SVALOVÁ TKÁŇ Ústav histologie a embryologie LF MU pvanhara@med.muni.cz Petr Vaňhara, PhD https://i.pinimg.com/originals/69/8d/e7/698de768ff8638068faea5c156a02034.jpg Epitelová Svalová Nervová Pojivová • 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 SOUČASNÁ KLASIFIKACE TKÁNÍ  Zvláštní cytoarchitektura  Excitabilita a schopnost kontrakce  Mesodermální původ Kosterní svalovina Srdeční svalovina Hladká svalovina OBECNÁ CHARAKTERISTIKA SVALOVÉ TKÁNĚ KOSTERNÍ SVALOVÁ TKÁŇ SVALOVÁ TKÁŇ  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 = sarkoplasma • sER = sarcoplazmatické retikulum • svalové vlákno – mikroskopická jednotka kosterní svalové tkáně • myofibrila – mikroskopická jednotka svalových vláken • myofilamenta – vlákna aktinu a myosinu HISTOLOGIE KOSTERNÍ SVALOVÉ TKÁŇĚ  endomysium – kolem každého svalového vlákna  perimysium – sekundární svazky; septa  epimysium – kolagenní vazivo kolem svalového svazku  fascia – husté neuspořádané kolagenní vazivo  vazivový obal  odolnost & biomechanika SVALOVÁ TKÁŇ NEJSOU JEN SVALOVÉ BUŇKY VAZIVO KOSTERNÍ SVALOVINY VAZIVO KOSTERNÍ SVALOVINY ORGANIZACE SVALOVÉ TKÁNĚ ARCHITEKTURA SVALOVÉ TKÁNĚ PROČ JE KOSTERNÍ SVALOVÁ TKÁŇ (PŘÍČNĚ) PRUHOVANÁ? Svalové vlákno = syncitium = rhabdomyocyt Svalové vlákno – morfologická a funkční jednotka kosterního svalu [Ø 25 – 100 m] Myofibrila – kompartment uvnitř svalového vlákna [Ø 0.5 – 1.5 m] Sarkomera – nejmenší kontraktilní jednotka [2.5 m], sériově uspořádaná v myofibrily Myofilamenta – aktin a myosin, uspořádaná v sarkomery [Ø 8 nm a 15 nm] ULTRASTRUKTURA RHABDOMYOCYTU myofibrily sarkolema Sarkolema + t-tubuly Sarkoplasma: 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 ULTRASTRUKTURA RHABDOMYOCYTU • Kosterní svaly mají různé fyziologické parametry - různé izoformy proteinů konraiktilního aparátu - využití kyslíku - vaskularizace - obsah glykogenu • Pomalá oxidativní • Rychlá glykolytická • Rychlá oxidativně-glykolytická 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 ] v sarkopazmě svalového vlákna  Aktin + myosin - myofilamenta  Sarcomera  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 • komunikující membránové kompartmenty oddělené od sarkoplazmy • terminální cisterny (“junkce”) a longitudinální tubuly (“L” systém). • T-tubuly (“T” systém ) invaginace sarkoplazmy SARKOPLAZMATICKÉ RETIKULUM SARKOPLAZMATICKÉ RETIKULUM SARKOPLAZMATICKÉ RETIKULUM KAPILÁRY KOLEM SVALOVÝCH VLÁKEN 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 TENKÁ MYOFILAMENTA • Myosin II - molekulární motor - ATPázová aktivita - tři strukturní a funkční domény • Nebulin - 600-900kDa - stabilizace F-aktinu • Titin - >MDa - stabilizace myosinu TLUSTÁ MYOFILAMENTA MYOFILAMENTA TVOŘÍ SARKOMERU MECHANISMUS KONTRAKCE 1. Impuls podél axonu motorneuronu 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 12. Tropomyosin uvolňuje vazebná místa aktin-myosin 13. Globulární části myosinu se váží na aktin 14. ATPasa globulárních částí myosinu se aktivuje a generuje energii z ATPADP + Pi 15. ADP a Pi se uvolňují, globulární části myosinu posouvají aktinová myofilamenta k centru sarkomery 16. Sarkomera se kontrahuje (I-proužek a H-zóna se zkracují) 17. Myofibrily se kontrahují 18. Svalová vlákna se kontrahují MECHANISMUS KONTRAKCE http://highered.mheducation.com/sites/0072495855/student_view0/chapter10/animati on__breakdown_of_atp_and_cross-bridge_movement_during_muscle_contraction.html MECHANISMUS KONTRAKCE Courtesy Dr. Pacherník, Faculty of Science MU 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 1 2 3 4 Myelinované axony Neuromuskulární spojení Kapiláry Jádro rhabdomyocytu NEUROMUSKULÁRNÍ SPOJENÍ NEUROMUSKULÁRNÍ SPOJENÍ 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 • dystrophin-associated glycoprotein (DAG) complex • spojení cytoskeletu s ECM • integrita svalového vlákna KOSTAMERY KOSTAMERY KOSTAMERY KOSTAMERY KOSTAMERY DUCHENNEOVA MUSKULÁRNÍ DYSTROFIE KOSTAMERY DUCHENNEOVA MUSKULÁRNÍ DYSTROFIE KOSTAMERY PŘESTÁVKA SRDEČNÍ SVALOVÁ TKÁŇ SVALOVÁ TKÁŇ • dlouhé, protáhlé buňky – kardiomyocyty • větvení do tvaru X, Y • jednojaderné, výjiměčně dvoujaderné, početné mitochondrie • myofibrily • složité mezibuněčné spoje – interkalární disky. HISTOLOGIE SRDEČNÍ SVALOVÉ TKÁNĚ kardiomyocyty kapiláry Intercalated disc HISTOLOGIE SRDEČNÍ SVALOVÉ TKÁNĚ HISTOLOGIE SRDEČNÍ SVALOVÉ TKÁNĚ  diáda  triáda (1 T-tubulus + 1  2 terminální cisterny)  T-tubuly v oblasti Z linií (kosterní v místě A proužku)  úplná závislost srdeční svaloviny na aerobmím metbolismu  početná granula glykogenu a lipidových inkluzí  početné mitochondrie v sarkoplasmě a rezerva myoglobinu SRDEČNÍ  KOSTERNÍ SVALOVINA  „skalariformní“ tvar buněk  fasciae adherentes (adhezní spoje)  nexus (gap junction) INTERKALÁRNÍ DISKY nexus fascia adherens INTERKALÁRNÍ DISKY • Aktinová a myozinová myofilamenta • Sarkomera • Z-linie • M-linie a H-zóna • I-proužek a A-proužek • T-tubulus + 1 cisterna = diáda (kolem Z-line) MYOFIBRILY KARDIOMYOCYTŮ MYOFIBRILY KARDIOMYOCYTŮ ULTRASTRUKTURA KARDIOMYOCYTU • vnitřní vrstva srdečních komor • koordinace kontrakce • početné iontové kanály, mitochondrie • relativně málo myofibril PURKYŇOVA VLÁKNA • Natriuretický peptid A (ANP, atriální natriuretický peptid) • kardiomyocyty srdečních síní • vazodilatace, diuréza ATRIÁLNÍ KARDIOMYOCYTY HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ SVALOVÁ TKÁŇ • Buňky (leiomyocyty) tvoří vrstvy - např. stěny dutých orgánů Transversální řez Podélný řez HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ – 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 jsou funkčně ekvivalentní T-tubulům – iontové (Ca) kanály – kontakt s sER HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ HLADKÁ SVALOVÁ TKÁŇ HLADKÁ 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 HISTOLOGIE SVALOVÉ TKÁNĚ 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 DIFFERENCIACE 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.med.muni.cz/histology