CHRUPAVKA A KOST Ústav histologie & embryologie LF MU pvanhara@med.muni.cz Petr Vaňhara, PhD  CHRUPAVKA  Chrupavka  specializovaná pojivová tkáň se souvislou ECM  průžná, mechanicky odolná  avaskulární, bez inervace  podpora měkkých tkání (trachea, larynx)  součást skeletu (kostální chrupavky)  kloubní spojení  růst kostí 1. buňky 2. vlákna 3. základní hmota  Složení a struktura  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  Distribuce Hyalinní Elastická Vláknitá http://chickscope.beckman.uiuc.edu/explore/embryology/day14/dev2.html  Hyalinní chrupavka Alcian Blue&Alizarin Red - nejběžnější - dočasný embryonální skelet - epifyzeální růstové ploténky - klouby, trachea, larynx, atd. - isogenetické skupiny  Buňky hyalinní chrupavky • chondrogenní buňky • původ z mesenchymu • vřetenovité, úzké • chondroblasty • bazofilní • typická ultrastruktura proteosynteticky aktivních buněk • produkce extracelulární matrix • chondrocyty • obklopené matrix • isogenetické skupiny, lakuny  CHONDROBLASTY A CHONDROCYTY  Původ chondrocytů Runx2 Osx Sox9 Runx2 C/EBP PPAR COL2A aggrecan  Růst chrupavky • chondrifikační centra • diferenciace chondroblastů • kartogenin • apoziční růst • z perichondria • diferenciací chondroblastů z chondroprogenitorových buněk • intersticiální proliferace • dělení chondrocytů • intersticiální skupiny Výměna metabolitů Růst apozicí Intersticiální proliferace  Perichondrium  stratum fibrosum - biomechanika  stratum chondrogenicum - růst  Synovium  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 - synoviál tekutina bohatá na hyaluronany - bursae synoviales, vaginae tendineum http://www2.indstate.edu/thcme/mmmoga/histology/slide35.html  Ultrastruktura chondrocytů • oválné  kulaté buňky, 10-30m • bohatá organelová výbava, zejména gER, GA • glykogenová granula (anaerobní metabolismus) • občas lipidové kapénky  Ultrastruktura chondrocytů  Ultrastruktura chondrocytů  Extracelulární matrix • pericelulární kapsula - 5m - složení podobné bazální membráně • teritoriální matrix - 50m široká oblast kolem lakuny - bazofilní - vysoký obsah glykosaminoglykanů (chondroitinsulfát) • interterioriální matrix - bohatá na kolagen II  Extracelulární matrix biomechanické vlastnosti 1. glykosaminoglykany 2. proteoglykany 3. vlákna 4. voda Glykosaminoglykany 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 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)  Proteoglykany a glykoproteiny ‒ aggrecan ‒ protein + převažující lineární sacharidová složka ‒ proteoglykanové agregáty ‒ 100-200 molekul agrekanu spolu kys. hyaluronovou tvoří 3-4m velké shluky ‒ vysoká schopnost vázat vodu ‒ objem závislý na stupni hydratace ‒ chondronectin ‒ vazba chondrocytů na kolagen II • kolagen - col II + col IX/XI - tenké fibrily (15-20 nm  bez žíhání) - spojeny s perichondriem - stejný index lomu jako amorfní ECM – není vidět  Vlákna ECM • pericelulární • teritoriální • interteritoriální  Architektura ECM přenos biochemických a biomechanických signálů • tlaková elasticita - proteoglykany – polyanionty (COO-, SO4 II-) - expanze omezená kolagenními fibrilami - repulze  Architektura ECM I. tangenciální (superficiální) zóna II. přechodná zóna III. radiální zóna tide mark mineralizovaná chrupavka subchondrální kost  Architektura ECM • bifázický model chrupavky - podmíněný složením ECM - proteoglykany, kolagen, elastin a buňky tvoří solidní (nestlačitelnou) fázi - intersticiální tekutina která volně protéká matrix – fluidní (nestlačitelná) fáze - při tlakové zátěži tekutina protéká chrupavkovou matrix do zustanovení rovnováhy - při dekompresi – expanze matrix - význam i pro výživu chrupavky  Elastická chrupavka • acidofilní elastická vlákna v matrix • isogenetické skupiny nejsou vytvořeny • auricula, meatus, larynx, epiglottis  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 chrupavka  Vláknitá chrupavka • dominantní vláknitá složka – kolagen I a II • mechanická odolnost • minimum amorfní ECM – vlákna jsou viditelná • podobná hustému kolagennímu vazivu • meziobratlové ploténky, symphysis pubis, meniscus  Klinické korelace 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 - autologoní transplantatce, MSCs na biocompatibilních scaffoldech  KOST  Histologická klasifikace kostí • Primární (nezralá, vláknitá) - 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), zubní cement • Sekundární (zralá, lamelózní) - Lamely – kolagenní vlákna uspořádána do koncentrických vrstev (3-7m) obklopující kanálek s cévami = Haversův systém (osteon) - 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  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  Vnější povrch kosti - periost Neaktivní Aktivní  Kostní povrch • Vnitřní - Dřeňová dutina - Endost – často jediná vrstva plochých nebo kubických buněk tzv. lining cells – prekurzory osteoblastů - Červená, žlutá nebo šedá kostní dřeň - Bohatá vaskularizace  Složení kostní matrix - 60% minerální složka, 24% organická složka (osteoid) 12% H20, 4% tuk - Ca3(PO4)2 , Ca10(PO4)6(OH)2 (hydroxyapatit)  Složení kostní matrix  Kostní buňky – osteoblasty - Produkce ECM – kolagen (I) a nekolagenní proteiny a proteoglycany/glykoproteiny  Kostní buňky – osteoprogenitory - 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 – osteoblasty  Kostní buňky – osteocyty - propojeny cytoplazmatickými výběžky - tvoří komunikující síť  Kostní buňky – osteocyty  Kostní buňky - osteoklasty - Vysoce specializované buňky hematopoetického původu - Vždy na povrchu kostní hmoty - Resorpce kostní matrix  Osteoklasty - Složitá cytoarchitektura - Enzymy rozkládající organickou matrix (osteoid) - H+Cl-  Vznik osteoklastů  Osifikace primární kosti Desmogenní - Uvnitř membránových kondenzací mesenchymu - Zejména ploché kosti Chondrogenní - Náhrada hyalinní chrupavky kostí  Desmogenní osifikace  Chondrogenní osifikace • Chrupavčitý model • Periostální kostní límec • Proliferace a hypertrofie chondroblastů • Kalcifikace • Vznik primární dřeňové dutiny • Tvorba periostálního pupenu • Osifikace • rezervní zóna • zóna proliferace • zóna hypertrofické chrupavky • zóna kalcifikace • linie eroze • zóna 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 • Hojení zlomenin Klinické souvislosti Reaktivní fáze - Hematom, zánětlivá reakce - Granulační tkáň Reparační fáze - Vazivový svalek - Depozice primární kosti Remodelační fáze - Remodelace kostní tkáně • OSTEOPORÓZA  Klinické souvislosti – nerovnováha mezi osteosyntézou a osteoresorpcí • OSTEOPETRÓZA • REVMATOIDNÍ ARTHRITIDA  Kostrové spoje 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  Kloub  Synovium Kloubní dutina Synoviocyty  Meziobratlové spojení Doporučená literatura http://www.med.muni.cz/histology Thank you for attention