah glykogenu • Pomalá oxidativní • Rychlá glykolytická • Rychlá oxidativně-glykolytická FYZIOLOGICKÁ KLASIFIKACE KOSTERNÍCH SVALŮ FYZIOLOGICKÁ KLASIFIKACE KOSTERNÍCH SVALŮ Properties Type I fibers Type IIA fibers Type IIX fibers Motor Unit Type Slow Oxidative (SO) Fast Oxidative/Glycolytic (FOG) Fast Glycolytic (FG) Twitch Speed Slow Fast Fast Twitch Force Small Medium Large Resistance to fatigue High High Low Glycogen Content Low High High Capillary Supply Rich Rich Poor Myoglobin High High Low Red Color Dark Dark Pale Mitochondrial density High High Low Capillary density High Intermediate Low Oxidative Enzyme Capacity High Intermediate-high Low Z-Line Width Intermediate Wide Narrow Alkaline ATPase Activity Low High High Acidic ATPase Activity High Medium-high Low http://en.wikipedia.org/wiki/Skeletal_striated_muscle FYZIOLOGICKÁ KLASIFIKACE KOSTERNÍCH SVALŮ − protáhlé cytoskeletární struktury [Ø 0.5 – 1.5 m] v sarkoplazmě svalového vlákna • Myofilamenta aktin + myosin a další proteiny • Sarkomera − Z-linie − M-linie a H-zóna − I-proužek, A-proužek MYOFIBRILY MYOFIBRILY SARKOMERA A–band I–band½ I-band H-zone SARKOMERA SARKOMERA Terminální cisterna T-tubule Terminální cisterna TRIÁDA • sER: komunikující membránové oddíly oddělené od sarkoplazmy • Terminální cisterny (“junkce”) • Longitudinální tubuly (“L” systém). × • Transversální tubuly (“T” systém ) = invaginace sarkolemy SARKOPLAZMATICKÉ RETIKULUM SARKOPLAZMATICKÉ RETIKULUM SARKOPLAZMATICKÉ RETIKULUM SARKOMERA http://medcell.org/histology/muscle_lab/skeletal_muscle_em.php Courtesy Dr. Pacherník, Faculty of Science MU SARKOPLAZMATICKÉ RETIKULUM MYOFILAMENTA • Fibrilární aktin (F-actin) • Tropomyosin • Troponin – komplex 3 globulárních proteinů • TnT (Troponin T) – váže tropomyosin • TnC (Troponin C) – váže kalcium • TnI (Troponin I) – inhibuje interakci mezi tenkými a tlustými myofilamenty KONTRAKTILNÍ APARÁT – TENKÁ MYOFILAMENTA • Myosin II - molekulární motor - ATPázová aktivita - tři strukturní a funkční domény (lehké a těžké řetězce, globulární hlavička) KONTRAKTILNÍ APARÁT – TLUSTÁ MYOFILAMENTA • Nebulin - 600-900kDa - stabilizace F-aktinu - určuje délku sarkomery • Titin (konektin) - >MDa - stabilizace myosinu - elastický KONTRAKTILNÍ APARÁT – PROTEINY ASOCIOVANÉ S MYOFILAMENTY • α-aktinin - Z-linie - vazba aktinu KONTRAKTILNÍ APARÁT – PROTEINY ASOCIOVANÉ S MYOFILAMENTY • Stavba sarkomery je složitá a její poruchy jsou spojeny s řadou myopatií MYOFILAMENTA TVOŘÍ SARKOMERU MECHANISMUS KONTRAKCE 1. Impuls podél axonu motoneuronu 2. Depolarizace presynaptické membrány (Na+ influx) 3. Synaptické vezikuly splývají s presynaptickou membránou 4. Acetylcholin se uvolňuje do synaptické štěrbiny 5. Acetylcholin difunduje k postsynaptické membráně a váže se na své receptory, které otevírají Na kanály 6. Depolarizace postsynaptické membrány a sarkolemy (Na+ influx) 7. Depolarizace T-tubulů a terminálních cisteren sER 8. Kompletní depolarizace membrány sER 9. Uvolnění CaII+ z sER do sarkoplazmy 10. CaII+ se váže na TnC 11. Troponinový komplex mění konformaci a uvolňuje vazebná místa aktin-myosin 12. Globulární části myosinu se váží na aktin 13. ATPasa globulárních částí myosinu se aktivuje a generuje energii z ATP→ADP + Pi 14. ADP a Pi se uvolňují, globulární části myosinu posouvají aktinová myofilamenta k centru sarkomery 15. Sarkomera se kontrahuje (I-proužek a H-zóna se zkracují) 16. Myofibrily se kontrahují 17. Svalová vlákna se kontrahují MECHANISMUS KONTRAKCE PROPRIORECEPTORY Golgiho šlachová tělíska - myotendinózní spojení - senzitivní nervová zakončení mezi kolagenními vlákny - změny napětí - utlumení motorické nervové aktivity Svalová vřeténka - změna protažení svalu - modifikované perimysium - tenká svalová (intrafuzální) vlákna - senzitivní nervová zakončení - reflexy, koordinace svalových skupin NEUROMUSKULÁRNÍ SPOJENÍ http://medcell.org/histology/muscle_lab/neuromuscular_junction.php 1 2 3 4 Myelinované axony Neuromuskulární spojení Kapiláry Jádro rhabdomyocytu NEUROMUSKULÁRNÍ SPOJENÍ NEUROMUSKULÁRNÍ SPOJENÍ NEUROMUSKULÁRNÍ SPOJENÍ NEUROMUSKULÁRNÍ SPOJENÍ http://medcell.org/histology/muscle_lab/neuromuscular_junction_em.php MYASTHENIA GRAVIS NEUROMUSKULÁRNÍ SPOJENÍ protilátky proti ACh receptoru Kurare blok ACh receptoru/Na+kanálu BOTULOTOXIN Clostridium botulinum NEUROMUSKULÁRNÍ SPOJENÍ blok syntézy a vyloučení ACh • Spojení myofibril se sarkolemou • Seřazení myofibril • I. dystrophin-associated glycoprotein (DAG) complex • II. integrin-vinculin-talin complex • spojení cytoskeletu s ECM • integrita svalového vlákna KOSTAMERY KOSTAMERY KOSTAMERY DOI: 10.1002/bies.10098 KOSTAMERY ENDOMYSIUM SARKOPLAZMA KOSTAMERY DUCHENNOVA MUSKULÁRNÍ DYSTROFIE KOSTAMERY DUCHENNOVA MUSKULÁRNÍ DYSTROFIE KOSTAMERY − endomysium – kolem každého svalového vlákna − perimysium – sekundární svazky; septa − epimysium – kolagenní vazivo kolem svalovu − fascia – husté neuspořádané kolagenní vazivo kolem svalů a svalových skupin, nervů, cév − vazivový obal − odolnost & biomechanika SVALOVÁ TKÁŇ NEJSOU JEN SVALOVÉ BUŇKY VAZIVO KOSTERNÍ SVALOVINY VAZIVO KOSTERNÍ SVALOVINY Vazivo kolem svalových svazků a vláken Myotendinózní přechod (spojení) MYOTENDINÓZNÍ PŘECHOD http://medcell.org/histology/muscle_lab/muscle_tendon_connection.php Kosterní sval Šlacha SRDEČNÍ SVALOVÁ TKÁŇ SVALOVÁ TKÁŇ SRDEČNÍ SVALOVÁ TKÁŇ Kosterní svalovina Srdeční svalovina OBECNÁ CHARAKTERISTIKA SVALOVÉ TKÁNĚ • příčně pruhovaná • cytoarchitektura je podobná kosterní svalové tkáni • srdeční svalová tkáň má strukturní i funkční specifika • dlouhé, protáhlé buňky – kardiomyocyty • větvení do tvaru X, Y • jednojaderné, výjiměčně dvoujaderné, početné mitochondrie • myofibrily • složité mezibuněčné spoje – interkalární disky. HISTOLOGIE SRDEČNÍ SVALOVÉ TKÁNĚ HISTOLOGIE SRDEČNÍ SVALOVÉ TKÁNĚ HISTOLOGIE SRDEČNÍ SVALOVÉ TKÁNĚ ULTRASTRUKTURA KARDIOMYOCYTU HISTOLOGIE SRDEČNÍ SVALOVÉ TKÁNĚ − úplná závislost kardiomyocytů na aerobním metabolismu − početná granula glykogenu a lipidových inkluzí − početné mitochondrie v sarkoplazmě a rezerva myoglobinu SRDEČNÍ  KOSTERNÍ SVALOVINA Kardiomyocyty Rhabdomyocyty Buňky jednojaderné mnohojaderné Jádra centrálně periferně T-tubuly Z linií A proužek sER diády triády Spoje interkalární disky myotendinózní spoje − „skalariformní“ tvar buněk − fasciae adherentes (adhezní spoje) − nexus (gap junction) INTERKALÁRNÍ DISKY nexus fascia adherens INTERKALÁRNÍ DISKY fascia adherens INTERKALÁRNÍ DISKY INTERKALÁRNÍ DISKY • Aktinová a myozinová myofilamenta • Sarkomera • I-proužek a A-proužek • Z-linie • M-linie a H-zóna • T-tubulus + 1 cisterna = diáda (v oblasti Z-line) MYOFIBRILY KARDIOMYOCYTŮ MYOFIBRILY KARDIOMYOCYTŮ • vnitřní vrstva srdečních komor • koordinace kontrakce • početné iontové kanály, mitochondrie • relativně málo myofibril PURKYŇOVA VLÁKNA Purkyňova vlákna Pracovní myokard PURKYŇOVA VLÁKNA http://medcell.org/histology/muscle_lab/purkinje_fibers.php • Natriuretický peptid A (ANP, atriální natriuretický peptid) • kardiomyocyty srdečních síní • vazodilatace, diuréza ATRIÁLNÍ KARDIOMYOCYTY HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ SVALOVÁ TKÁŇ HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ http://medcell.org/histology/muscle_lab/smooth_muscle_cells.php • Buňky HS = leiomyocyty • vrstvy - např. ve stěnách dutých orgánů a cév Transversální řez Podélný řez HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ • Buňky (leiomyocyty) tvoří vrstvy - např. stěny dutých orgánů HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ Motta PM [ed]: Ultrastructure of Smooth Muscle. Norwell, MA, Kluwer Academic, 1990 Arteriola T.M.E. tenkého střeva – vřetenovité buňky – myofilamenta nejsou uspořádána do myofibril (není žíhání) – 1 jádro uložené centrálně – aktinová filamenta připojena k sarkolemě fokálními adhezemi nebo denzním tělískům (dense bodies - analoga Z-liní v sarkoplasmě) – sER tvoří pouze tubuly – ionty Ca jsou přijímány z vnějšího prostředí – buňky spojeny pomocí zonulae occludentes a nexusů – calmodulin – kaveoly, funkčně ekvivalentní T-tubulům – iontové (Ca) kanály – kontakt s sER HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ Hladká svalová buňka malé plicní arterie, Somlyo AP, Somlyo AV: Smooth muscle structure and function. In Fozzard HA et al [eds]: The Heart and Cardiovascular System, 2nd ed. New York, Raven Press, 1992. https://basicmedicalkey.com/smooth-muscle/ HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ • Individuální (neurogenní) inervace a kontrakce • Svaly v dýchacích cestách, cévy, iris • Propagace AP myogenně přes gap junctions • Buňky se funkčně chovají jako syncytium (koordinovaná kontrakce) • Viscerální HS, GIT, děloha, močový měchýř Simplifikace! Vždy se jedná o kombinaci regulačních faktorů HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ HLADKÁ vs. PŘÍČNĚ PRUHOVANÁ SVALOVÁ TKÁŇ Kosterní svalová tkáň Srdeční svalová tkáň Hladká svalová tkáň Buňky silné, dlouhé, válcovité, nevětvené velké, válcovité, větvené malé, vřetenovité Jádra početná, na periferii 1-2, centrálně 1, centrálně poměr filament (tenká:tlustá) 6:1 6:1 12:1 sER a myofibrily pravidelně uspořádané sER kolem myofibril méně pravidelné sER, myofibrily ne vždy zřetelné méně pravidelné sER, myofibrily nejsou vytvořeny T tubuly mezi A-I proužky, triády Z linie, diády nejsou vytvořeny Motorická ploténka vytvořena není vytvořena není vytvořena Volní kontrola ANO NE NE Další znaky svazky, asociace s vazivem interkalární disky, pracovní a vodivé kardiomyocyty svazky, kaveoly SHRNUTÍ EMBRYONÁLNÍ VÝVOJ EMBRYONÁLNÍ VÝVOJ EMBRYONÁLNÍ VÝVOJ Hluboké zádové svaly Mezižeberní svaly Povrchové vrstvy zádových svalů – končetinový původ Spinokostální svaly SVALY TRUPU SVALY TRUPU SVALY KONČETIN PRUNE BELLY SYNDROME • Absence abdominálních svalů • Chyba specifikace hypaxiálních svalů • Asociace s VACTERL a aneuploidemi •V - Vertebral anomalies •A - Anorectal malformations •C - Cardiovascular anomalies •T - Tracheoesophageal fistula •E - Esophageal atresia •R - Renal (Kidney) and/or radial anomalies •L - Limb defects HISTOGENEZE SVALOVÝCH VLÁKEN REGENERACE KOSTERNÍHO SVALSTVA REGENERACE KOSTERNÍHO SVALSTVA Embryonální progenitory Satelitní buňky Myoblasty Myocyty Myotuby DIFERENCIACE IN VITRO TKÁŇOVÉ INŽENÝRSTVÍ https://www.nature.com/news/artificial- jellyfish-built-from-rat-cells-1.11046 https://www.nature.com/articles/nbt.2269 DĚKUJI ZA POZORNOST pvanhara@med.muni.cz http://www.histology.med.muni.cz/