1. Mikroskopická stavba jícnu, žaludku, tenkého a tlustého střeva 2. Mikroskopická stavba jater a slinivky břišní a embryonální vývoj GIT GIT Petr Vaňhara, PhD Ústav histologie a embryologie LF MU pvanhara@med.muni.cz http://www.med.muni.cz/histology Obecná stavba dutých orgánů Obecná stavba dutých orgánů včetně trávicí trubice Čtyři základní vrstvy 1. Mukóza (Tunica mucosa) 2. Submukóza (Tela submucosa) 3. Tunica muscularis externa 4. Seróza/adventicie Donna Myers © 2007 Lumen Serosa/Adventicie Muscularis externa Submucosa Mucosa Lumen 1 2 3 4 Obecná stavba trávicí trubice Sliznice - mukóza (Tunica mucosa) - vnitřní vrstva trávicí trubice vystýlající lumen - protektivní, absorpční a resorpční funkce - mikroskopická stavba závisí na lokalizaci - Lamina epithelialis mucosae - Lamina propria mucosae - Lamina muscularis mucosae - Lamina epithelialis mucosae - charakter epitelu určený funkcí daného oddílu trávicí trubice - ústní dutina, farynx, jícen, anus – vrstevnatý dlaždicový (nerohovějící) - žaludek, tenké a tlusté střevo – jednovrstevný cylindrický - hlen – produkovaný slizničními nebo podslizničními žlázkami (ústní dutina, jícen), sekrečním epitelem (žaludek) nebo pohárkovými buňkami (střevo) - Lamina propria mucosae - vrstva slizničního vaziva – řídké kolagenní vazivo - fenestrované krevní kapiláry – odvod metabolitů (střevo) - v některých oddílech slizniční žlázky (jícen) - inervace, komponenty imunitního systému - Lamina muscularis mucosae - tenká vrstva hladkých svalových buněk - drobné mechanické pohyby mukózy usnadňující sekreci a absorpci (nezávisle na peristaltice) Mukóza (Tunica mucosa) Submukóza (Tela submucosa) Podslizniční vazivo - výrazná vrstva řídkého kolagenního vaziva - určuje celkový tvar sliznice (slizniční řasy) - větší krevní a lymfatické cévy, které zásobují T. mucosa, muscularis externa a serózu - Inervace – nervová pleteň plexus submucosus Meissneri = skupinky multipolárních neuronů a malých ganglií), viscerální senzorická vlákna (sympatikus) i vlákna a terminální ganglia parasympatiku = enterický nervový systém - Žlázy – v závislosti na oddílu trávicí trubice - protektivní funkce (mucinózní) Zevní svalová vrstva (Tunica muscularis externa) - dvě koncentrické, relativně silné vrstvy hladké svaloviny, oddělené tenkou vrstvou konektivní tkáně - vnitřní – cirkulární, vnější – longitudinální (spirála) - myenterický (Auerbachův) plexus - peristaltika – pasáž obsahu trávicí trubice - lokální modifikace m.e. - faryngoesofagální sfinkter + externí anální sfinkter – kosterní svalovina - žaludek – třetí - šikmá - vrstva svaloviny - taenie coli – zesílená část longitudinální vrstvy v tlustém střevě Cirkulární Longitudinální Seróza/Adventicie (Tunica serosa/adventitia) - vnější vrstva trávicí trubice - Seróza - serózní membrána tvořená řídkým kolagenním vazivem (Lamina propria serosae) a jednovrstevným dlaždicovým epitelem (L. epithelialis serosae) - syn. mesothelium, viscerální peritoneum - přechází v mezenterium - serózou – z mezenteria do stěny trávicí trubice prochází velké krevní a lymfatické cévy a nervy - bariéra vůči patogenům, antiadhezivní vlastnosti – intracoelomový pohyb, imunitní funkce (Ag prezentace), produkce ECM, atd. - Adventicie - některé části trávicí trubice nejsou kryté serózou - hrudní část jícnu, části trávicího traktu v břišní a pánevní dutině v místě fixace (duodenum, část tlustého střeva, rektum a anální kanál) - pouze konektivní tkáň přecházející do konektivní tkáně stěny S.E. Mutsaers / The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 36 (2004) 9–16 Seróza/Adventicie (Tunica serosa/adventitia) 1.4m Enterický nervový systém - intramurální, autonomní NS - nervové pleteně, ganglia Plexus submucosus - vnitřní (Meissnerova) a vnější podslizniční pleteň, inervují muscularis mucosa a cirkulární vrstvu muscularis externa Plexus myentericus (Auerbachii) - tunica muscularis, inervuje obě svalové vrstvy Intersticiální (Cajalovy) bunky - pacemaker ENS - spojují ENS a svalové buňky - koordinují a vyvolávají peristaltiku Enteroendokrinní systém - produkují střevní hormony – endokrinní nebo parakrinní sekrece - peptidy nebo biogenní aminy (histamin, serotonin) Typ Hormon Lokalizace/funkce D buňky Somatostatin - Žaludek, střevo, jaterní a pankreatické vývody - Jako D buňky Langerhansových ostrůvků v pankreatu EC buňky Serotonin - Žaludek, střevo, žlučník - Peristaltika ECL buňky Histamin - Žaludek - Sekrece HCl G buňky Gastrin - Pars pylorica, duodenum - Sekrece HCl, pepsinu L (EG) buňky Enteroglukagon - Žaludek, střevo - Tlumí sekreci pankreatických enzymů a peristaltiku - minoritní, obsahují sekreční granula klasické histologické metody rozlišují různé typy buněk na základě rozdílné afinity k různým barvivům - DNES/APUD - GIT chemosensing Enteroendokrinní systém doi: 10.1097/MED.0b013e3282f43a73 Mikroskopická anatomie trávicí trubice Jícen (Oesophagus) - Mukóza – nekeratinizovaný vrstevnatý dlaždicový epitel  protektivní funce (mechanická odolnost) – l. propria a l.muscularis mucosae silnější než jinde v GIT – distálně mucinózní gll. esophageae cardiacae - Submukóza – řídké kolagenní vazivo, určuje tvar lumen (slizniční řasy) – krevní a lymfatické cévy, plexus submucosus Meissneri – submukózní žlázy (tubulózní mucinózní) – difúzní lymfatická tkáň Jícen (Oesophagus) - Muscularis externa - Vnitřní cirkulární a vnější longitudinální vrstva - inervace – plexus myentericus Auerbachi - horní třetina – kosterní svalovina, střední třetina – smíšená – kosterní + hladká, dolní třetina – pouze hladká svalovina - Adventicie - krční a hrudní úsek – spojuje jícen s okolím - řídké kolagenní vazivo - břišní úsek - seróza Kardio-oesofagální junkce Nekeratinizovaný vrstevnatý dlaždicový epitel  jednovrstevný cylindrický epitel Žaludek (Ventriculus, Gaster) - obecná stavba dutého orgánu - anatomické oddíly se liší i histologickou stavbou - slizniční řasy – rugae gastricae (submukóza) Žaludek (Ventriculus, Gaster) Sliznice žaludku - jednovrstevný cylindrický epitel - povrchový epitel produkuje souvislou vrstvu hlenu (mucinogenní granula, vysoký obsah HCO3 -, K+) = protektivní funkce - areae gastricae (1-6 mm), foveolae gastricae Novotný I. Lenz J. Interaktivní endoskopický atlas horní části gastrointestinálního traktu, LF MU 2008 Žaludek (Ventriculus, Gaster) Sliznice žaludku - L. propria obsahuje velké množství žláz: - Gl. cardiacae - Gl. pyloricae - Gl. gastricae propriae Žaludek (Ventriculus, Gaster) Gl. gastricae propriae - žlázky fundu a těla žaludku - tubulózní, jednoduché nebo ke konci rozvětvené, ústí po 2-4 na dno žaludečních jamek - více funkčních typů buněk Žaludek (Ventriculus, Gaster) Fundus Hlavní buňky (pepsinogenní, zymogenní) - nejpočetnější, dolní úsek těla žlázek a fundus - pyramidový tvar, bazofilní cytoplasma, RER, pepsinogenní granula - pepsin, lipáza Krycí buňky (parietální, oxyntické) - přechod krčku a těla - eosinofilní, velké množství mtch. a SER - složitá dynamická ultrastruktura - intracelulární kanálky v apikální části s mikroklky – membránově vázané enzymové komplexy produkující H+ a Cl- (HCl vzniká extracelulárně) Enteroendokrinní buňky - serotonin, gastrin, histamin Mucinózní buňky krčků - kubické, mukus Kmenové buňky žaludeční sliznice - málo početné, nízce cylindrické - schopnost regenerace žaludeční sliznice Žaludek (Ventriculus, Gaster) Gl. gastricae propriae Krycí buňka 10200 Jak to v žaludeční sliznici funguje? H+/K+ ATPase inhibitory (Omeprazol) A proč je to důležité? https://www.youtube.com/watch?v=XhB7WNJVg3U Přestávka http://luminaryvisuals.com/http://luminaryvisuals.com/ Obecná stavba trávicí trubice - střevo Obecná stavba trávicí trubice - střevo Čtyři základní vrstvy: sliznice, podslizniční vazivo, zevní svalovina, seróza sliznice a podslizniční vazivo vytvářejí útvary sloužící k maximálnímu zvětšení resorpční plochy: • plicae circulares (Kerckringi) – podslizniční vazivo + sliznice, celkem asi 800, zvětšení plochy 2-3x, distální část duodena • klky (villi intestinales) – sliznice (l. propria + epitel) 0,5-1,5 mm dlouhé, 10-40/mm2 , celkem asi 4 mil., zvětšení plochy 5-10x • mikroklky (žíhaná kutikula) – apikální povrch enterocytů – mikroklky jsou 1- 2 μm dlouhé a 0,1 μm široké, 100 mil./mm2, zvětšení plochy 20x Tenké střevo - adaptace k efektivní resorpci Gastroduodenální spojení plicae circulares (Kerckringi) – 2-3x klky (villi intestinales) – 5-10x mikroklky (žíhaná kutikula) – 20x Tenké střevo - adaptace k efektivní resorpci Jednovrstevný cylindrický epitel - enterocyty - pohárkové buňky - Panethovy buňky - enteroendokrinní buňky - M-buňky Střevní sliznice Lieberkühnovy krypty 200-600x Lieberkühnovy krypty (gl. intestinales) - jednoduché slizniční tubulární struktury, hluboké 0,3-0,5 mm - procházejí l. propria a otevírají se do lumen střeva - obsahují různé buněčné typy - sekrece trávicích enzymů - obnova epitelu - enteroendokrinní buňky - imunitní odpověď Specializace buněk střevní sliznice Enterocyty Buňky střevní sliznice - vysoké, cylindrické buňky - bazálně uložené jádro - modifikace apikálního povrchu – mikroklky (3000) + glykocalyx (0,5m) = žíhaný lem (kutikula) - těsná vzájemná spojení, interdigitace Funkce: - trávení – enzymatické komplexy na membráně mikroklků - absorpce a transport – pasivní, facilitovaný i aktivní - zpracování lipidů- chylomikry 1m 0,1m Transport a resorpce – koncentrační gradienty Transport of glucose from intestinal lumen to blood stream Na+/K+ ATPase - basolateral surface - concentration gradient Na+ and K+ K+ gradient generates negative membrane potential Na+/glucose symport on apical surface Facilitated diffusion by glucose uniporter (GLUT2) in basolateral membrane Acidification of stomach fluid by parietal cells Apical membrane - H+/K+ ATPase + Cl− a K+ canals Basolateral membrane – anion antiporter HCO3 − and Cl− ions Combined activity of ion channels a cells keeps the electroneutrality and neutral cytoplasmic pH while reaching high extracellular concentration of H+ and Cl− in lumen of stomach http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21502/ Transport a resorpce - tuky Transport a resorpce vody Jádra F-aktin Mucin v sekrečních granulech - cylindrické žlázové epiteliální buňky - apikální povrch - apokrinní/merokrinní sekrece mucinu - bazální část – RER, GA, jádro, mitochondrie - mucinogenní zrna - viz lekce Epitely Pohárkové buňky Buňky střevní sliznice Pohárkové buňky Buňky střevní sliznice Panethovy buňky Buňky střevní sliznice - bazální část Lieberkühnových krypt - bazofilní cytoplasma - GA uložené nad jádrem - intenzivně acidofilní (červená) granula - role v imunitním systému - sekreční granula obsahují biologicky účinné látky (lysozym) - ovlivňují střevní mikroflóru - podílejí se na definici SC niche Enteroendokrinní buňky - podobné žaludečním enteroendokrinním buňkám - regulace pankreatické sekrece - udržení homeostázy (osa mozek-střevo-tuková tkáň) - cholecystokinin, sekretin, GIP, motilin, neurokrinní peptidy atd. Lymfocyty Enterendokrinni buňka Enterocyt Enteroendokrinní buňky Slizniční vazivo – L. propria Střevní sliznice a imunitní odpověď - složky imunitního systému – GALT - imunologická bariéra • Peyerovy plaky - 70-100 (max. 200) – duodenum < jejunum < ileum - lymfatické uzlíky s B-lymfocyty, makrofágy a dendritickými buňkami - interfolikulárně navíc T-lymfocyty - epitel nad Peyerovými plaky obsahuje velké množství M-buněk M buňky (microfold) Střevní sliznice - epiteliální buňky nad Peyerovými plaky a lymfatickými uzlinami - nemají mikroklky - indukují imunitní odpověď - MHCII - zprostředkovávají antigenní prezentaci dendritickým buňkám a lymfocytům „Microfold“ Pohárková buňka Mukus ZO Intraepiteliální lymfocyt Souvislá bazální lamina Makrofágy a plazmatické buňky (IgA) Lymfocyty M-buňka Lymfocyty Nesouvislá bazální lamina Střevní sliznice a imunitní odpověď Jejunum Ileum Kmenové buňky Obnova střevní sliznice - Lieberkühnovy krypty - zajišťují obnovu střevního epitelu (4-5 dní) - morfologicky neodlišitelné, definované na základě „kmenového“ charakteru = schopnost diferenciace a zároveň sebeobnovy - stem cell niche Obnova střevní sliznice Relationship between intestinal stem cell genetic alterations and colorectal cancer development. Step1: Sequential mutations of APC, p53, Smad4 and Kras in ISCs; Step2: Normal ISCs are converted into CSCs; Step 3: By using the feeding from niche cells, CSCs expand their numbers along with producing daughter cells to form a solid tumor; Step 4: Upon escaping from their primary sites, some CSCs will systematically migrate into other organs to form metastatic lesions. ISCs: Intestinal stem cells. Obnova střevní sliznice Brunnerovy žlázy - gl. duodenale Brunneri Submukóza - duodenum - drobné rozvětvené tuboalveolární žlázy, tvořené cylindrickými mucinózními buňkami - vazivo redukováno na tenká septa mezi žlázovými lalůčky - vývody ústí do Lieberkühnových krypt - zásaditý sekret pH 8.1-9.3 - neutralizace žaludeční šťávy - ochrana střevní sliznice, aktivace trávicích enzymů, baktericidní účinky Muscularis externa - dvě vrstvy hladkého svalstva (vnitřní cirkulární, vnější longitudinální) - plexus myentericus Auerbachi Seróza - řídké kolagenní vazivo + jednovrstevný dlaždicový epitel (mezotel) Tlusté střevo - absence Kerckringových řas, klků - muscularis externa – longitudinální vrstva tvoří taenie coli - seróza na povrchu vybíhá v appendices epiploicae (tukové vazivo) Tenké střevo Tlusté střevo Tlusté střevo - absorpce vody a elektrolytů - výrazně hlubší Lieberkühnovy krypty bez Panethových buněk - četné pohárkové buňky - četné lymfatické folikuly v l. propria (GALT) Apendix - červovitý výběžek slepého střeva 8-10 cm (0,5-1cm) - souvislá longitudinální vrstva m. externa - velký počet lymfatických uzlíků které zasahují do submukózy - Lieberkühnovy krypty nepravidelného tvaru, obsahují Panethovy buňky Rektum - Poslední úsek tlustého střeva  shodná histologická stavba - Pars pelvina (ampulla recti) - histologická stavba shodná se stavbou tlustého střeva - (3) plicae transversae recti (sup., med., inf.), základem je cirkulární vrstva t. muscularis ext. - Anorektální junkce - Canalis analis - anulus hemorhoidalis – mizí L. krypty a jednovrstevný cylindrický epitel je postupně nahrazený vrstevnatým dlaždicovým epitelem a epidermis (linea dentata) - podílené slizniční řasy - columnae anales, mezi nimi sinus anales - valvuale anales na zakončení sinus anales  linea dentata - bohaté žilní pleteně, proktodeální žlázky - cirkumanální apokrinní žlázy - m. sphincter ani internus (t. muscularis ext. - m. sphincter ani externus (příčně pruhovaná svalovina) - vysoká submukóza  prolaps - různá terminologie zón canalis analis Anorektální spojení Orgán Oblast Mukóza Submukóza Muscularis externa Seróza/ Adventicie LEM LPM LMM Jícen 1/3 vrstevnatý dlaždicový e. úplná gll. oesophageales kosterní A 2/3 glandulae oesophageae cardiacae obě 3/3 hladká S Žaludek kardie jednovrstevný cylindrický e. gll. cardiacae úplná tři vrstvy šikmá, cirkulární, longitud. S fundus/ corpus gll. gast. prop. gll. pyloricaepylorus Tenké střevo duoenum jednovrstevný cylindrický e. kartáčový lem pohárkové buňky L. krypty klky úplná Brunnerovy ž. A+S plicae circulares jejunum SPeyerovy plakyileum Colon a rectum apendix jednovrstevný cylindrický e. kartáčový lem pohárkové b. lymf. uzlíky neúplná lymf. uzlíky souvislá S caecum chybí klky úplná taniae coli A+S colon A+S rektum columnae rectales A Canalis analis anorektální/ anokutánní vrstevnatý nerohovějící dlaždicový e. žilní pleteň neúplná - chybí podélné slizniční řasy žilní pleteň vnitřní sfinkter A zona cutanea vrstevnatý rohovějící dlaždicový e. vlasové folikuly, potní žlázy Děkuji za pozornost Petr Vaňhara, PhD Ústav histologie a embryologie LF MU PVanhara@med.muni.cz http://www.med.muni.cz/histology Vývoj trávicí trubice Vývoj trávicí trubice – trávicí trubice vzniká v důsledku cefalokaudální a laterální flexe embrya – primitivní střevo (endoderm) – ústní dutina a rektum – ektoderm – žlázový parenchym (pankreas, játra) vzniká z endodermu trávicí trubice - Interakce epitelu a mesenchymu - Shh a Hox kód Čtyři oddíly, sledující molekulární vzor: farynx – od bukofaryngeální membrány po tracheobronchiální divertikulum přední střevo – kaudálně po jaterní divertikulum střední střevo zadní střevo – od levé třetiny transversálního tlustého střeva po kloakovou membránu Vývoj trávicí trubice - Jícen - z úseku předního střeva kaudálně od laryngotracheální výchlipky - endoderm (epitel a žlázy), vazivová složka mezoderm - Žaludek - vzniká koncem 4. týdne jako rozšíření předního střeva - původně symetrický, - různá rychlost růstu dorsální a ventrální strany  změna tvaru (velká a malá kurvatura) - během vývoje rotace podél podélné a sagitální osy - definitivní poloha i tvar koncem 2. měsíce i.u. - Střevo - střední střevo – duodenální a pupeční klička - rotace během vývoje - fyziologická pupeční hernie Čech S., Horký D., Sedláčková M.: Přehled embryologie člověka, Brno, LF MU, 2011 1. Diferenciace endodermu, vznik trubice, A-P patterning - působením růstových a diferenciačních faktorů během gastrulace - Jednoduchá vrstva nerozlišeného epitelu 2. Morfogeneze klků - expanze a kondenzace mesenchymu směrem do lumen - proliferace a současná reorganizace epitelu přes různá přechodná stádia do cylindrického typu 3. Vývoj Lieberkühnových krypt a vznik populace mitotický stále aktivních intestinálních kmenových buněk 4. Vzájemné interakce endodermu a mesodermu Vývoj trávicí trubice Mikroskopická stavba trávicí trubice Shrnutí - Obecná stavba dutých orgánů vč. trávicí trubice: mukóza (l. epithelialis m ., l. propria, l. muscularis m.), submukóza, t. muscularis externa, serosa (l. propria s., l. epith. s.), adventicia - Jícen - stavba, epitel, mukózní a submukózní žlázy, rozdíly v t. muscularis ext., změny v typu epitelu v oblasti kardie - Žaludek – anatomické a histologické členění, stavba sliznice - areae gastricae, foveolae gastricae, žaludeční žlázy (pyloricae vs. propriae), lokalizace, ultrastruktura a funkce buněk gl. propriae (hlavní, krycí, b. krčků, enteroendokrinní) - Tenké a tlusté střevo, apendix - anatomické a histologické členění, stavba sliznice, žlázy (Lieberkühnovy krypty, Brunnerovy žlázy), buněčné typy ve střevní sliznici, lymfatický systém, modifikace střevní stěny - Rektum a anální kanál - anatomické a histologické členění, stavba sliznice, změny v typu epitelu - Krevní a lymfatická vaskularizace, inervace GIT Embryonální vývoj - Vznik primitivního střeva a jeho deriváty, flexe zárodku, diferenciace a charakteristika jednotlivých oddílů, základy přidružených orgánů • Sadler: Langman’s Medical Embryology, 2000 • Ovalle&Nahirney: Netter’s Essential Histology, 2008 • Klika&Vacek: Histologie, 1974 • Ross&Pawlina: Histology (a text and atlas), 2011 • Ross&Romrell: Histology (a text and atlas), 1989 • Berman: Color Atlas of Basic Histology • Ústav histologie & embryologie LF MU, www.med.muni.cz/histol/histology • Čech S., Horký D., Sedláčková M.: Přehled embryologie člověka, Brno, LF MU, 2011 • Horký D., Čech S.: Mikroskopická anatomie, Brno, LF MU, 2011 • Lullmann-Rauch R.: Histologie, Grada 2012 • About.com Health's Disease and Condition, Donna Myers © 2007 • Mutsaers SE, The mesothelial cell, The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 2004, 36(1):9-16 • A.D.A.M. Education /University of Maryland Medical Center (UMMC) http://www.umm.edu/; http://www.adameducation.com/index.aspx • Science Photo Library • Barker N, Bartfeld S, Clevers H. Tissue-resident adult stem cell populations of rapidly self-renewing organs. Cell Stem Cell. 2010 Dec 3;7(6):656-70. • Mills JC, Shivdasani RA. Gastric epithelial stem cells. Gastroenterology. 2011 Feb;140(2):412-24. • Ohno H. M cells hold the key to gut immunity. Riken Research Frontlines. 2010. http://www.rikenresearch.riken.jp/eng/frontline/6346 • Kosinski C et al. Gene expression patterns of human colon tops and basal crypts and BMP antagonists as intestinal stem cell niche factors. PNAS 2007;104:15418-15423 • Knoblich JA. Asymmetric cell division during animal development. Nature Reviews Molecular Cell Biology 2001, 2, 11-20 • van der Flier LG, Clevers H. Stem Cells, Self-Renewal, and Differentiation in the Intestinal Epithelium. Annu. Rev. Physiol. 2009.71:241-260 • Southern Illionis University, http://www.siumed.edu/~dking2/erg/GI015b.htm Studijní literatura Použité reference, obrázky a další zdroje Děkuji za pozornost Petr Vaňhara, PhD Ústav histologie a embryologie LF MU PVanhara@med.muni.cz http://www.med.muni.cz/histology