Podstawy cytofizjologii i histofizjologii

Akademia Medyczna w Gdańsku Katedra i Zakład Histologii i Immunologii

Andrzej Myśliwski

PODSTAWY CYTOFIZJOLOGII I HISTOFIZJOLOGII

Wydanie VIII poprawione i uzupełnione

Gdańsk 2007

Wydano za zgodą Senackiej Komisji Wydawnictw Akademii Medycznej w Gdańsku

Wydanie publikacji dofinansowane przez Komitet Badań Naukowych

© Copyright by Medical University of Gdańsk ISBN 978-83-60253-33-5

Wydawca: Akademia Medyczna w Gdańsku Druk: Akademia Medyczna w Gdańsku, ul. Marii Skłodowskiej-Curie 3a. Format B-5, zlec. KW/325/07

Spis treści Przedmowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1. Komórka. Błony komórkowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.1. Macierz cytoplazmy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2. Błona komórkowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3. Siateczka śródplazmatyczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.4. Aparat Golgiego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.4.1. Egzocytoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.5. Układ lizosomalny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.5.1. Endocytoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.5.2. Funkcja układu lizosomalnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.6. Peroksysomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.7. Mitochondria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2. Jądro komórkowe w interfazie. Cykl komórkowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.1. Otoczka jądrowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.2. Chromatyna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.2.1. Transkrypcja DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.2.2. Regulacja działania genów przez RNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.2.3. Metylacja DNA może prowadzić do trwałego wyciszania genów . . . . . . . 40 2.3. Jąderko . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4. Translacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.5. Cykl komórkowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.5.1. Replikacja DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.5.2. Kariokineza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.5.3. Mejoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.6. Cytoszkielet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.7. Proliferacja i różnicowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.1. Populacje komórkowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.7.2. Różnicowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.7.3. Komórki macierzyste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.7.4. Apoptoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.7.5. Proces starzenia się organizmu na poziomie komórkowym . . . . . . . . . . . . 59 3. Receptory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.1. Receptory błonowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.2. Układy transdukcji sygnału . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.2.1. Jednoskładnikowe układy transdukcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.2.2. Wieloskładnikowe układy transdukcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.2.3. Układ transdukcji działający poprzez cyklazę adenylanową . . . . . . . . . . . 67 3.2.4. Układ transdukcji działajacy poprzez fosfolipazę C . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.2.5. Rola jonów wapniowych w regulowaniu funkcji komórki . . . . . . . . . . . . . 68 3.2.6. Rola tlenku azotu (NO) w regulowaniu funkcji komórki . . . . . . . . . . . . . . 69 3.2.7. Receptory wewnątrzkomórkowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4. Tkanka nabłonkowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.1. Podział nabłonków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4

5.

6.

7.

8.

9.

4.1.1. Struktury powierzchniowe nabłonków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.1.2. Połączenia międzykomórkowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.2. Gruczoły . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.2.1. Budowa gruczołów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.2.2. Sposoby wydzielania gruczołów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Tkanka łączna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.1. Substancja podstawowa tkanki łącznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2. Włókna tkanki łącznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.3. Tkanka łączna włóknista luźna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.3.1. Histiocyty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.3.2. Komórki tuczne (mastocyty, labrocyty) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.3.3. Komórki plazmatyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.4. Tkanka łączna włóknista zbita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.5. Tkanka łączna wyspecjalizowana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.6. Tkanka łączna szkieletowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.6.1. Tkanka chrzęstna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.6.2. Tkanka kostna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.6.2.1. Kość zbita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.6.2.2. Kość gąbczasta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.6.2.3. Okostna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.6.2.4. Komórki występujące w kości . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.6.2.5. Substancja międzykomórkowa kości . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.6.3. Kostnienie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.6.4. Modelowanie kości . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.6.5. Znaczenie fizjologiczne kośćca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Tkanka mięśniowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.1. Mięśnie poprzecznie prążkowane szkieletowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.2. Mięsień sercowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.3. Mięśniówka gładka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.4. Ruch komórek niemięśniowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Układ krążenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 7.1. Naczynia włosowate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 7.2. Tętnice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7.3. Żyły . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 7.4. Serce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 7.4.1. Wsierdzie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 7.5. Naczynia limfatyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 7.6. Cytofizjologia komórek naczyniowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Układ oddechowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 8.1. Jama nosowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 8.2. Krtań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 8.3. Tchawica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 8.4. Oskrzela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 8.5. Oskrzeliki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 8.6. Pęcherzyki płucne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 8.7. Opłucna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Krew obwodowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 9.1. Krwinki czerwone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 9.2. Krwinki białe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 9.2.1. Granulocyty obojętnochłonne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

5 9.2.2. 9.2.3. 9.2.4.

Granulocyty kwasochłonne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Granulocyty zasadochłonne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Agranulocyty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 9.2.4.1. Limfocyty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 9.2.4.2. Monocyty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 9.3. Płytki krwi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 10. Szpik kostny. Rozwój krwi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 10.1. Erytropoeza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 10.2. Granulopoeza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 10.3. Trombopoeza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 11. Układ limfatyczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 11.1. Komórki układu limfatycznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 11.2. Centralne narządy limfatyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 11.2.1. Szpik kostny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 11.2.2. Grasica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 11.3. Obwodowe narządy limfatyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 11.3.1. Węzły chłonne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 11.3.2. Śledziona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 11.3.3. Migdałki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 12. Odporność wrodzona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 12.1. Bariery tkankowe i narządowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 12.2. Fagocytoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 12.3. Czynniki humoralne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 12.3.1. Interferony . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 12.3.2. Interleukina 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 12.3.3. Interleukina 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 12.3.4. Białka ostrej fazy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 12.3.5. Interleukina 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 12.3.6. Czynnik martwicy nowotworu (TNF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 12.4. Komórki cytotoksyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 12.4.1. Komórki NK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 12.4.2. Granulocyty kwasochłonne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 12.5. Układ dopełniacza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 12.5.1. Alternatywna droga aktywowania dopełniacza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 13. Odporność nabyta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 13.1. Antygeny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 13.2. Odpowiedź immunologiczna humoralna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 13.2.1. Przeciwciała . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 13.2.1.1. Budowa cząsteczek immunoglobulin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 13.2.2. Genetyczne mechanizmy generowania wielkiej różnorodności przeciwciał . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 13.2.3. Synteza immunoglobulin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 13.2.4. Przeciwciała jako efektory odpowiedzi humoralnej . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 13.2.5. Klasyczna droga aktywowania układu dopełniacza . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 13.2.6. Kompleksy immunologiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 13.2.7. Subpopulacje limfocytów B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 13.2.8. Aktywowanie limfocytów B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 13.3. Odpowiedź immunologiczna komórkowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 13.3.1. Różnicowanie limfocytów T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 13.3.2. Receptory limfocytów T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

6

14.

15.

16.

17.

18.

13.3.3. Wiązanie antygenu przez TCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 13.3.4. Prezentowanie antygenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 13.3.5. Główny układ zgodności tkankowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 13.3.5.1. Cząsteczki MHC klasy I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 13.3.5.2. Cząsteczki MHC klasy II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 13.3.5.3. Geny układu MHC człowieka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 13.3.6. Efektory odpowiedzi komórkowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 13.3.7. Cytotoksyczność komórkowa zależna od przeciwciał . . . . . . . . . . . . . . . . 186 13.4. Przebieg odpowiedzi immunologicznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Jama ustna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 14.1. Wargi i policzki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 14.2. Podniebienie i dziąsła . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 14.3. Zęby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 14.3.1. Zębina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 14.3.2. Szkliwo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 14.3.3. Miazga zęba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 14.3.4. Cement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 14.3.5. Ozębna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 14.3.6. Rozwój zębów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 14.4. Język . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 14.5. Ślinianki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 14.5.1. Ślinianki przyuszne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 14.5.2. Ślinianki podżuchwowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 14.5.3. Ślinianki podjęzykowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Żołądek i jelita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 15.1. Przełyk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 15.2. Żołądek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 15.3. Jelito cienkie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 15.4. Jelito grube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 15.5. Wyrostek robaczkowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 15.6. Histofizjologia jelit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Wątroba i trzustka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 16.1. Unaczynienie wątroby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 16.2. Budowa płacika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 16.3. Hepatocyty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 16.4. Histofizjologia wątroby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 16.5. Drogi żółciowe zewnątrzwątrobowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 16.6. Trzustka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Układ moczowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 17.1. Nerka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 17.1.1. Nefron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 17.1.2. Unaczynienie nerki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 17.1.3. Rdzeń nerki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 17.1.4. Histofizjologia nerki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 17.2. Drogi wyprowadzające mocz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 17.2.1. Moczowód . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 17.2.2. Pęcherz moczowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 17.2.3. Cewka moczowa męska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 17.2.4. Cewka moczowa żeńska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 Układ płciowy męski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

7

19.

20.

21.

22.

18.1. Jądro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 18.2. Drogi wyprowadzające nasienie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 18.2.1. Najądrze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 18.2.2. Nasieniowód . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 18.3. Pęcherzyki nasienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 18.4. Gruczoł krokowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 18.5. Nasienie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 18.6. Prącie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Układ płciowy żeński . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 19.1. Jajnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 19.2. Jajowód . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 19.3. Macica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 19.4. Pochwa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 19.5. Narządy płciowe zewnętrzne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Tkanka nerwowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 20.1. Neurony . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 20.1.1. Ciało komórki nerwowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 20.1.2. Wypustki protoplazmatyczne (dendryty) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 20.1.3. Wypustki osiowe (aksony, neuryty) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 20.1.4. Synapsa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 20.2. Włókna nerwowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 20.2.1. Włókna mielinowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 20.2.2. Włókna bezmielinowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 20.3. Nerwy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 20.4. Przewodzenie impulsów nerwowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 20.5. Glej (neuroglej) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 20.5.1. Makroglej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 20.5.2. Oligodendroglej (glej skąpowypustkowy) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 20.5.3. Mikroglej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 20.5.4. Ependyma (wyściółka) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 Układ nerwowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 21.1. Kora mózgu (cortex cerebri) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 21.2. Kora móżdżku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 21.3. Rdzeń kręgowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 21.4. Opony ośrodkowego układu nerwowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 21.4.1. Opona twarda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 21.4.2. Opona pajęcza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 21.4.3. Opona miękka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Gruczoły wydzielania dokrewnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 22.1. Przysadka mózgowa (hypophysis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 22.1.1. Unaczynienie przysadki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 22.1.2. Część gruczołowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 22.1.3. Płat tylny (neurohypophysis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 22.2. Nadnercza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 22.2.1. Kora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 22.2.2. Rdzeń nadnerczy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 22.3. Tarczyca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 22.4. Przytarczyce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 22.5. Szyszynka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 22.6. Wyspy trzustkowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

8 23. Narząd wzroku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 23.1. Gałka oczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 23.1.1. Twardówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 23.1.2. Rogówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 23.1.3. Błona naczyniowa gałki ocznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 23.1.4. Siatkówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 23.1.5. Soczewka (lens) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 23.1.6. Ciało szkliste (corpus vitreum) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 23.2. Narządy dodatkowe oka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 23.2.1. Spojówka (tunica conjunctiva) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 23.2.2. Powieka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 23.2.3. Narząd łzowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 24. Narząd słuchu i równowagi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 24.1. Ucho zewnętrzne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 24.2. Ucho środkowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 24.2.1. Błona bębenkowa (membrana tympani) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 24.2.2. Jama bębenkowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 24.2.3. Trąbka słuchowa (Eustachiusza) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 24.2.4. Funkcja ucha środkowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 24.3. Ucho wewnętrzne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 24.3.1. Błędnik kostny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 24.3.2. Błędnik błoniasty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 24.3.3. Ślimak (cochlea) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 24.4. Narząd równowagi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 25. Skóra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 25.1. Naskórek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 25.2. Komórki nienabłonkowe naskórka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 25.2.1. Melanocyty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 25.2.2. Pająkowate jasne komórki naskórka (Langerhansa) . . . . . . . . . . . . . . . . 304 25.2.3. Komórki Merkela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 25.3. Skóra właściwa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 25.3.1. Warstwa brodawkowata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 25.3.2. Warstwa siateczkowa (stratum reticulare) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 25.3.3. Tkanka podskórna (tela subcutanea, hypodermis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 25.4. Przydatki skóry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 25.4.1. Włosy (pili) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 25.4.2. Cykl włosowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 25.4.3. Gruczoły łojowe (glandulae sebaceae) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 25.4.4. Gruczoły potowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 25.4.5. Paznokieć . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 25.5. Gruczoł mlekowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 25.5.1. Okres spoczynku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 25.5.2. Okres ciąży . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 25.5.3. Okres karmienia (laktacji) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 SKOROWIDZ ................................................................................................................................. 313 PIŚMIENNICTWO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

PRZEDMOWA Nowe wydanie skryptu, już VIII, różni się od poprzednich dość istotnie. Przede wszystkim przygotowane zostało w formie elektronicznej. Dało to możliwość znacznego zwiększenia liczby kolorowych rycin, z czego w pełni skorzystano. Część rozdziałów została uzupełniona przez krótsze lub dłuższe teksty. Autor skryptu musiał, tak jak i przy uzupełnianiu poprzednich wydań, walczyć z pokusą wprowadzenia większej ilości nowych informacji w związku z postępem w zakresie wiedzy, którą obejmuje skrypt. Jednak świadomość tego, że już obecnie skrypt zawiera bardzo wiele informacji zupełnie nowych dla absolwenta szkoły średniej powoduje, że dodano informacje naprawdę ważne z punktu widzenia medycyny a więc potrzebne przyszłym lekarzom. Ponieważ forma elektroniczna nie zastępuje w pełni fromy drukowanej przez zmienione warunki korzystania, czynione są starania o zgodę Władz Uczelni na druk tego skryptu, jednak z rycinami czarno-białymi. Brak kolorów wynika z kosztów druku rycin kolorowych, co mogłoby znacznie podnieść cenę egzemplarza skryptu. Po analizie kosztów być może uda się niektóre ryciny pozostawić w kolorze. Skrypt z założenia jest formą skrótowego przedstawienia wiedzy w zakresie bardzo obszernych przedmiotów, jednak wiedza ta jest wystarczająca jako wprowadzenie do wykładów i ćwiczeń. Natomiast nie ma ich zastępować. Wykłady dają możliwość prowadzącemu je, na uzupełnienie wiedzy, której nie zawiera skrypt z racji swojej zwięzłości. Skrypt nie zawiera mikrofotografii preparatów histologicznych, natomiast zawiera je „Atlas histologiczny”, naszego autorstwa, dostępny po promocyjnej cenie. Pomyślany został jako suplement do skryptu, z którym łącznie, stanowi niezbędny materiał dla właściwego przygotowania do ćwiczeń a na koniec kursu do egzaminu praktycznego i pisemnego. Przygotowanie skryptu, zarówno formy elektronicznej jak i drukowanej nie byłoby możliwe bez opracowania komputerowego. Dokonał tego z pełną profesjonalną kompetencją oraz z ogromnym zaangażowaniem, tak jak i przy opracowaniu poprzednich wydań mgr Tadeusz Skowyra. Przy tej okazji wyrażam mu serdeczne podziękowanie. Dziękuję również całemu zespołowi Działu Wydawnictw za druk skryptu. To, że skrypt jak dotąd miał duże powodzenie to i Państwa zasługa. Autor

10

Niektóre ze skrótów stosowanych w skrypcie: MŚ ME AG APC KKM ER RER SER MALT gr. ang.

– – – – – – – – – – –

mikroskop świetlny mikroskop elektronowy aparat Golgiego komórka prezentująca antygeny krwiotwórcza komórka macierzysta siateczka śródplazmatyczna siateczka śródplazmatyczna szorstka siateczka śródplazmatyczna gładka

w języku greckim w języku angielskim

KOM”RKA. B£ONY KOM”RKOWE

1

Komórka stanowi najmniejszą, zorganizowaną jednostkę żywej materii: – jest zdolna do niezależnego istnienia w nieożywionej materii stanowiącej jej środowisko i może wymieniać z nim substancje, – w razie potrzeby syntetyzuje nowe składniki ze związków pochodzących z otoczenia. W sensie termodynamicznym jest układem otwartym tzn. może ona z otoczeniem wymieniać materię i energię. Natomiast w sensie cybernetycznym jest homeostatem ponieważ potrafi utrzymać homeostazę, czyli równowagę funkcjonalną nawet w niesprzyjających warunkach. Właściwości funkcjonalne komórki wynikają z jej struktury. Zasadniczym składnikiem każdej komórki, który zapewnia ww. cechy jest błona komórkowa oddzielająca wnętrze komórki – cytoplazmę od środowiska zewnętrznego. Zasadnicze składniki strukturalne pierwotnych organizmów jednokomórkowych to błona komórkowa i cytoplazma. Organizmy wyższe – wielokomórkowe, w tym ssaki, zbudowane są z komórek o bardziej skomplikowanej budowie. W przeciwieństwie do poprzednich posiadają one jądro komórkowe. Obecność lub brak jądra komórkowego decyduje o tym czy komórkę zaliczamy do prokariotycznych (brak) czy też do eukariotycznych (posiadanie jądra). Eukariogeneza. Obecność lub brak jądra komórkowego jest zasadniczą ale nie jedyną różnicą pomiędzy komórkami prokaryota i eukaryota. Komórki prokariotyczne do których należą: bakterie pierwotne, bakterie właściwe i sinice, nie posiadają błon wewnątrzkomórkowych i mitochondriów, ich rybosomy są mniejsze (70S) a cząsteczki DNA są koliste. Mają one wysokie tempo metabolizmu oraz krótki czas życia osobników, który w znacznym stopniu uzależniony jest od warunków środowiska. Nie zostało ostatecznie ustalone, czy komórki eukariotyczne rozwinęły się (eukariogeneza) z wcześniej istniejących komórek prokariotycznych czy też ich rozwój z pierwotnych form życia (protobionty) był równoległy. Jednak przyjmuje się za bardzo prawdopodobne, że przynajmniej niektóre organella (mitochondria, chloroplasty) komórek eukariotycznych są efektem wniknięcia do nich komórek prokariotycznych, co doprowadziło do endosymbiozy. Przez to organella te można określać jako ksenosomy. Wprawdzie zasadniczym, z punktu widzenia funkcji, składnikiem komórki jest jej błona (plazmolema), jednak inne struktury błoniaste, wewnątrzcytoplazmatyczne, odgrywają bardzo ważną rolę w funkcjonowaniu tych komórek. Obecność błon wewnątrzcytoplazmatycznych powoduje, że wnętrze komórki ulega podziałowi na przedziały – kompartmenty. Różnią się one składem chemicznym, a przez to i przebiegiem procesów chemicznych, które w nich zachodzą. To zróżnicowanie wnętrza komórki, pozwalające

Rozdział 1

12

na bardziej efektywną regulację skomplikowanych procesów chemicznych możliwe jest właśnie dzięki obecności błon wewnątrzkomórkowych. Ultrastruktura. Obserwacje czynione przy pomocy mikroskopu świetlnego (MŚ) dostarczyły dość ograniczonej ilości informacji jeśli chodzi o budowę komórek zwierzęcych, chociaż znacznie się przyczyniły do wyjaśnienia budowy tkanek i narządów. Dopiero rozwój techniki oglądania preparatów komórek w mikroskopie elektronowym (ME) pozwolił wyjaśnić budowę wewnętrzną, czyli ultrastrukturę komórek. Technika ta, oparta na oglądaniu ultracienkich skrawków w ME, wymaga wysokiej próżni, co powoduje, że przygotowanie materiału biologicznego przeprowadzane jest w specyficzny sposób. W rezultacie oglądamy struktury komórki, które uwidaczniają się dzięki osadzaniu się na nich osmu, ponieważ najczęściej do tzw. utrwalania i barwienia używa się OsO4.Chociaż początkowo istniały wątpliwości czy to co oglądamy w ME i na elektronogramach istnieje w żywej komórce, to póżniej różnymi metodami m.in. techniką mrożenia–łamania (freeze–etching) udało się wykazać, że uzyskiwany obraz w dużym stopniu odpowiada temu co rzeczywiście istnieje in vivo. Oglądając elektronogramy należy pamiętać, że przedstawiają one przekrój poprzeczny przez komórkę, przez co błony widzimy jako linie, natomiast włókienka szczególnie cienkie, jako ziarenka. Tak więc np. ziarenko widoczne na elektronogramie może istotnie być obrazem ziarenka, ale także przekrojem przez włókienko.

pierwotniak siateczka wewnątrzplazmatyczna

otoczka jądrowa blaszka jądrowa por chromatyna

wolny rybosom centriole mikrotubule centrosom

jąderko jądro

komórka zwierzęca

komórka roślinna

kora lizosom peroksysom

mikrokosmek coated pit

mitochondrium AG mikrotubule

pleśnie eubakterie

wczesny endosom błona komórkowa włókno aktynowe

drożdże

Ryc. 1.1. Budowa komórek eukariotycznych.

archeobakterie

Komórka. Błony komórkowe

13

Komórka eukariotyczna zawiera następujące przedziały: 1. macierz cytoplazmy (hialoplazma, cytosol) 2. wnętrze cystern siateczki endoplazmatycznej szorstkiej i gładkiej, wnętrze wakuoli, przestrzeń okołojądrowa (interfaza) 3. wnętrze jądra komórkowego (interfaza) 4. przestrzenie mitochondrialne: zewnętrzna (międzybłonowa) i wewnętrzna (macierz, matrix).

1.1. MACIERZ CYTOPLAZMY Macierz cytoplazmy jest to faza wodna komórki. W niej zawieszone są różne podstawowe składniki: białka, tłuszcze, węglowodany, substancje drobnocząsteczkowe, jony oraz składniki cytoszkieletu. Wypełnia ona przestrzeń ograniczoną z jednej strony przez błonę komórkową (plazmolemę) a z drugiej przez błony wewnatrzcytoplazmatyczne, które to błony, tworząc ściany cystern, kanalików i wakuoli, stanowią barierę pomiędzy macierzą a przestrzenią zawartą wewnątrz tych struktur. Wyróżniamy w macierzy cytoplazmy: ektoplazmę i endoplazmę (bardziej płynna). Objętościowo stanowi ona największy składnik komórki. W MŚ i ME jest homogenna i amorficzna, a najistotniejsze informacje o jej składzie pochodzą z badań biochemicznych. Zasadniczy organiczny składnik macierzy to białka: – strukturalne, z których powstać mogą różnego rodzaju mikrofilamenty i mikrotubule (cytoszkielet); – enzymatyczne np. biorące udział w procesie glikolizy, beztlenowej przemiany węglowodanów, w wyniku której powstaje ATP. Macierz cytoplazmy jest koloidem wielofazowym, a istotną rolę w utrzymaniu się cząsteczek w zawiesinie odgrywa ich ładunek elektryczny. Macierz cytoplazmatyczna może w sposób określony przechodzić z zolu w żel, można to wywołać czynnikami fizycznymi tj. zmiany ciśnienia, temperatury, odczynu środowiska. Jak wykazały badania, macierz cytoplazmatyczna, mimo amorficzności, jest skomplikowaną strukturalnie, na poziomie makromolekularnym, komponentą komórkową, w której przebiegają istotne procesy życiowe.

1.2. B£ONA KOM”RKOWA Macierz cytoplazmy od środowiska pozakomórkowego oddziela błona komórkowa. O istnieniu błony komórkowej, w początkowych okresach badań cytologicznych, sądzono nie tyle na podstawie obserwacji mikroskopowych (jej grubość jest poniżej zdolności rozdzielczej MŚ), ile wynikało to z badań cytofizjologicznych np. zachowania się komórki w roztworach soli o różnym stężeniu. Dopiero badania w ME z zastosowaniem utrwalania w OsO4 potwierdziły istnienie błony komórkowej, jak i błon wewnątrzkomórkowych. Błony widoczne są na przekroju w ME, na dużych powiększeniach, w postaci dwóch ciemnych linii przedzielonych jasną, przy czym grubość całej błony wynosi 7,5–10 nm. Obraz taki potwierdza przyjmowaną już wcześniej strukturę wewnętrzną błony. W oparciu

Rozdział 1

14

o badania chemiczne i cytofizjologiczne, stwierdzono najpierw, że zasadniczym składnikiem błony są lipidy, a póżniej, że towarzyszą im białka (ryc. 1.2). Powyższe badania potwierdziły, że zasadniczą strukturą decydującą o ciągłości błon komórkowych jest dwumolekularna błona lipidowa. Lipidy błony to: fosfolipidy, lipidy obojętne, glikolipidy. Fosfolipidy mają charakter amfipatyczny, ich cząstki mają biegun: hydrofilny – polarny, hydrofobowy – apolarny. Fosfolipidy mają naturalną zdolność do tworzenia błon. Cząsteczki lipidów w bło-

1

2

A

4 3 5

B 1 4

5 2 3 Ryc. 1.1. Błona komórkowa. A – rysunek przedstawia obraz błony komórkowej uzyskany techniką mrożenia – rytowania (freeze– etching); 1 – cząsteczki białek błonowych, 2 – dołki na stronie E powstałe po odłączeniu blaszki zewnętrznej (4) od blaszki cytoplazmatycznej (3) błony komórkowej, 5 – dwuwarstwa lipidowa przez którą następuje pęknięcie błony komórkowej odsłaniające powierzchnię E i P. B – model budowy błony komórkowej wg Singer’a i Nicolsona (1979); 1 – dwuwarstwa lipidowa, 2 – grupy hydrofobowe lipidów, 3 – grupy hydrofilowe lipidów, 4 – cząsteczki białek integralnych, 5 – cząsteczki białek powierzchniowych.

Komórka. Błony komórkowe

15

nie mogą ulegać dyfuzji bocznej, czyli przemieszczaniu w płaszczyźnie błony, natomiast przemieszczanie w poprzek błony jest znacznie utrudnione. Konsekwencją tego jest obserwowana asymetria warstw lipidowych w błonach, jeśli chodzi o skład lipidów. Wiele informacji dotyczących błony komórkowej, a szczególnie jej białek, uzyskano badając błony erytrocytów, w postaci tzw. „cieni erytrocytów”. Białka nie tworzą, jak początkowo przypuszczano, ciągłej warstwy. Mogą one jedynie kontaktować się z lipidami błon – białka powierzchniowe, lub w mniejszym lub w większym stopniu zanurzać w lipidach błony – białka integralne. Przy tym mogą wiązać się z lipidami od strony zewnętrznej (ektobiałka) lub cytoplazmatycznej (endobiałka), mogą też przebiegać w poprzek błony kontaktując się z jednej strony z cytoplazmą, a z drugiej z otoczeniem komórki i określane są jako tzw. białka poprzeczne (ryc. 1.2B). Białka integralne mogą być tworzone przez jeden lub wiecej łańcuchów polipeptydowych. Część łańcucha przenikająca dwuwartwę lipidową błony tworzona jest przez co najmniej 22 reszty aminokwasów hydrofobowych. Jeśli łańcuch polipeptydowy ma kilka takich sekwencji to może kilkakrotnie przenikać przez błonę. W ten sposób zbudowane są kanały oraz niektóre receptory błonowe. Białka mogą przemieszczać się w płaszczyźnie błon, jednak ruchy te mogą być utrudnione, szczególnie w odniesieniu do białek poprzecznych, gdyż białka te związane są zwykle z cytoszkieletem. Istnienie przemieszczania białek błonowych wykazano przez obserwcje żywych komórek, których powierzchnia została wyznakowana przy pomocy przeciwciał przeciw białkom błonowym. Obserwowano zmiany skupienia tych białek, tworzenie „plamek” i „czapeczek”. Białka błonowe odgrywają bardzo istotną rolę w funkcjonowaniu błony a przez to i funkcji komórki. Biorą one udział w wymianie z otoczeniem komórki, poprzez transport w poprzek błony. Rodzaje transportu przez błonę komórkową. Transport: – prosty (dyfuzja); – ułatwiony (nośnik – białko, bez wydatku energi metabolicznej) zgodnie z gradientem stężeń; – aktywny (zużycie energii) wbrew gradientowi. transportowane cząsteczki przenośniki (ten po prawej jest właściwie pompą)

kanał dwuwarstwa lipidowa

gradient stężeń EN

dyfuzja prosta

poprzez kanał

ER

G

poprzez przenośnik

TRANSPORT BIERNY

IA

TRANSPORT AKTYWNY

Ryc. 1.3. Porównanie transportu biernego i aktywnego

Rozdział 1

16 cząsteczka transportowana

jon współtransportowany

dwuwarstwa lipidowa jon współtransportowany UNIPORT

SYMPORT

ANTYPORT

TRANSPORT SPRZĘŻONY Ryc. 1.4. Trzy typy transportu prowadzonego przez przenośniki.

Na+ miejsce wiązania K+ i strofantyny gradient elektrochemiczny K+

gradient elektrochemiczny Na+ CYTOZOL miejsce wiązania Na+ ATP

ADP + Pi K+

Ryc. 1.5. Pompa Na+-K+.

Zasadnicze znaczenie czynnościowe ma transport aktywny. Przykładem jest tzw. pompa sodowo-potasowa. Rolę tej „pompy” pełni enzymatyczne białko błonowe – ATP–aza zależna od Na+ i K+, a „napędza” tę pompę energia zawarta w ATP. Transport aktywny jonów wraz z kanałami jonowymi decyduje o stężeniu jonów w cytoplazmie i bezpośrednim otoczeniu komórki – dlatego odgrywa on zasadniczą rolę w komórkowych zjawiskach bioelektrycznych. Białka błonowe wchodzą w skład receptorów komórkowych (patrz rozdz. 3), które odbierają „sygnały” docierające do komórki ze środowiska w formie ligandów wiążących się z receptorami. Powstanie kompleksu „ligand–receptor” zapoczątkowuje cały szereg procesów komórkowych. Ligandami mogą byc różne substancje, w tym hormony. Recep-

Komórka. Błony komórkowe

17

torowe białka błony odgrywają bardzo ważną rolę w zjawiskach immunologicznych oraz w kontaktach międzykomórkowych. Białka tworzące receptory najczęściej występują w związku z węglowodanami. Również w powiązaniu z węglowodanami białka błonowe decydują o tzw. antygenowości błony komórkowej, wyznaczają więc „swoistość” czynnościową i tkankową komórki. Węglowodany błony to najczęściej oligosacharydy związane kowalencyjnie z białkami (glikoproteidy) lub lipidami (glikolipidy) błony, przy czym większość białek błony jest związana z oligosacharydami, podczas gdy mniej niż 1/10 cząstek lipidów wiąże reszty cukrowe. Ponadto jeden glikoproteid może mieć kilka łańcuchów oligosacharydowych. Jak wspomniano warstwy lipidów tworzących błonę różnią się od siebie składem. Podobnie białka po stronie zewnętrznej różnią się od tych po stronie cytoplazmatycznej. Tak więc błona komórkowa jest asymetryczna, a jej asymetryczność jeszcze bardziej podkreśla obecność oligosacharydów jedynie na zewnętrzej stronie błony. Tworzą one na powierzchni komórki otoczkę nazywaną glikokaliksem. Oligosacharydy tworzące glikokaliks zawierają najczęściej następujące monosacharydy: galaktozę, mannozę, fruktozę, galaktozaminę, glikozaminę, glukozę i kwas sialowy, który zwykle znajduje się na końcu łańcucha oligosacharydu i przez to warunkuje ładunek ujemny powierzchni komórki. Dla funkcji wielu rodzajów komórek zasadnicze znaczenie ma stały lub przejściowy kontakt z innymi komórkami, oraz składnikami substancji międzykomórkowej. Uczestniczą w tym obecne na powierzchni komórek cząsteczki zwane adhezyjnymi. mucyna CD43 P-selektyna CD62P integryna αL β2 (LFA-1)

CD11a/CD18

E-kadheryna

rodzina immunoglobulin: ICAM-1

CD54

Ryc. 1.6. Budowa głównych rodzajów białek adhezyjnych.

Rodzaje cząsteczek adhezyjnych (tabela 1.1): – kadheryny, – integryny – cząsteczki należące do nadrodziny immunoglobulin – selektyny

Charakter chemiczny glikoproteina wiążąca Ca2+

heterodimer – glikoproteina

immunoglobulina, wiązanie uzależnione od obecności kationów dwuwartościowych (Ca2+, Mg2+) glikoproteina

Lokalizacja

na powierzchni komórek nabłonkowych, nerwowych, m. sercowego

na powierzchni leukocytów, płytek krwi, komórek śródbłonka

komórki nerwowe, limfocyty, komórki śródbłonka, monocyty, granulocyty

leukocyty, komórki śródbłonka HEV płytki krwi

Rodzaj

kadheryny L–CAM N–CAM

integryny VLA LFA–1 VNR

cząsteczki należące do nadrodziny immunoglobulin ICAM

selektyny LECAM ELAM LAM–1

Tabela 1.1. Cząsteczki adhezyjne

recyrkulacja limfocytów: przechodzenie limfocytów przez ścianę naczynia (HEV); receptory zasiedlania na limfocytach, adresyny naczyniowe (HEV)

wiązanie się homotypowe i heterotypowe komórek; wiązanie wirusów z powierzchnią komórek; przechodzenie leukocytów przez ścianę naczynia

wiązanie się komórek z glikoproteinami podłoża (fibronektyna, laminina), przyleganie leukocytów do powierzchni komórek śródbłonka; przechodzenie leukocyta przez ścianę naczynia; tworzenie przerzutów nowotworowych

wiązanie komórek nabłonka (z. adherens), związane z procesem morfogenezy

Znaczenie czynnościowe

18 Rozdział 1

Komórka. Błony komórkowe

19

domena wiążąca substancję międzykomórkową

α łańcuch

β łańcuch

strona zewnątrzkomórkowa

cytoplazma talina winkulin

czapeczka białkowa

F aktyna

Ryc. 1.7. Receptor integrynowy dla substancji międzykomórkowej.

1.3. SIATECZKA åR”DPLAZMATYCZNA Siateczka śródplazmatyczna (endoplazmatyczne reticulum – ER) to system błon tworzących na terenie cytoplazmy spłaszczone cysterny i kanaliki. Błony ER oddzielają więc dwa kompartmenty (przedziały) komórkowe: macierz cytoplazmy i wnętrze ER, które to wnętrze stanowić może nawet ponad 10% objętości komórki. Na podstawie obserwacji w ME rozróżnia się: – siateczkę śródplazmatyczną szorstką (RER) – ang. rough endoplasmic reticulum) – siateczkę śródplazmatyczną gładką (SER) – ang. smooth endoplasmic reticulum) Określenie „szorstka” pochodzi od widocznych w ME rybosomów na cytoplazmatycznej (od strony macierzy) powierzchni błon ER. W istocie są to zespoły rybosomów – polisomy, aktualnie zaangażowane w produkcję białek, które to białka jeszcze w trakcie syntezy trafiają do wnętrza cystern ER. Wiązanie się polisomu z błoną RER odbywa się w ten sposób, że do początkowej sekwencji łańcucha polipeptydowego zwanej sekwencją sygnałową przyłącza się kompleks białkowo – rybonukleinowy (SRP – ang. signal recognizing particle). Związanie SRP powoduje zahamowanie wydłużania się łańcucha polipeptydowe-

Rozdział 1

20

go do momentu związania się tego kompleksu z receptorem na błonie RER. Obecność tego receptora zwanego białkiem dokującym odróżnia błony RER od innych błon ER. Błony te wyróżnia również obecność glikoprotein zwanych ryboforyną I i II, wiążących dużą podjednostkę. Związanie podjednostki rybosomu poprzez ryboforyny warunkuje dłuższy związek rybosomu z błoną gdyż SRP dość szybko odłącza się od białka dokującego. Sekwencja sygnałowa (hydrofobowa) wnika w błonę pociągając za sobą dalsze (hydrofilowe) części łańcucha. Następnie sekwencja sygnałowa ulega odcięciu (peptydaza sygnałowa) a wnikanie łańcucha polipeptydowego do wnętrza RER jest kontynuowane aż do zakończenia procesu translacji. W ten sposób mają być syntetyzowane białka, które zostają wydalone z komórki drogą sekrecji. Białka przeznaczone dla macierzy cytoplazmatycznej mają być syntetyzowane przez polisomy nie związane z błonami. Tak więc obecność błon RER wskazuje, że komórka produkuje wydzielinę białkową, a szczególnie duże nagromadzenie tych błon widać w komórkach gruczołowych (wątroba, gruczoł zewnątrzwydzielniczy trzustki). Obszary cytoplazmy zawierające duże nagromadzenie błon RER nazwano ergastoplazmą (od greckiego słowa ergon – praca). O ile błony RER tworzą najczęściej spłaszczone cysterny to błony SER tworzą cewki, przy czym jedne i drugie często tworzą złożone układy przestrzenne. RER znacznie częściej występuje w komórkach niż SER, a ich funkcja w komórce jest zasadniczo różna, chociaż wszystkie błony ER (zarówno R jak i S) zawierają enzymy związane z syntezą trójglicerydów, fosfolipidów i cholesterolu, oraz enzymy (cytochrom P–450) powodujące utlenianie niektórych substratów, w tym leków. ER uczestniczy, szczególnie jako SER, w różnego rodzaju procesach detoksykacyjnych, a w warunkach nagromadzenia w organizmie substancji toksycznych może ulegać znacznemu rozbudowaniu. Na obszarze całej ER można wykazać obecność enzymu glukozo–6–fosfa-

Tabela 1.2. Enzymy markerowe organelli komórkowych Organellum

Enzym

Błona komórkowa

Na+, K+–ATPaza

Błony siateczki śródplazmatycznej

glukozo–6–fosfataza

Macierz cytoplazmy

dehydrogenaza glukozo–6–fosforanowa

Zewnętrzna błona mitochondrium

oksydaza monoaminowa (MAO)

Przestrzeń międzybłonowa

kinaza adenylanowa

Wewnętrzna błona mitochondrium

oksydaza cytochromu c

Macierz mitochondrium

syntaza cytrynianowa

Lizosomy

kwaśna fosfataza

Aparat Golgiego

transferaza acetylglukozaminylowa

Peroksysomy

oksydaza D–aminokwasowa

Komórka. Błony komórkowe

21

tazy, uczestniczącego w metabolizmie węglowodanów (markerx). W niektórych rodzajach komórek SER jest wyspecjalizowana, np. w komórkach mięśni szkieletowych specjalizacja ta dotyczy transportu i gromadzenia jonów wapnia a 80% białek enzymatycznych tej błony to ATP–aza związana z tym właśnie transportem. Natomiast w komórkach gruczołów wydzielających hormony steroidowe, rozbudowana SER zaangażowana jest w produkcję tych związków. RER i SER różnią się więc morfologicznie i czynnościowo, mają z sobą jedak ścisły związek „genetyczny” tzn. z RER powstaje SER, oraz czynnościowy, mogą one nawet wykazywać ciągłość błon i wewnętrznych przestrzeni (wątroba).

1.4. APARAT GOLGIEGO Również z błon, określanych jako gładkie, zbudowany jest aparat Golgiego (AG), którego elementem strukturalnym jest diktiosom (od sł. gr. diktyon – sieć). Złożony jest on z 5–8 spłaszczonych cystern (ryc. 1.8). Na przekroju w ME widoczny jest jako twór półksiężycowy, w którym wyróżnia się: – po stronie wypukłej (dojądrowej) biegun bliższy czyli powierzchnię formowania (cis) – po stronie wklęsłej, biegun dalszy czyli powierzchnię dojrzewania (trans). W pobliżu bieguna bliższego widać pęcherzyki transportujące (10–15 nm, z RER), a w pobliżu bieguna dalszego wakuole zagęszczające (śred. 500–3.000 nm) oraz pęcherzyki okryte.

1 2 3

4 5 6 Ryc. 1.8. Aparat Golgiego. 1 – siateczka śródylazmatyczna szorstka, 2 – pęcherzyki transportujące, 3 – cysterny, 4, 5 – wakuole zagęszczające, 6 – ziarna wydzieliny. x)

Markerem nazywamy taką substancję, najczęściej enzym, który jest charakterystyczny dla danej struktury, czy też funkcji komórkowej, np. markerem lizosomów jest fosfataza kwaśna.

Rozdział 1

22

Błony tworzące AG pod względem struktury i składu chemicznego stanowią formę pośrednią pomiędzy RER i błoną komórkową, przy czym na biegunie bliższym przypominają RER a na biegunie dalszym błonę komórkową. Podobnie aktywność enzymów związanych z błonami AG wykazuje podobne zróżnicowanie, od bieguna bliższego do dalszego(G–6–P–aza → TPP–aza → transferazy glikozylowe 5'–nukleotydaza). Obser-

10

9

8 7

4

3 3

2

2 1

Ryc. 1.9. Komórka wydzielnicza. 1 – naczynie włosowate, 2 – pęcherzyki pinocytarne, 3 – cysterna RER, 4 –pęcherzyki transportujące, 5 – aparat Golgiego, 6 – pęcherzyki wydzielnicze, 7 – wakuole wydzielnicze, 8 – pęcherzyki zagęszczające, 9 – ziarna wydzieliny, 10 – egzocytoza.

Komórka. Błony komórkowe

23

wacje te stanowiły podstawę do stwierdzenia zjawiska określanego jako przepływ błon, od bieguna bliższego do bieguna dalszego, szczególnie nasilonego w komórkach wydzielniczych. Zjawisko to jest na obszarze AG ściśle sprzężone z procesami przekształcania, dojrzewania wydzieliny, która powstała w RER (białko) a ostatecznie zostaje drogą egzocytozy wydalona poza komórkę. Przekształcenie wydzieliny polega, mówiąc ogólnie, na dołączeniu do białek węglowodanów (transferazy glikozylowe) oraz jej zagęszczeniu. Tak więc „dojrzała” wydzielina „opakowana” w błonę zbliżoną charakterem do błony komórkowej, zostaje wydzielona drogą egzocytozy, a błona otaczająca wydzielinę zostaje wbudowana w błonę komórkową.

1.4.1. EGZOCYTOZA Egzocytoza to końcowy etap procesu produkcji (RER) i „dojrzewania” (AG) wydzieliny. Zachodzi ona w kilku etapach. Pierwszy to zbliżanie się wakuoli lub ziarna z wydzieliną do błony komórkowej. W procesie tym odgrywa rolę cytoszkielet i jony wapnia, konieczna jest energia (ATP). Następny etap to fuzja błony wakuoli z błoną komórkową w czym istotną rolę odgrywają również jony wapnia. Po złączeniu się obu błon (warstwy lipidowe) dochodzi niemal automatycznie, pod wpływem sił napięcia powierzchniowego, do otworzenia się wnętrza wakuoli do środowiska pozakomórkowego. Proces tworzenia się wydzieliny (w RER), jej „dojrzewania” (w AG) oraz wydzielania na zewnątrz komórki drogą egzocytozy nazywamy sekrecją (ryc. 1.9). Proces endocytozy i egzocytozy razem wchodzą w skład procesu recyrkulacji błon określanego również terminem przepływu błon. Błona otaczająca np. wakuolę wydzielniczą wbudowuje się w trakcie egzocytozy w błonę komórkową, aby następnie jako pęcherzyk endosomalny połączyć się z błoną organellum np. lizosomu, AG.

1.5. UK£AD LIZOSOMALNY Strukturą komórkową ściśle związaną z AG są lizosomy, będące zasadniczym składnikiem układu zwanego lizosomalnym (ryc. 1.10). Związek lizosomów z AG ma charakter generatywny. AG wytwarza lizosomy pierwotne, przy czym enzymy zawarte w nich powstają w RER. Segregacja enzymów przeznaczonych dla lizosomów na terenie AG odbywa się poprzez ich „wyznakowanie” drogą fosforylacji reszt mannozowych oligosacharydów, które wcześniej zostały dołączone do tych białek enzymatycznych. Dokonuje się to po stronie „cis” AG, gdzie zlokalizowane są swoiste enzymy związane z procesem fosforylacji reszt mannozowych. Natomiast właściwa segregacja enzymów lizosomalnych odbywa się po stronie „trans” gdzie w błonach AG zlokalizowane są receptory dla wyznakowanych mannozo–6–fosforanem enzymów lizosomalnych i gdzie tworzone są pęcherzyki lizosomów pierwotnych. Lizosomy to zwykle twory kuliste o średnicy około 0,5 µm, otoczone pojedyńczą błoną, która obejmuje elektronowo gęsty rdzeń zawierający, jak wykazano, cały szereg enzymów hydrolitycznych (znanych jest około 40): proteazy, nukleazy, glikozydazy, lipazy, fosfolipazy, fosfatazy i sulfatazy. Wszystkie one są kwaśnymi hydrolazami, gdyż optymalna

24

Rozdział 1

aktywność osiągana jest przy pH = 5 (wewnątrz tego organellum). Niskie pH wewnątrz lizosomu osiągane jest dzięki kompleksowi enzymatycznemu określanemu jako pompa protonowa zależna od ATP, który to kompleks zlokalizowany jest w błonie lizosomu. Lizosomy wykazują dużą heterogenność pod względem wielkości i kształtu, szczególnie lizosomy wtórne, które w przeciwieństwie do pierwotnych zawierają nie tylko enzymy ale również substraty, na które te enzymy działają. Lizosomy wtórne powstają z lizosomów pierwotnych. Aby wyjaśnić jak do tego dochodzi, należy wyjaśnić proces endocytozy.

Ryc. 1.4. Uklad lizosomalny komórki. 1– cysterny RER, 2 – aparat Golgiego, 3 – lizosomy pierwotne, 4 – egzocytoza zawartości lizosomów, 5 – fagocytoza bakterii, 5a, b – fagolizosomy, 6 – lizosom wtórny, 7 – ciałko resztkowe, 8 – egzocytoza zawartości ciałka resztkowego, 9 – telolizosom (ziarno lipofuscynowe), 10 – pinocytoza, 10a – łączenie się lizosomów pierwotnych ( ) z fagosomem utworzonym przez pęcherzyki pinocytarne, 11 – segregacja części cytoplazmy, 11a – autofagosom łączący się z lizosomem ( ), 12 – pęcherzyki z wydzieliną, 12a – segregacja nadmiaru pęcherzyków wydzielniczych, 12b – lizosom wtórny trawiący wydzielinę.

Komórka. Błony komórkowe

25

1.5.1. ENDOCYTOZA Endocytoza może zachodzić jako endocytoza płynnej fazy (pinocytoza), mająca charakter nieselektywny; powstałe w jej trakcie endosomy łączą się z lizosomami pierwotnymi tworząc w ten sposób lizosomy wtórne (ryc. 1.10). Endocytoza adsorbcyjna ma natomiast charakter selektywny i biorą w niej udział obecne na powierzchni komórki swoiste receptory. Aby jednak kompleks substancji zaadsorbowanej i receptora mógł ulec endocytozie potrzebna jest po stronie cytoplazmatycznej błony komórkowej obecność białka klatryny. Jest to białko włókniste tworzące cząsteczkę mającą kształt trójramiennej gwiazdy, cząsteczki te łącząc się ze sobą tworzą na cytoplazmatycznej powierzchni endosomu jakby siateczkę. Aby jednak klatryna mogła połączyć się w błoną komórkową potrzebna jest obecność białek adaptorowych wiążących cząsteczki klatryny z błoną. W ME takie endosomy widoczne są jako pęcherzyki okryte. Jak wykazano klatryna odgrywa rolę w większości procesów odpączkowywania od błon pęcherzyków, tak jak np. tworzenie lizosomów pierwotnych z cystern AG. Po odpączkowaniu pęcherzyka klatryna zwykle odłącza się od niego.

1.5.2. FUNKCJA UK£ADU LIZOSOMALNEGO Obecność enzymów hydrolitycznych w lizosomach wskazuje, że biorą one udział w procesach trawienia różnych substancji chemicznych takich jak białka, węglowodany, lipidy i kwasy nukleinowe. Są więc one w stanie strawić wszystkie składniki komórki. Gdy trawienie to zachodzi w lizosomach wtórnych powstających przez połączenie się lizosomów pierwotnych z endosomami, mówimy o tzw. heterofagii, trawieniu substancji pozakomórkowych. Jeśli lizosomy wtórne trawią własne składniki komórki mówimy o auto-

A. tworzenie

B. zamknięcie

C. połączenie z lizosomem

D. ciałka rzęskowe Ryc. 1.11. Proces autofagii.

Rozdział 1

26

fagii. Głównie celem heterofagii jak i autofagii jest usuwanie zbędnych, czy nawet szkodliwych dla organizmu substancji. W niektórych rodzajach komórek układ lizosomalny jest szczególnie rozbudowany. Należą do nich makrofagi, komórki należące do układu immunologicznego. Wprawdzie w czasie trawienia powstają proste związki chemiczne, które mogą być wykorzystywane przez komórkę, jednak celem trawienia przez układ lizosomalny w komórkach organizmów wyższych, w przeciwieństwie do pierwotniaków, nie jest odżywianie komórki. Jeśli trawione substancje zostaną całkowicie strawione, a powstałe związki proste przejdą przez błonę lizosomalną do macierzy cytoplazmy, lizosom może ponownie połączyć się z endosomem. Natomiast, jeśli trawienie nie jest kompletne dochodzi do gromadzenia się w lizosomie wtórnym niestrawionych substancji i powstaje ciałko resztkowe. Zawartość takiego ciałka może być wydalona poza komórkę lub pozostać wewnątrzkomórkowo. Formą ciałek resztkowych są ziarna lipofuscynowe, których liczba wzrasta wraz z wiekiem organizmu, szczególnie w takich komórkach jak nerwowe i mięśnia sercowego. Zawartość ziaren lipofuscynowych to głównie niestrawione fragmenty błon komórkowych (nieskuteczna autofagia). Gromadzenie się niestrawionego materiału wewnątrz komórki może być też wynikiem defektów genetycznych, gdy lizosomy nie są w stanie trawić z powodu nieprawidłowych enzymów lub innych nieprawidłowości lizosomów. Dochodzi wtedy do stanów chorobowych (spichrzeniowych), spowodowanych gromadzeniem np. glikogenu (choroba de Pompe) lub sfingomieliny (choroba Nieman–Picka). Podsumowując, układ lizosomalny tworzą: I. powstałe w AG lizosomy pierwotne, które łącząc się z: – endosomami – pęcherzykami autofagalnymi – ziarnami wydzieliny II. tworzą lizosomy wtórne, zwane również wakuolami trawiennymi, które albo wchodzą w nowy cykl trawienny, albo tworzą III. ciała resztkowe. Pinocytoza i fagocytoza Pinocytoza (picie komórkowe) zachodzi w większości komórek i obejmuje zarówno endocytozę płynnej fazy jak i adsorbcyjną, natomiast fagocytoza zachodzi jedynie w wyspecjalizowanych komórkach (układ fagocytów jednojądrzastych) i dotyczy dużych obiektów: bakterie, fragmenty komórek lub całe komórki. Odpowiada endocytozie adsorbcyjnej.

1.6. PEROKSYSOMY Strukturami, które wielkością i kształtem zbliżone są do lizosomów są peroksysomy (mikrociałka), są one okrągłe o średnicy 0,5 µm, czasami (wątroba) do 1 µm. Charakteryzują się obecnością w nich katalazy, enzymu katalizującego rozpad nadtlenku wodoru na wodę i tlen, oraz oksydaz: moczanowej oraz D– i L–aminokwasów, a także L–alfa–

Komórka. Błony komórkowe

27

A. Zielona fluorescencja peroksyzomów wyznakowanych fluoryzującym białkiem.

B. Elekronogram peroksyzomów. Dwa zawierają kryształy oksydazy moczanowej.

Ryc. 1.12. Budowa peroksysomów.

hydroksykwasów. W części centralnej mogą zawierać krystaliczny „rdzeń” tzw. nukleoid. Tworzone są przez ER. Peroksysomy zużywają znaczną część tlenu w komórce. Odgrywają istotną rolę w procesach detoksykacyjnych.

1.7. MITOCHONDRIA Organellum komórkowym, które odgrywa zasadniczą rolę w komórkowych procesach utleniania są mitochondria. Stanowią one jedną z zasadniczych organelli wszystkich komórek eukariotycznych (niektóre zawierają ich szczególnie dużo, komórki wątrobowe ponad 1.000). Wprawdzie widziano je już w MŚ, ale wiedza o ich ultrastrukturze powstała w oparciu o ME. Mają one najczęściej kształt walca, mniej lub bardziej wydłużonego, o śred. 0,5–1,0 µm. Obserwacje żywych komórek w MŚ kontrastującym fazy w połączeniu z fotografią poklatkową wykazały, że mogą zmieniać kształt i przemieszczać się w komórce, oraz dzielić. Ścianę mitochondrium tworzą dwie błony: zewnętrzna i wewnętrzna. Pomiędzy nimi znajduje się przestrzeń określana jako międzybłonowa lub zewnętrzna (ryc. 1.13). Błona wewnętrzna obejmuje przestrzeń określaną jako wewnętrzna lub macierz (matrix) mitochondrialna. Błony mitochondrialne, zewnętrzna i wewnętrzna, różnią się od siebie budową, właściwościami i funkcją (tabela 1.3). Błona zewnętrzna zawiera dużo białek transportowych i jest jak sito przepuszczalna dla cząstek (< 5.000 daltonów). Zawiera enzym oksydazę monoaminową (MAO), która jest dla niej enzymem

funkcje: – utleniania kwasów tłuszczowych – cykl mocznikowy – replikacja, transkrypcja, translacja

funkcje: – generacja gradientu protonowego – fosforylacja oksydacyjna – transport kwasów tłuszczowych

kompleks dehydrogenazy pirogronianowej; cykl kwasów trójkarboksylowych; enzymy importu białek mtDNA (genom) mtRNA rybosom (70S)

funkcje: – elongacja kwasów tłuszczowych, synteza fosfolipidów – transport białek z cytosolu (miejsca kontaktowe)

składniki łańcucha oddechowego

Macierz

syntetaza ATP

kinazy nukleotydowe tj. adenilanowa, kreatynowa

monoaminooksydaza (MAO)

Błona wewnętrzna

miejsca kontaktowe; receptory importu białek, poryna

Przestrzeń międzybłonowa

Błona zewnętrzna

Tabela 1.3. Istotne skfadniki oraz funkcje błon i przestrzeni mitochondrialnych

28 Rozdział 1

Komórka. Błony komórkowe

29

4

1 4

3

2

5

1

Ryc. 1.13. Mitochondrium z grzebieniami. 1 – błona zewnętrzna, 2 – błona wewnętrzna, 3 – grzebienie, 4 – przestrzeń międzybłonowa, 5 – grzybki.

markerowym. Natomiast enzymem markerowym przestrzeni międzybłonowej jest kinaza adenilanowa. Ze względu na znaczną przepuszczlność błony zewnętrznej dla substancji drobnocząsteczkowych, przestrzeń międzybłonowa przypomina macierz cytoplazmy (cytosol), jeśli chodzi o zawartość tych substancji. Oddziela ją od macierzy mitochondrialnej błona wewnętrzna, która różni się znacznie przepuszczalnością od błony zewnętrznej. Błona wewnętrzna jest nieprzepuszczalna dla większości cząstek hydrofilnych, przechodzenie ich przez błonę wymaga specjalnych nośników i kanałów. Przechodzą przez nią swobodnie gazy O2, CO2, NH3, natomiast jest nieprzepuszczalna dla K, Na, Cl, glukozy, różnych nukleotydów. Jednak mogą wnikać do macierzy mitochondrialnej, w sposób selektywny, także większe cząsteczki np. białka, RNA i lipidy. Uważa się, że jest to możliwe dzięki istnieniu tzw. miejsc kontaktowych. Są to miejsca kontaktu błony zewnętrznej i wewnętrznej, w których zlokalizowane są kompleksy enzymatyczne przyjmujące postać kanałów błonowych. Wśród białek tworzących te kompleksy jest poryna. Miejsca kontaktowe obserwować można w ME. Zajmują one 7–15% powierzchni błony zewnętrznej i są strukturalnie stabilne, bowiem ich ilość (100–1500 na mitochondrium) nie zmienia się mimo zmian stanu energetycznego mitochondrium. Białka towarzyszące (chaperony). Wnikanie białek do wnętrza mitochondriów, mimo istnienia kanałów błonowych w miejscach kontaktowych byłoby bardzo utrudniona lub nawet niemożliwe bez udziału w tym procesie białek zwanych towarzyszącymi. Rola tych białek polega na tym, że wiążąc się z łańcuchem polipeptydowym białka wpływają na jego konformację. W tym wypadku białko Hsp70

Rozdział 1

30

powoduje rozciągnięcie się łańcucha polipeptydowego a przez to zmniejszenie średnicy cząsteczki białka co ułatwia jego przejście przez kanał błonowy. Natomiast białko Hsp60, już w macierzy, powoduje przyjęcie przez polipeptyd właściwej dla niego konformacji. Białka towarzyszące odgrywają istotną rolę w wielu procesach komórkowych m.in. w transporcie białek przez pory otoczki jądrowej (patrz niżej).

przestrzeń międzybłonowa

bursztynian kompleks I kompleks II nośniki

kompleks III

kompleks IV

kompleks V

Ryc. 1.14. Przebieg procesu fosforylacji oksydacyjnej.

F0

Ryc. 1.15. Syntaza ATP. Enzym F0,F1ATPaza składa się z części katalitycznej stanowiącej główkę – F1 i transbłonowego kanału H+ – F0. Oba elementy są utworzone z wielu podjednostek.

Komórka. Błony komórkowe

31

Błona wewnętrzna, w przeciwieństwie do zewnętrznej może tworzyć fałdy w formie poprzecznych przegród, co daje na przekroju obraz zbliżony do grzebienia, przegród podłużnych oraz cewek. Te ostatnie spotyka się w komórkach syntetyzujących sterydy. W błonie wewnętrznej zawarte są enzymy „łańcucha oddechowego”, złożonego systemu enzymatycznego przenoszącego elektrony, który wrażliwy jest na działanie różnych inhibitorów takich jak cyjanki, amytal, rotenon. Energia wyzwalana podczas przenoszenia elektronów z substratów na tlen, przez sprzężenie tego procesu z procesem nazywanym fosforylacją oksydacyjną magazynowana jest w postaci wiązań wysokoenergetycznych ATP. Wykazano, że proces fosforylacji oksydacyjnej związany jest ze strukturami, które w postaci „grzybków” związane są, od strony matrix, z błoną wewnętrzną. Mają one średnicę ok. 9 nm i można je uwidocznić po rozfragmentowaniu błony wewnętrznej i barwieniu negatywowym. Te „grzybki” określane jako kompleks V współpracujący z łańcuchem oddechowym to wielki kompleks białkowy – syntaza ATP, katalizujący fosforylację ADP do ATP. Tworzą go dwie części – F0 pełniąca funkcję kanału dla protonów z przestrzeni między błonowej do macierzy oraz z części F1 o charakterze katalitycznym (ryc. 1.15). Biochemicy wyróżniają pięć tzw. stanów energetycznych mitochondriów. Na stan energetyczny mitochondrium ma wpływ stężenie: – substratu (podlegającego utlenieniu) – ADP (z którego tworzony jest ATP) – O2 Natomiast morfologicznie wyróżnia się dwie formy mitochondriów – skondensowaną, którą przybiera mitochondrium w III stanie energetycznym (wysokie stężenie: substratu, ADP i O2), oraz ortodoksyjną reprezentującą pozostałe stany energetyczne. Forma skondensowana mitochondrium charakteryzuje się: poszerzoną przestrzenią międzybłonową, silnie pofałdowaną błoną wewnętrzną oraz zagęszczoną macierzą. Forma ortodoksyjna: wąska przestrzeń międzybłonowa i elektronoworzadka macierz Jest to forma najczęściej oglądana na elektronogramach. Jak wspomniano, proces przenoszenia elektronów w łańcuchu oddechowym, w którym wyzwala się energia, jest sprzężony z fosforylacją ADP (fosforylacja oksydacyjna) co umożliwia magazynowanie energii (w ATP). Mechanizm tego sprzężenia tłumaczy przyjęta obecnie teoria chemiosmotyczna zaproponowana przez Mitchell’a. Zakłada ona, że sprzężenie tych procesów zachodzi przez wytworzenie stanu wysokoenergetycznego w błonie mitochondrialnej. Podstawą tego stanu jest gradient elektrochemiczny istniejący w poprzek błony wewnętrznej. Powstaje on przez jednokierunkowe, czynne przemieszczanie protonów z matrix do przestrzeni międzybłonowej przy udziale „pompy protonowej”, która czerpie energię z transportu elektronów. Energia zmagazynowana w postaci gradientu protonów może być wykorzystana do syntezy ATP z ADP i fosforanu przy udziale kompleksu syntazy ATP. Kompleks ten, mający strukturalną postać „grzybków” związanych z błoną wewnętrzną, składa się z dwóch segmentów: kanałowego F0 i katalitycznego F1. Segment kanałowy (F0) zbudowany jest kilku podjednostek umieszczonych w poprzek błony wewnętrznej, pełniących rolę kanału dla protonów. Przechodzenie protonów przez kanał, zgodnie z gradientem stężeń, z przestrzeni międzybłonowej do macierzy mitochondrialnej umożliwia przekazywanie energii, zawartej w tym gradniecie, potrzebnej dla syntezy ATP. Synteza ta zachodzi z udziałem segmentu katalitycznego (F1). Segment ten nazywany jest także czynnikiem sprzęgajacym gdyż sprzęga on funkcję łańcucha oddechowego z procesem syntezy ATP.

32

Rozdział 1

Macierz (matrix) mitochondrialna zawiera enzymy cyklu kwasów trójkarboksylowych (Krebsa), enzymy czynne w procesie beta–oksydacji kwasów tłuszczowych oraz enzymy biorące udział w syntezie białek i kwasów nukleinowych. Synteza białek i kwasów nukleinowych może zachodzić wewnątrz matrix ponieważ znajduje się tam zarówno DNA jak i rybosomy. DNA (jedyna lokalizacja poza jądrem w komórkach zwierzęcych) występuje w postaci cząsteczek kolistych, co przypomina DNA u prokariota (bakterie), a rybosomy także przypominają te u prokariota, różnią się więc od tych, które są w macierzy cytoplazmy. Dlatego też określa się mitochondria jako ksenosomy,co ma wskazywać na ich pochodzenie. Uważa się bowiem iż w trakcie eukariogenezy, jako komórki prokarityczne wnikęły one do cytoplazmy pierwotnych komórek eukariotycznych i weszły z nimi w endosymbiozę. Zarówno DNA jak i rybosomy mitochondrialne biorą udział w syntezie białek tworzących mitochondria, jednak większość białek tego organellum jest tworzona w oparciu o DNA jądra i rybosomy cytoplazmy. Nowe mitochondria powstają przez podział już istniejących, co obserwowano w żywych komórkach. Prawdopodobnie przy tworzeniu błony zewnętrznej biorą udział błony ER. Genom mitochondrialny tworzą dwuniciowe, koliste cząsteczki DNA, zwykle kilka w pojedynczym mitochodrium. Cząsteczka DNA mitochondralnego ma około 16.500 par zasad. Jest więc bardzo mała w porównaniu z cząsteczkami jądrowego DNA. Zawiera niewiele genów, jednak 13 genów kodujących podjednostki łańcucha oddechowego i syntazy ATP ma zasadnicze znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania tego organellum. Mutacje genów mitochodralnych kodujących te właśnie podjednostki, szczególnie w komórkach tkanek o dużym metabolizmie tlenowym (układ nerwowy, mięśnie poprzecznie prążkowane) mogą prowadzić do ciężkich schorzeń, nazywanych degeneracyjnymi chorobami mitochondralnymi. Schorzenie nazywane chorobą Lebera a objawiające się ślepotą jest efektem mutacji punktowej w genie kodującym podjednostkę w kompleksie I łańcucha oddechowego.

J•DRO KOM”RKOWE W INTERFAZIE. CYKL KOM”RKOWY

2

Teoria komórkowa sformułowana przez Schleidena i Schwanna w 1839 roku, obowiązująca nadal, mówi, że wszystkie organizmy składają się z komórek. Natomiast Virchow pierwszy sformułował twierdzenie, które potwierdziła współczesna biologia, że komórka może powstać jedynie z innej komórki. Powstawanie komórek odbywa się drogą podziału, po którym występuje różnie długo trwający okres międzypodziałowy – interfaza. Powstawanie nowych komórek z uprzednio istniejących możliwe jest dzięki temu,

3

5

6 1 2

4

3

Ryc. 2.1. Jądro komórkowe. 1 – otoczka jądrowa, 2 – przestrzeń okołojądrowa, 3 – cysterna RER, 4 – polisom, 5 – pory jądrowe, 6 – jąderko, ( ) – połączenia otoczki jądrowej z RER.

Rozdział 2

34

że każda komórka zdolna do podziału zawiera w sobie komplet informacji dotyczących jej budowy i funkcji, czyli genom. W komórkach eukariotycznych, a więc posiadających jądro, właśnie w nim zawarty jest materiał genetyczny – DNA. Jądro komórkowe, w okresie interfazy, ma postać pęcherzyka, którego zawartość oddzielona jest od cytoplazmy przez otoczkę jądrową (ryc. 2.1).

2.1. OTOCZKA J•DROWA Otoczka jądrowa (ryc. 2.2) powstaje z siateczki śródplazmatycznej w końcowym okresie kariokinezy – telofazie, jest więc odpowiednikiem cysterny ER, która pokrywa poCYTOPLAZMA retikulum wewnątrzplazmatyczne (RER) rybosom kompleks porowy

przestrzenie okołojądrowe lamina chromatyna

wnętrze jądra

Ryc. 2.2. Budowa otoczki jądrowej.

cytoplazma pierścień cytoplazmatyczny otoczka jądrowa

lamina jądrowa

por jądrowy

ziarno środkowe

chromatyna

Ryc. 2.3. Budowa kompleksu porowego.

Jądro komórkowe interfazalne

35

wierzchnię kuli, rozdzielając dwa przedziały komórkowe. Ścianę otoczki tworzą dwie błony: zewnętrzna, zwrócona do cytoplazmy, zachowująca niekiedy ciągłość z RER, oraz wewnętrzna, kontaktująca się z zawartością jądra. Pomiędzy nimi zawarta jest przestrzeń okołojądrowa. W otoczce jądrowej zawarte są, zwykle dość liczne, otwory nazywane porami. Na obwodzie poru po jądrowej i cytoplazmatycznej stronie znajduje się 8 ziarenek o śred. 10–25 nm, co nadaje porowi kształt oktogonalny. Są one połączone delikatnymi nitkami z ziarenkiem leżącym w centrum poru. Dostrzegano cienką przesłonę – diafragmę w poprzek poru. Ze względu na złożoną budowę poru otoczki jądrowej wprowadzono termin kompleks porowy. (ryc. 2.3) Stwierdzono, że liczba porów jest zmienna i zależy od aktywności komórki; np. dość aktywne komórki wątrobowe – hepatocyty szczura zawierają 3 x 103 porów/jądro. Pory odgrywają istotną rolę w wymianie pomiędzy jądrem i cytoplazmą. Z badań doświadczalnych wiadomo, że graniczną wielkością cząsteczek przechodzących przez pory jest 40– 60 kDa, oraz, że przenikanie przez pory dużych cząsteczek jest procesem złożonym. Eksportyny i importyny. Funkcjonowanie komórki wymaga stałej wymiany pomiędzy wnętrzem jądra komórkowego – nukleoplazmą a cytoplazmą. Z jądra do cytoplazmy trafiają, syntetyzowane w jądrze, cząsteczki kwasów rybonukleinowych, zwykle w postaci rybonukleoproteidów. Natomiast z cytoplazmy do jądra transportowane są białka, syntetyzowane w macierzy cytoplazmy, pełniące różnorakie funkcje. Należą do nich białka enzymatyczne uczestniczące w procesie transkrypcji, a w fazie S cyklu komórkowego również białka enzymatyczne uczestniczące w replikacji DNA oraz białka histonowe. Z cytoplazmy do jądra przechodzą także białka regulujące funkcję genomu komórkowego, nazywane czynnikami transkrypcyjnymi. Zrozumiałe, że przechodzenie tych czynników do jądra musi odbywać się pod kontrolą, tylko wtedy gdy wymaga tego stan komórki. Stwierdzono, że w transporcie poprzez pory otoczki jądrowej uczestniczą specyficzne białka transportujące. Te z nich, które uczestniczą w transporcie z jądra do cytoplazmy nazywane są eksportynami, a te, które biorą udział w transporcie z cytoplazmy do jądra importynami. Wiązanie się białka transportującego z cząsteczką podlegającą transportowi uwarunkowane jest obecnością, w cząsteczce transportowanej, sekwencji bogatej w zasadowe reszty aminokwasowe. Określa się je skrótem NLS (ang. Nuclear Localization Signals). Powstały kompleks: białko transportujące–transportowane wiąże się następnie z białkiem kompleksu porowego a przeniknęcie przez ten kompleks wymaga ATP i GTP. Przynajmniej w odniesieniu do importyn wiadomo, że składają one się z dwóch podjednostek: alfa i beta oraz, że z białkiem transportowanym przenika do jądra jedynie podjednostka alfa, która w nukleoplazmie oddziela się od cząsteczki białka transportowanego. Obok przechodzenia przez pory mogą istnieć inne drogi wymiany pomiędzy jądrem i cytoplazmą tj. transport aktywny oraz procesy analogiczne do endo- i egzocytozy. Wymiana ta jest tym większa im aktywniejsza jest komórka. Zwiększenie wymiany może nastąpić przez zwiększenie liczby porów oraz przez zwiększenie powierzchni jądra. Odbywa się to przez wzrost średnicy jądra lub zmianę kształtu, co wiąże się ze wzrostem powierzchni otoczki. Wzrost jej powierzchni odbywa się, jak stwierdzono, przez przesu-

36

Rozdział 2

wanie się błony zewnętrznej, poprzez pory, na stronę wewnętrzną otoczki. Wewnętrzna błona otoczki jądrowej pokryta jest przez blaszkę włóknistą (lamina fibrosa) zwaną również „blaszką jądrową” o grubości 80–300 nm. Białka tworzące tę blaszkę – laminy, wiążą się z jednej strony z białkami integralnymi błony wewnętrznej otoczki oraz białkami porów, a z drugiej strony z nićmi chromatyny. Białka blaszki odgrywają rolę w czasie zanikania otoczki w metafazie oraz w jej odtwarzaniu w telofazie.

2.2. CHROMATYNA Wnętrze jądra wypełnia nukleoplazma, w której zobaczyć można w MŚ i ME: chromatynę oraz jąderko. Chromatyna to barwiąca się barwnikami zasadowymi zawartość jądra (gr. chromatos = barwa). Jej rozmieszczenie w jądrze oraz intensywność barwienia jest charakterystyczna dla danego rodzaju komórek i wykorzystywana jest do ich identyfikacji. W rzeczywistości chromatyna to kłębek utworzony przez nici chromosomów interfazalnych. W MŚ nitki chromatyny (chromosomy) nie są widoczne, natomiast w ME chromatyna widoczna jest jako gęstsze lub rzadsze skupienie drobnych ziarenek, które są przeciętymi nitkami chromatyny. Rozróżniamy dwa stany upakowania, zagęszczenia chromatyny: 1) zagęszczoną, zbitą – heterochromatynę; 2) rozrzedzoną, luźną – euchromatynę. Heterochromatyna tworzy intensywnie barwiące się skupienia (w MŚ), w pobliżu otoczki oraz jąderka, w ME widać ją jako gęsto ułożone ziarenka. Przykładem heterochromatyny jest tzw. chromatyna płciowa (ciałka Barra) – ziarenko chromatyny widoczne w jądrach komórek osobników żeńskich (jeden z chromosomów X). Heterochromatyna może być konstytutywna lub fakultatywna. Heterochromatyna konstytutywna ujawnia się we wczesnych okresach różnicowania się tkanek (w embriogenezie) i utrzymuje się przez całe życie komórki, natomiast heterochromatyna fakultatywna może zmieniać się w euchromatynę, gdy komórka ulegnie aktywacji. Wiąże się to z tym faktem, że heterochromatyna jest formą nieaktywną chromatyny, natomiast euchromatyna formą aktywną, przy czym proces transkrypcji może w niej aktualnie zachodzić lub rozpocząć się pod działaniem specyficznego sygnału (stan gotowości do aktywnego działania). W średnio aktywnej komórce około 80% chromatyny to heterochromatyna a 20% to euchromatyna, a około 10% chromatyny jest aktualnie aktywna. Zasadniczym składnikiem strukturalnym chromatyny jest nitka chromatynowa odpowiadająca chromosomowi interfazalnemu, który zawiera jedną cząsteczkę DNA. Nitka chromatyny to dezoksyrybonukleoproteid, kompleks DNA i białek, głównie histonów. Ilość DNA w diploidalnym jądrze (46 chromosomów u człowieka) jest stała dla danego gatunku. Stwierdzono, że DNA występuje w nadmiarze w stosunku do informacji jakie zawiera. Nadmiar to głównie sekwencje powtarzające się, które jak wykazano nie ulegają odczytaniu – transkrypcji. Kiedy DNA izolowane z komórki rozdzielane jest przez wirowanie w gradiencie stężeń CsCl, to uzyskuje się warstwę „głównego” i dodatkowego „satelitarnego” DNA. Właśnie w tej „satelitarnej” warstwie skupia się DNA o powtarzalnych sekwencjach. Z drugiej strony ten rodzaj DNA występuje głównie w heterochromatynie. Zasadniczymi białkami chromatyny są histony – białka zasadowe, wykazujące wysoką zawartość dwóch zasadowych reszt aminokwasowych: lizyny i argininy, przez co ich ładunek

Jądro komórkowe interfazalne

37

„netto” jest dodatni. We wszystkich komórkach eukariotycznych wykazano obecność 5 rodzjów histonów: H1, H2A, H2B, H3 i H4. Cechą niezwykłą tych białek jest ich ewolucyjny konserwatyzm, bardzo odległe ewolucyjnie gatunki wykazują bardzo niewielkie różnice w budowie, szczególnie dotyczy to histonów H3 i H4. Stosunek ilości histonów i DNA jest 1:1, ilość histonów nie zmienia się, z wyjątkiem okresu syntezy, która sprzężona jest z syntezą (replikacją) DNA. Cząstki histonów i DNA tworzą charakterystyczny wzajemny układ w postaci nukleosomów. Łącząc się ze sobą nukleosomy dają obraz nitki chromatynowej (pod dużym powiększeniem w ME) jako sznura paciorków. Nukleosom to rdzeń utworzony przez oktamer histonów (po 2 cząstki H2A, H2B, H3, H4), na który nawinięty jest DNA (2 pętle). Przestrzennie nukleosom to niski walec (śred. 11 nm, wysokość 5–7 nm) z nawiniętymi na obwodzie 2 pętlami DNA długości 140 par zasad. Te walcowate struktury połączone są ze sobą tzw. łącznikiem długości 19–60 par zasad. O ile DNA otaczający rdzeń ma stałą długość bez względu na gatunek, to łącznik wykazuje zmienność. Z „łącznikiem” wiąże się histon H1. Jak wykazano, powstawanie rdzenia nukleosomu odbywa się w wyniku oddziaływań między cząsteczkami histonów, a ściśle między hydrofobowymi częściami ich łańcuchów polipeptydowych (ryc. 2.4). H1 histon H2A, H2B, H3 and H4

centralne DNA 6 nm łącznikowe DNA 10 nm Ryc. 2.4. Budowa nukleosomu.

Tak więc nitka chromatyny to suma nukleosomów. Jednak jak stwierdzono podstawowa nitka chromatyny, widziana w ME, ma średnicę ok. 30 nm (a nukleosom 10 nm). Badania wyjaśniły tą sprzeczność. Okazało się, że nitka chromatyny nie jest wyciągniętym sznurem nukleosomów, a zwiniętym w postaci solenoidu, o skręcie zawierającym 6 nukleosomów. Warunkiem tworzenia się tej „superstruktury” jest obecność histonu H1 oraz jonów Mg. Jak wykazano histony H1 warunkują również tworzenie się zagęszczeń chromatyny tak jak w heterochromatynie. Obok histonów w chromatynie występują jeszcze inne białka określane ogólnie jako „niehistonowe”. Ilość ich jest niekiedy zbliżona do ilości histonów, ale wykazuje znaczne różnice zależne od rodzaju tkanki i gatunku. Wśród białek niehistonowych istotną rolę odgrywają białka określane angielskim skrótem HMG (high mobility group). Jak wykazano białka HMG 14 i HMG 17 mogą wymieniać się z histonami H1 co powoduje rozluźnienie chromatyny i prowadzi do jej aktywacji.

Rozdział 2

38 dwuniciowy DNA

włókienko chromatyny

włókno chromatyny (solenoid)

zagęszczony rejon chromosomu

chromosom metafazalny

DNA łącznikowy nukleosom

rozciągnięty rejon chromosomu Ryc. 2.5. Struktura chromatyny. Różne stopnie upakowania chromatyny, od rozciągniętej nitki chromatyny interfazalnej (włókienko) i włókna chromatyny interfazalnej (solenoid) do chromatyny chromosomu metafazalnego.

Strukturami chromatyny tworzonymi przez nitki chromatyny, o średnicy 30 nm, są domeny. Są to pętle o długości ok. 50 kilo zasad (kz) (zakres 30–300 kz), których końce umieszczone są w szkielecie białkowym. Tworzą go metaloproteiny zawierające miedź i kobalt. Za przestrzenną organizację DNA w jądrze interfazalnym, w tym domeny, odpowiedzialna jest blaszka włóknista. Układ przestrzenny chromosomów interfazalnych, a więc układ chromatyny jest wysoce regularny i w jądrach komórek tej samej tkanki prawie identyczny. Układ ten utrzymywany jest przez oddziaływania międzychromosomowe oraz blaszkę włóknistą. Histony tworzące rdzeń nukleosomu wykazują, jak wspomniano, znaczny konserwatyzm, stałość, jeśli chodzi o skład aminokwasowy, jednak mogą one ulegać tzw. modyfikacjom postsyntetycznym. Polegają one na acetylacji, metylacji i fosforylacji reszt łańcucha polipeptydowego histonu, co wpływa na oddziaływania pomiędzy nim i DNA, głównie zmniejszając siłę ich wzajemnego oddziaływania. Wiąże się to ze wzrostem aktywności transkrypcyjnej zawartego w chromatynie DNA. Jak z tego wynika histony blokują aktywność DNA, pełniąwięc rolę represora. Jak wcześniej powiedziano znaczna większość DNA jest w stanie nieaktywnym (~ 90%), jest to właśnie wynikiem blokującego działania histonów.

2.2.1. TRANSKRYPCJA DNA Stan aktywny chromatyny to stan, w którym zachodzi proces odczytywania – transkrypcji DNA, a wiąże się to z formą chromatyny rozproszonej. Jak zachowują się nukleosomy w aktywnej chromatynie do końca jeszcze nie wiadomo. Uzyskane dane wskazują, że być może odcinki nitki chromatyny na której odbywa się transkrypcja pozbawione

Jądro komórkowe interfazalne

39

są takich struktur jak nukleosomy. Inne dane sugerują, że nukleosomy są zachowane, ale rozpadają się na połówki. Aby mogła zachodzić transkrypcja potrzebny jest jednoniciowy wzorzec DNA, enzym – polimeraza RNA zależna od DNA, komplet 4 rodzajów nukleotydów oraz jony Mg lub Mn. Polimeraza RNA u eukariotów występuje jako I, II i III. Pierwsza zaangażowana jest w syntezę rRNA i związana jest z jąderkiem, II zaangażowana jest w syntezę mRNA na obszarze całego jądra, oraz III podobnie zlokalizowana, ale bierze udział w syntezie 5Sx) RNA i tRNA. Transkrypcja przy udziale RNA polimerazy II, która uczestniczy w odczytywaniu genów kodujących białka komórkowe, rozpoczyna się od wiązania się tego enzymu z promotorem genu. Promotor genu, u eukariota, zawiera sekwencję nukleotydów (TATAA – tymina–adenina–tymina–adenina–adenina), która jest rozpoznawana i wiązana przez czynniki transkrypcyjne. Czynniki transkrypcyjne to białka o różnej budowie. Jedną z grup tych białek stanowią białka zawierające tzw. palce cynkowe. Związane z łańcuchem polipeptydowym atomy cynku nadają mu konformację umożliwiającą wiązanie się białka z specyficznymi sekwencjami DNA. Do białek będących czynnikami transkrypcynymi należą także białka będące produktami niektórych protoonkogenów. Związanie się tych czynników z DNA jest konieczne aby RNA polimerazy mogła się z nim związać i podjąć proces transkrypcji. W regulacji tego procesu, poza sekwencjami promotorowymi, mogą odgrywać rolę również sekwencje zwane wzmacniającymi (ang. enhancers), które podobnie jak sekwencje promotorowe wiążą czynniki transkrypcyjne. Stwierdzono istnienie także sekwencji osłabiających transkrypcje (ang. silencers). Bezpośrednim produktem procesu transkrypcji jest tzw. transkrypt, któremu odpowiada heterogenny RNA (HnRNA). Ten produkt transkrypcji zawiera zarówno sekwencje informacyjne jak i nieinformacyjne. Wynika to ze struktury genów stanowiących matrycę dla syntezy RNA. Jak stwierdzono większość genów u eukariota to geny nieciągłe zwane także mozaikowymi. Sekwencje informacyjne DNA tworzącego taki gen są przedzielone sekwencjami nieinformacyjnymi, pierwsze noszą nazwę egzonów, drugie intronów. Na terenie jądra HnRNA ulega transformacji, polega ona na: dołączeniu 7-metyloguanozyny do końca 5' („czapeczka”), wiązaniu się białek z nowopowstałym RNA, dołączeniu łańcucha poliadenylowego (około 200 reszt adenylowych) do końca 3', a przede wszystkim na wycięciu sekwencji nieinformacyjnych – intronów. Proces wycinanie intronów z HnRNA, w wyniku czego powstaje informacyjny RNA, nazywany jest składaniem RNA (ang. splicing). W procesie tym uczestniczą cząsteczki snRNA (małe jądrowe RNA), które wraz z białkami i odpowiednią sekwencją HnRNA tworzą kompleks nazywany splisosomem. Jak stwierdzono efektem składania tego samego rodzaju HnRNA może być różne mRNA gdyż wycinaniu podlegają nie zawsze te same sekwencje. Nazywane jest to składaniem alternatywnym. Ostatecznie, powstałe w wyniku składania, mRNA opuszcza jądro w połączeniu z białkiem.

x)

S – jednostka Svedberga określająca szybkość sedymentacji pod wpływem sił grawitacji wywołanych w ultrawirówce. Wartość wyrażana w tych jednostkach zależna jest od masy cząsteczki oraz jej rozmiaru i kształtu.

40

Rozdział 2

2.2.2. REGULACJA DZIA£ANIA GEN”W PRZEZ RNA Jak stwierdzono zarówno u pro- jak i eukariota RNA może wpływać na aktywność genów. Krótkie RNA powstające przez działanie enzymów może bezpośrednio represorować geny z homologią do tych krótkich RNA. Taka represja nazywana RNAi (RNA interference) – „zakłócającego RNA” może być realizowana przez hamowanie translacji mRNA, niszczenie mRNA lub wyciszanie promotora, który kieruje tworzenie tego RNA. Represje genu można także uzyskać wprowadzając do komórki dwuniciowy RNA (dsRNA – double stranded RNA), który zawiera sekwencje identyczne z sekwencją represorowanego genu. Represja przez RNA odgrywa role w hamowaniu rozwoju niektórych wirusów.

2.2.3. METYLACJA DNA MOØE PROWADZI∆ DO TRWA£EGO WYCISZANIA GEN”W Niektóre geny mogą być w komórkach ssaków trwale wyciszone przez metylowanie DNA. Dzieje się tak w wielu regionach genomu i są to zwykle rejony heterochromatyny. Jest to spowodowane tym, że metylowane sekwencje są często rozpoznawane przez białka wiążące DNA (MeCP2), które rekrutują deacetylazę histonów oraz metylazę histonów a przez to modyfikują okoliczną chromatynę zawierającą zmetylowany DNA. Metylacja DNA ma zasadnicze znaczenie dla zjawiska nazywanego impryntingiem genomowym. Zjawisko to prowadzi do tego, że jeden z genów w parze chromosomów homologicznych (jeden do ojca a drugi od matki) jest wyłączony i ten stan utrzymuje się w kolejnych podziałach komórki. Zaburzenia tego zjawiska mogą prowadzić do niektórych chorób dziedzicznych a także do chorób nowotworowych.

2.3. J•DERKO Specyficzną strukturą jądrową jest jąderko. W MŚ widoczne jako twór najczęściej kolisty, otoczony zagęszczoną chromatyną, silnie barwiący się barwnikami zasadowymi. W ME stwierdzono istnienie włókienkowego rdzenia i ziarnistej kory. Jąderko wykazuje znaczną zmienność co do wielkości, w zależności od aktywności komórki. Istnienie jąderka jest wynikiem intensywnej syntezy, drogą transkrypcji, specyficznego rodzaju RNA zwanego rybosomalnym (rRNA) na odcinku genomu określanym jako organizator jąderka, oraz przekształceń pre-RNA w sąsiedztwie miejsca powstania. Organizator jąderka to fragment genomu zawierający powtarzające się sekwencje kodujące cząsteczki 18S i 28S rRNA, podzielone intronami. Transkrypcja rRNA odbywa się przy udziale RNA – polimerazy I, a jej produktem jest transkrypt w postaci wielkocząsteczkowego prekursora pre–rRNA 45S. Podlega on po transkrypcji przemianom w 28S rRNA i 18S rRNA, które polegają na usuwaniu zbędnych sekwencji przy udziale enzymów: endo- i egzonukleaz. Powstałe produkty to kompleksy RNA – białko (RNP). RNA 18S w powiązaniu z białkami tworzy małą podjednostkę rybosomu, a 28S dużą.

Jądro komórkowe interfazalne

41

Podjednostki opuszczają jądro niezależnie od siebie. Ostatecznie mała podjednostka, u eukariotów, ma stałą sedymentacji 40S a duża 60S, łącznie jako rybosom 80S. Rybosom zawiera 65% rRNA (18S, 28S, 5S), reszta (35%) to białka (10 rodzajów w małej i 20 w dużej podjednostce). Jego wymiary to 20 x 30 nm. Łączenie się podjednostek w rybosom następuje z chwilą podjęcia syntezy białka, w czym biorą udział jony Mg, metionylo–tRNA i mRNA.

2.4. TRANSLACJA Proces biosyntezy białka określany jako translacja, dzielony jest na fazę inicjacji, elongacji i terminacji. I. Inicjacja. Pierwsza faza translacji określana jako inicjacja rozpoczyna się od połączenia mRNA z małą podjednostką rybosomu (40S). Wcześniej dochodzi do powstania kompleksu: met–tRNA– GTP– czynnik inicjacji (eIF–2), który łączy się z małą podjednostką. Dopiero wtedy podjednostka 40S łączy się z pierwszym nukleotydem mRNA jakim, u eukariota, jest 7–metylo–guanozyna, nazywana „kapturkiem” (ang. cap) Następnie mała podjednostka przesuwa się wzdłuż łańcucha mRNA aż napotka inicjujący kodon AUG. W tym momencie dołączona zostaje duża podjednostka 60S i faza inicjacji zostaje zakończona. II. Elongacja. W tej fazie zostaje zapoczątkowana, a następnie jest kontynuowana synteza łańcucha polipeptydowego. Najpierw met–tRNA łączy się z kodonem AUG poprzez zawarty w nim antykodon. Zachodzi to wewnątrz rybosomu w miejscu nazywanym miejscem P. Następnie w miejsce A wnika aminoacylo–tRNA (aa–tRNA), zawierający anty–kodon zgodny z kodonem, który następuje po kodonie inicjującym AUG. Przy udziale enzymu: transferazy peptydylowej, dochodzi do przeniesienia reszty metioninowej na resztę kolejnego aminokwasu co prowadzi do powstania wiązania peptydowego pomiędzy grupą karboksylową metioniny a grupą aminową kolejnego aminokwasu. Wtedy kompleks: tRNA–reszta kolejnego aminokwasu–metionina przesuwany jest do miejsca P (translokacja), przez co kodon AUG mRNA wysuwa się z miejsca P a miejsce A zostaje zwolnione dla kolejnego aa–tRNA. Proces ten polegający na: wiązaniu aa–tRNA z mRNA na zasadzie kodon–antykodon, powstawaniu wiązania peptydowego oraz przesuwaniu się mRNA wraz z kompleksem tRNA–powstający łańcuch polipeptydowy z miejsca A do P powtarzany jest cyklicznie aż odczytana zostanie cała sekwencja informacyjna mRNA. Energia potrzebna do przemieszczeń zachodzących w trakcie syntezy polipetydu pochodzi z GTP. W procesie elongacji uczestniczą specyficzne białka nazywane czynnikami elongacji (EF). Jeśli syntetyzowane biało jest białkiem sekrecyjnym a więc przeznaczonym do wydzielenia poza komórkę lub białkiem, które zostanie wbudowane w błonę jako jej białko integralne, to początek łańcucha polipetydowego tworzy tzw. sekwencja sygnałowa. Cechuje ją wysoka zawartość hydrofobowych reszt aminokwasowych, których obecność umożliwia przenikanie, lub wbudowywanie się łańcucha polipeptydowego do błony siteczki śródcytoplazmatycznej szorstkiej. Jeśli są to białka sekrecyjne ulegają one gromadzeniu w cysternach RER.

42

Rozdział 2

W translacji cząsteczki mRNA uczestniczy jednocześnie kilka lub kilkanaście rybosomów, zależnie od długości łańcucha mRNA, tworząc układ określany jako polisom. Dzięki temu na pojedynczej cząsteczce mRNA powstaje jednocześnie, zgodnie z liczbą rybosomów w polisomie, kilka lub kilkanaście łańcuchów polipeptydowych. III. Terminacja. Zakończenie procesu biosyntezy białka czyli translacji, nazywane terminacją, następuje wtedy gdy w trakcie przesuwania się mRNA przez rybosom, w miejscu A znajdzie się kodon terminacji: UAA, UAG lub UGA. Są to kodony nonsensowne gdyż nie istnieją tRNA z antykodonami, które by im odpowiadały. Natomiast, rozpoznawne są one przez białka nazywane czynnikami terminacji (RF – ang. release factor). Dochodzi do uwolnienia nowopowstałego łańcucha polipeptydowego od tRNA i rozpadu rybosomu na podjednostki. Każdy z tych etapów translacji jest złożony i może być hamowany przez specyficzne inhibitory, które zwykle działają różnie na komórki prokarityczne i eukariotyczne. Umożliwia to stosowanie ich do hamowania rozwoju bakterii bez wpływania na komórki gospodarza. Dlatego też inhibitory biosyntezy białka, z których wiele to antybiotyki, wykorzystywane są w terapii do zwalczania infekcji bakteryjnych. Natomiast te, które hamują biosyntezę białka u eukariota mogą być stosowane do hamowania rozwoju komórek nowotworowych (cytostatyki).

2.5. CYKL KOM”RKOWY Procesy transkrypcji, a następnie translacji podlegają w komórce mechanizmom regulacyjnym, które decydują o ich zapoczątkowaniu, natężeniu i czasie trwania. Procesy te, które zaangażowane są w przygotowanie do podziału komórki ułożone są w sekwencję, którą nazywamy cyklem komórkowym. Cykl komórkowy, zwany także mitotycznym, to cykl skomplikowanych procesów biochemicznych uzależnionych wzajemnie od siebie oraz od czynników zewnętrznych, prowadzący do podziału komórki. W cyklu tym wyróżnia się następujące fazy: G1 (od ang. gap – odstęp), S (synteza – replikacja DNA), G2 oraz M (mitoza). Mitozę od początku następnej fazy G1 może oddzielać, trwajaca różnie długo faza G0. Okres życia komórki obejmujący fazy: G1(G0), S i G2 określa się jako interfazę (ryc. 2.6). Regulacja cyklu komórkowego, odbywa się poprzez szereg procesów fosforylacji i defosforylacji. Fosforylacja białek komórkowych dokonywana jest przy udziale kinaz, które wraz z białkami nazywanymi cyklinami tworzą kompleksy. Kinazy tworzą katalityczną część tego kompleksu, podczas gdy cykliny jego część regulatorową, gdyż decydują o aktywności związanych z nimi kinaz. Dlatego też kinazy określane są jako zależne od cyklin (ang. Cyklin Dependent Kinases – CDK). Stężenie CDK w komórce w czasie cyklu nie ulega większym zmianom, natomiast zmienia się ich aktywność. Wiąże się to ze znacznymi wahaniami stężenia cyklin w poszczególnych fazach cyklu (stąd ich nazwa). Znanych jest kilka rodzajów kinaz, tworzących rodzinę kinaz CDK. Oznacza się je cyframi. Podobnie, znanych jest kilka rodzajów cyklin, oznaczanych literami. Określone kompleksy CDK–cyklina są charakterystyczne dla poszczególnych faz cyklu. Cykliny D tworzą kompleksy z CDK4 i CDK6, decydując o przejściu z fazy G1 w fazę S. Cykliny E i A tworzą kompleksy z CDK2 decydując o inicjacji syntezy

Jądro komórkowe interfazalne

43

Profaza (±1 godz.) S (8 godzin)

G2+mitoza (2,5–3 godz.) Metafaza (<1 godz.) Mitoza Anafaza (<1/2 godz.)

G1 (25 godz.) Telofaza (minuty) Interfaza

Mitoza

Ryc. 2.6. Fazy cyklu komórkowego i czas ich trwania.

DNA we wczesnej fazie S. Cyklina B łączy się w kompleks z CDK2, decydujący o przejściu z fazy G2 w fazę M (mitozę). Pierwszy kompleks CDK–cykliny wykryty został w badaniach nad zapłodnionymi oocytami żaby i nazwany czynnikiem MPF (ang. M–phase Promoring Factor). Później okazało się, że jest to kompleks CDK2–cyklina B. Wysoki poziom MPF w komórce prowadzi do zmian charakterystycznych dla profazy kariokinezy tj. kondensacja chromosomów, zanik otoczki jądrowej oraz tworzenie wrzecionka. Natomiast spadek poziomu MPF w anafazie przyczynia się do segregacji i dekondensacji chromosomów oraz do odtworzenia otoczki jądrowej. Gwałtowny spadek MPF spowodowany jest, najpierw ubikwitynacją, a następnie degradacją przez proteasomy cykliny B. Znaczne zmiany stężenia, również innych cyklin, spowodowane są ich degradacją przez proteasomy (patrz str. 49). W konsekwencji dochodzi do spadku aktywności związanych z nimi CDK. Po dokonaniu się podziału komórka wchodzi w fazę G1 podejmując lub nie, przygotowania do następnego podziału. Komórki, które nie podejmują przygotowań do podziału, czyli wejścia w następny cykl komórkowy określamy jako pozostające w fazie G0. Przygotowania komórki do podziału rozpoczynają się od wzrostu jej masy i objętości. Wzrost ten trwa aż do ich podwojenia się bezpośrednio przed podziałem. Rozpoczęcie się właściwych procesów związanych z cyklem komórkowym następuje w późnej fazie G1, po przejściu tzw. punktu krytycznego (restrykcyjnego) R. Tym co warunkuje przejście komórki przez punkt R jest obecność i odpowiednie stężenie działających na komórkę tzw. czynników wzrostowych (ang. Growth Factors – GF). Należą do nich: czynnik wzrostowy pochodzenia płytkowego (ang. Pletlet Derived GF – PDGF), naskórkowy GF (Epidermal GF – EGF), fibrocytarny GF (ang. Fibroblast GF – FGF), nerwowy GF (ang. Nerve GF – NGF), transformujacy GF (ang. Transforming GF – TGF) oraz interleukiny (IL2, IL3). W przypadku fibrobastów, które dobrze proliferują w warunkach in vitro a przez

Rozdział 2

44

FAZA M włączenie mitozy aktywny MPF

cyklina miotyczna

rozpad cykliny miotycznej G2

M

CDK miotyczna

CDK fazy S

G1 S rozpad cykliny fazy S

cyklina fazy S aktywny kompleks cyklina-CDK fazy S włączenie replikacji DNA FAZA S Ryc. 2.7. Regulacja CDK przez rozpad cyklin.

to są często stosowanym modelem doświadczalnym, takim czynnikiem jest PDGF. Receptorem dla tego czynnika wzrostu jest produkt protoonkogenu c–kit. O efekcie działania GF decyduje nie tylko jego obecność a nawet stężenie ale także ekspresja na komórce receptorów dla tych czynników. Proces sygnałowania wewnątrzkomórkowego wywołany związaniem się GF z receptorem prowadzi do aktywowania genów dla białek będących regulatorami cyklu. Gdy dojdzie do mutacji genów dla białek receptorowych, gdy protoonkogeny stają się onkogenami, to białka te nie poddają się kontroli przez

Jądro komórkowe interfazalne

45

mechanizmy regulujące cykl. Mogą wtedy stale utrzymywać stan zwiększonej aktywności, nawet pod nieobecność GF, co w konsekwencji powoduje, że komórki dzielą się w sposób niepohamowany a co jest cechą wzrostu nowotworowego. Jednak komórki wyposażone są w mechanizmy kontrolne uniemożliwiające podział nieprawidłowej komórki. Stwierdzono istnienie czterech zasadniczych punktów kontrolnych. W pierwszym dochodzi do blokowania wejścia w fazę S gdy DNA jest uszkodzony. Uszkodzenia DNA to zmiany pojedynczych zasad azotowych, np. deaminacja cytozyny do uracylu, zmiana dwóch zasad np. powstanie dimeru tymina–tymina, pęknięcia łańcucha DNA oraz powstanie wiązań poprzecznych. Komórka jest w stanie naprawić te uszkodzenia, jednak nie zawsze jest to skuteczne. Drugi punkt kontrolny nie dopuszcza do wyjścia z fazy S gdy DNA nie jest całkowicie zreplikowany. Trzeci powoduje zatrzymanie cyklu w fazie G2 gdy zreplikowany DNA jest uszkodzony a czwarty zatrzymuje komórkę w mitozie, gdy wrzecionko podziałowe jest nieprawidłowe. Zatrzymanie cyklu komórkowego odbywa się przez obniżenie aktywności kompleksów CDK–cyklina. Dokonują tego białka inhibitorowe należące do rodziny p21 (p21, p27, p57) oraz rodziny p15 i p16. Do białek blokujących indukcję cyklu komórkowego należą białka p53 i Rb. Mutacje genów tych białek stwierdza się w komórkach nowotworowych. Konsekwencją trwałego zahamowania komórki w cyklu może być jej śmierć przez apoptozę (str. 49). Po przejściu punktu R komórka, już bez konieczności działania czynników zewnętrznych podejmuje transkrypcję genów dla białek enzymatycznych, koniecznych dla syntezy DNA w fazie S m.in. syntetazy tymidynowej i polimeraz DNA. Faza S trwa w komórkach zwierzęcych zwykle 6–8 godzin. Protoonkogeny to odmiana genów, które najpierw zostały wykryte, w formie zmutowanej, w genomie onkogennych wirusów i nazwane onkogenami, gdyż ich obecność warunkowała zdolność wirusa do wywołania nowotworu. Jak stwierdzono, onkogeny wirusowe (oznaczane literą v, np. v–fos), czyli zmutowane protoonkogeny, mogą zostać wbudowane w genom komórki zakażonej przez wirusa, co może prowadzić do jej transformacji nowotworowej. Produkty protoonkogenów to często, związane z błoną komórkową białka o właściwościach receptorów dla czynników regulujących cykl komórkowy, takie jak czynniki wzrostu, oraz czynniki transkrypcyjne. Jeśli protonkogen ulegnie zmutowaniu, czyli stanie się onkogenem, jego produkty stają się nieprawidłowe co powoduje, że nie poddają się mechanizmom regulacyjnym. Efektem tego może być np. stałe pobudzenie komórki do dzielenia się co jest cechą komórek transformowanych nowotworowo. Jednak zasadnicze znaczenie protoonkogenów to kodowanie niezwykle ważnych dla komórki białek regulacyjnych takich jak czynniki transkrypcyjne, w tym uczestniczące w regulacji cyklu komórkowego jak również zjawiska apoptozy.

2.5.1. REPLIKACJA DNA Jak stwierdzono, replikacja najpierw następuje w euchromatynie, a na końcu w hetrochromatynie konstytutywnej. Przy czym odbywa się ona odcinkami nazywanymi replikonami, w różnych miejscach chromatyny jednocześnie. Replikony mogą mieć długość w zakresie 50–400 kilo zasad (kz), a ich liczba w jądrze komórki zwierzęcej wynosi

46

Rozdział 2

A

miejsce inicjacji

3' 5'

5' 3' widełki

widełki

5' 3'

3' 5' widełki

widełki

3' 5'

5' 3'

widełki

widełki

B 3' 5'

5' 5'

3'

a on ni ć ni óź op

5' 3'

3'

ni pr ć ow ad zą ca

3'

nowo zsyntetyzowane DNA

5' 3'

5'

3'

5'

3'

5' 3'

5'

Ryc. 2.8. Replikacja DNA. A – powstawanie widełek replikacyjnych; B – proces replikacji nici prowadzącej i opóźnionej.

Jądro komórkowe interfazalne

47

Ryc. 2.9. Schemat budowy widełek replikacyjnych w chromosomach komórek eukariotycznych.

około 30.000. Replikacja zaczyna się w tych miejscach łańcucha DNA, które zawierają charakterystyczne sekwencje określane jako ARS, (ang. autonomous replicating sequences) a fragment DNA zawierający taką sekwencję nazywany jest miejscem inicjacji replikacji „ori” (od ang. origin of replication). DNA jądra komórkowego ssaków zawiera około 30.000 takich miejsc. Po związaniu przez sekwencję ARS kompleksu białek inicjujących ORC (od ang. origin recognition complex), dochodzi w tym miejscu do rozdzielenia nici DNA, w efekcie czego powstaje „oczko” (ryc. 2.8A), oraz tzw. widełki replikacyjne. Powstały w wyniku rozdzielenia podwójnej nici, jednoniciowy DNA stabilizowany jest przez białka SBB (od ang. single–strand binding proteins). Właściwa replikacja zaczyna się w obu widełkach jednocześnie i w przeciwnych kierunkach od syntezy krótkiego (9 z) łańcucha RNA nazywanego starterowym, przy udziale enzymów nazywanych prymazami. Następnie zaczyna być tworzony nowy łańcuch DNA przy udziale polimerazy DNA. W jądrach komórek zwierzęcych wykazano obecność czterech rodzajów polimeraz DNA: alfa, beta, delta i epsilon. Polimeraza beta uczestniczy w naprawie DNA, pozostałe polimerazy w procesie jego replikacji. Właściwy proces replikacji rozpoczyna polimeraza alfa. Wiąże się ona najpierw z jednoniciową matrycą i starterem, a następnie z odpowiednim nukleotydem. Reakcja polimeryzacji wymaga obecności jonów Mg. Dalsze wydłużanie nowosyntetyzowanego łańcucha DNA wymaga rozwijania i rozdzielania podwójnej spirali DNA. Umożliwiają to białka nazywane helikazami. Oprócz wymienionych białek w procesie replikacji biorą także udział topoizomerazy, które eliminują skręcanie się heliksy DNA w trakcie jej rozwijania, przez nacinanie i łączenie nici DNA. Obie nitki widełek replikacyjnych stanowią matryce dla syntezy nowego DNA, która jednak może zachodzić tylko w kierunku 3'–5' wzorca. Stwarza to problem w wytłumaczeniu jednoczesnej replikacji obu ramion widełek. Przyjmuje się, że jedna nić (prowadząca) syntetyzowana jest w sposób ciągły natomiast druga nić (opóżniona) fragmentami, nazywanymi fragmentami Okazaki. Fragmenty te rosną zgodnie z kierunkiem

Rozdział 2

48

46 chromosomów 92 chromatydy

92 chromatydy (4N ilości DNA) podzielone równo do dwóch siostrzanych komórek

M

G0

go d 4

po dw 6–12 so oje god ma nie z lne ch . go rom DN oS A

10–11 godz.

46 chromosomów 92 chromatydy (4N ilości DNA)

z.

1 godz.

G2

46 chromosomów (2N ilości DNA) G1

Ryc. 2.10. Liczba chromosomów oraz ilość chromosomalnego DNA w cyklu komórkowym.

3'–5' wzorca, a więc w kierunku przeciwnym do kierunku przesuwania widełek, ale kolejne fragmen-ty powstają zgodnie z tym kierunkiem (ryc. 2.8B). Ligazy powodują łączenie się tych fragmentów w jedną nić. Następnie w wyniku dołączenia się histonów, najpierw H3 i H4, a potem H2A i H2B powstają nukleosomy, których w obrębie widełek replikacyjnych nie ma (ryc. 2.9). Jak stwierdzono, nowosyntetyzowane cząsteczki histonów oraz „stare” łączą się zarówno z nicią wiodącą jaki opóźnioną. Zakończenie replikacji następuje wtedy gdy widełki replikacyjne sąsiadujących „oczek” zetkną się ze sobą. Całość syntezy genomu zajmuje zwykle komórce kilka godzin (6–8) i czas ten jest charakterystyczny dla danego rodzaju komórek (ryc. 2.10). Po zakończeniu fazy replikacji DNA zwanej fazą S, następuje faza G2, bezpośrednio poprzedzająca mitozę, czyli fazę M. W fazie G2 zasadniczym procesem jest synteza białek wrzecionka kariokinetycznego – tubulin. Przejście z fazy G2 w fazę M odbywa się przez punkt kontrolny, którego przejście warunkowane jest działaniem czynnika MPF (ang. M – phase promoting factor). Jest on kompleksem CDK2–cyklina B i określany jest jako kinaza M. W trakcie mitozy cyklina B ulega degradacji przez proteasomy.

Jądro komórkowe interfazalne

49

Proteasomy to kompleksy enzymatyczne wielkości 20–26 S (około 30 podjednostek – m.cz. 700 kDa) występujące w macierzy cytoplazmy i mające zdolność degradowania (trawienia) białek w niej się znajdujących. Proteasom ma kształt cylindra długości 16 nm i średnicy 11– 16 nm z kanałem o średnicy 4 nm. Proteasomy zwykle działają na białka, które wcześniej uległy związaniu z ubikwityną. Ubikwityna to białko o m.cz. 8,6 kDa należące do najbardziej konserwtywnych białek u eukariota i jednocześnie najczęściej występujących białek w komórce. Stąd jego nazwa (ang. ubiquitous = wszędzie obecny). Poza tym, że współdziała z proteasomami w trawieniu białek zawartych w macierzy cytoplazmy, nieobłonionych, to także może pełnić rolę białka towarzyszącego (chaperon), transferowego i białka szoku termicznego. Białka szoku termicznego HSP (od ang. heat shock proteins) to konserwatywne białka syntetyzowane w komórce w odpowiedzi na niekorzystne warunki tj. podwyższenie temperatury, metale ciężkie, nadtlenek wodoru i inne czynniki uszkadzające. Tworzone są zarówno przez komórki prokariotyczne jak i eukariotyczne dla zmniejszenia efektu działania czynnika szkodliwego przy powtórnym jego wniknięciu. Uważa się, że ubikwityna, której synteza znacznie wzrasta po działaniu ww. czynników szkodliwych ułatwia eliminowanie nieprawidłowych białek jakie powstają w czasie działania tych czynników.

2.5.2. KARIOKINEZA W fazie M dochodzi do podziału jądra drogą kariokinezy. Zasadniczym celem kariokinezy jest precyzyjne rozdzielenie podwojonej ilości DNA na dwie nowopowstałe komórki. Koniecznym dla tego procesu jest wyodrębnienie się z chromatyny poszczególnych chromosomów drogą spiralizacji nici chromosomu interfazalnego (profaza). Następnie wyodrębnione chromosomy, dzielą się na chromatydy i gromadzą w równiku komórki (metafaza), po czym wędrują wzdłuż włókienek wrzecionka do jego biegunów (anafaza) tworząc układ zwany „diaster” – dwu gwiazd potomnych. Następuje odtworzenie jądra (telofaza) i podział cytoplazmy – cytokineza. I. Profaza. Wyodrębniające się z chromatyny chromosomy mają początkowo postać dwóch cienkich nitek (chromatydy siostrzane) połącznych w miejscu określanym jako centromer. W końcu profazy, po obu stronach centromeru tworzy się kinetochor, który po ukształtowaniu się wrzecionka kariokinetycznego wiąże należące do niego mikrotubule. Postępująca spiralizacja chromosomów powoduje, że z z nitek o średnicy 30 nm powstają włókna o średnicy 200–400 nm. Proces ten zachodzi w wyniku fosforylacji histonu H1 oraz H2A i H3, którą katalizuje kinaza fazy M. Obok kondensacji chromosomów w profazie tworzone jest wrzecionko kariokinetyczne. W końcowej profazie nazywanej prometafazą dochodzi do zanikania otoczki jądrowej, co jest spowodowane fosforylacją lamin, białek jej blaszki włóknistej. W efekcie otoczka rozpada się na cysterny, które zachowują związek z laminą B. Zanikają jąderka, co jest wyrazem zahamowania syntezy rRNA i tworzenia podjednostek rybosomów, a w efekcie i biosyntezy białka w komórce. Wrzecionko kariokinetyczne zwane też podziałowym, powstaje z elementów cytoszkieletu. Podstawową strukturą wrzcionka są mikrotubule zbudowane z białka tubuliny, ułożone pomiędzy dwoma biegunami wrzecionka. Z mikrotubulami związane są białka MAP (od ang. microtubule–binding proteins) do których należą dyneiny (MAP–1C), które mają właściwości ATP–azy i są one, poprzez hydrolizę ATP, przekaźnikami energii dla ruchu chromosomu

Rozdział 2

50 preprofaza

wewnątrz jądra kondensacja chromosomów

telofaza

odtwarzanie jądra, utworzenie otoczki jądrowej i jąderka, zakończenia podziału komórki

profaza

wyodrębnianie się chromosomów, zaczątki wrzeciona i pękanie otoczki jądrowej

późna anafaza

metafaza

chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej, zanik otoczki jądrowej i jąderka

wczesna anafaza

agregowanie chromosomów podłużne rozdzielenie się chromosomów i wędrówka na biegunach, początek do biegunów podziału komórki, zaczątek bruzdy podziałowej

Ryc. 2.11. Fazy podziału mitotycznego.

w trakcie karikinezy. Wrzecionko tworzą mikrotubule biegunowe, przebiegają pomiędzy biegunami oraz mikrotubule kinetochorowe łączące chromosom z biegunem wrzecionka. Mikrotubulom wrzecionka towarzyszą cysterny SER gromadzące jony Ca, które odgrywają rolę w procesie przemieszczania się chromosomów w trakcie kariokinezy. W biegunach wrzecionka znajdują się pary centrioli, które trafiają do biegunów w trakcie profazy oddalając się od siebie ze strefy centrosomu komórki. Pojedyncza centriola ma w ME kształt cylindra długości 300–500 nm i średnicy 150 nm, którego tworzy 9 trójek mikrotubul (ryc. 2.12). Ostateczne ukształtowanie się wrzecionka następuje po zaniknięciu otoczki jądrowej w końcu profazy. II. Metafaza. Ostatecznie skondensowane chromosomy układają się w równiku komórki, co daje obraz tzw. płytki równikowej, jeśli komórka oglądana jest z boku lub tzw. gwiazdy macierzystej (monaster), jeśli oglądana od strony biegu. Komórki w okresie metafazy służą, po zahamowaniu kolchicyną lub innym czynnikiem uszkadzajacym wrzecionko, do badania kariotypu osobnika. U człowieka kariotyp tworzy 46 chromosomów. Metafazalne chromosomy można łatwo policzyć i scharakteryzować w oparciu o ich długość, długość ramion oraz przez zastosowanie odpowiednich technik, w oparciu o tzw. wzór prążkowy (prążki G, Q i C) lub metody biologii molekularnej. III. Anafaza. Chromosomy ułożone w równiku komórki dzielą się na chromatydy siostrzane, które stają się w ten sposób nowopowstałymi chromosomami. Do oddzielenia

Jądro komórkowe interfazalne

A. Mikrotubule

51

α tubulina β tubulina

24 nm 5 nm

przekrój poprzeczny

Koniec (+)

przekrój podłużny

dimery tubuliny (heterodimery)

elektronogram mikrotubul wykazujących cechy budowy jak na ryc. A

B. Rzęska

C. Centriola

powiększony dublet mikrotubul

wspólny heterodimer

dyneina

dublety mikrotubul

błona komórkowa neksyna

lochewka centralna Aksonema Ryc. 2.12. Budowa mikrotubul (A), rzęsek (B) i centrioli (C).

łączniki białkowe

52

Rozdział 2

się chromatyd dochodzi w wyniku replikacji DNA w centromerze, który w fazie S cyklu replikacji nie podlega. Każdy z siostrzanych chromosomów podejmuje przemieszczanie się do przeciwnych biegunów, z szybkością średnio 2.5 µm/min. Ruch chromosomów do biegunów ma być powodowany przez pociąganie przez mikrotubule kinetochorowe oraz oddalania się biegunów wrzecionka od siebie. Ruch chromosomów do biegunów wrzecionka można zahamować, powodując rozpad mikrotubul. Efekt taki można uzyskać przy pomocy kolchicyny oraz winblastyny i winkrystyny, które stosowane są w terapii onkologicznej, do hamowania proliferacji komórek nowotworowych, czyli jako cytostatyki. IV. Telofaza. Chromosomy znajdujące się w biegunach podlegają rozluźnieniu. Rozpoczyna się synteza rRNA, czego efektem jest powstanie jąderka. Wrzecionko ulega rozpadowi a tubulina z mikrotubul wrzecionka wykorzystywana jest do tworzenia przebudowującego się cytoszkieletu. Z fragmentów odtwarzana jest otoczka jądrowa. Powstawanie nowego jądra w telofazie związane jest procesami defosforylacji histonów H1 (rozluźnienie chromosomów), lamin blaszki włóknistej (odtwarzanie otoczki) oraz innych białek jądrowych, które w trakcie kariokinezy uległy fosforylacji. Podział komórki kończy cytokineza, czyli podział cytoplazmy. W komórkach zwięrzęcych odbywa się to poprzez przewężenie cytoplazmy pomiędzy nowopostałymi jądrami. Powstanie przewężenia poprzedza gromadzenie się pod błoną komórkową mikrofilamentów aktynowych i miozynowych, które tworzą tzw. pierścień kurczliwy. W podziale cytoplazmy uczestniczą także cysterny SR.

2.5.3. MEJOZA Specyficznym podwójnym podziałem komórkowym, zachodzącym w trakcie gametogenezy (rozdz. 18 i 19, ryc. 18.2 i 19.2) jest mejoza, która prowadzi do redukcji liczby chromosomów a przez to do redukcji materiału genetycznego, czyli DNA. W trakcie pierwsze podziału zwanego redukcyjnym dochodzi do zmniejszenia liczby chromosomów do połowy, a w drugim podziale następuje redukcja ilości DNA do ilości haploidalnej (1N). Profaza pierwszego podziału mejotycznego ma szczególny przebieg, w którym wyróżnia się 5 stadiów: leptoten, zygoten, pachyten, diploten i diakineza. Złożony przebieg tej fazy podziału w efekcie prowadzi do wymiany materiału genetycznego między chromosomami pochodzącymi od ojca i matki (crossing over) a przez to zachodzi mieszanie się informacji genetycznych od ojca i matki.

2.6. CYTOSZKIELET Wrzecionko kariokinetyczne jest wytworem cytoszkieletu komórki, a białko z którego powstają włókienka wrzecionka to alfa i beta tubulina, układająca się w mikrotubule (o średnicy 25 nm). Obok mikrotubuli elementem cytoszkieletu są mikrofilamenty (średnica 6 nm) oraz filamenty pośrednie o średnicy 10 nm (tabela 2.1, ryc. 2.13).

Jądro komórkowe interfazalne

53

4

1

° ~300 A 60 °A 3

6

C

B

5 1

5

A

Ryc. 2.13. Cytoszkielet. 1 – mikrotubula, 2 – jądro komórkowe, 3 – centriola, 4 – mikrofilamenty, 5 – protofilamenty, 6 – cząsteczki tubuliny tworzące protofilamenty mikrotubul.

Rozdział 2

54 Tabela 2.1. Cytoszkielet Mikrotubule

zbudowane z dimerów tubuliny alfa i beta

średnica 25 nm długość kilka mm do 1 m

tworzą wrzecionko kariokinetyczne, migawki, centriole,w macierzy cytoplazmy w pęczkach,wiążą się z białkami błony

Mikrofilamenty

aktynowe miozynowe

średnica 6–7 nm średnica 15 nm

uczestniczą w podziale i ruchu komórki, pinocytozie i fagocytozie

Filamenty pośrednie

keratynowe

średnica 8–10 nm

występują w naskórku

desminowe

-"-

m. gładkie m. poprzecznie prążkowane m. sercowy

wimentynowe

-"-

w komórkach pochodzenia mezenchymatycznego (fibroblasty) zlokalizowane w pobliżu jądra

glejowe

-"-

w komórkach gleju

neurofilamenty

-"-

w wypustkach neuronów

Rola cytoszkieletu w funkcjonowaniu komórki to już omówiony udział w kario– i cytokinezie oraz w ruchu wewnątrz komórki jak i w przemieszczaniu się komórki w jej środowisku. Ruch wewnątrz komórki dotyczy przemieszczania się organelli komórkowych a także pęcherzyków i wakuoli, co związane jest ze zjawiskami endo- i egzocytozy. Jak stwierdzono elementy cytoszkieletu wiążą się z białkami błony komórkowej co powoduje, z jednej strony ufiksowanie tych białek, ograniczające ich możliwości przemieszczania się w płaszczyźnie błony, a co w efekcie sprawia, że komórki są spolaryzowane strukturalnie i czynnościowo. Z drugiej strony, wiązanie się elementów cytoszkieletu z białkami błony powoduje, że działanie czynników mechanicznych na komórkę przenosi się z błony na cytoszkielet. Tym tłumaczy się aktywujące działanie czynników mechanicznych na komórki m.in. komórki kostne, mięśnia sercowego i śródbłonków a także ich działanie hamujące, jak w przypadku komórkowych zjawisk kontaktowych.

2.7. PROLIFERACJA I R”ØNICOWANIE W wyniku podziału komórki drogą mitozy powstają dwie nowe komórki. Ich dalsze podziały prowadzą do powstania populacji (zbioru) komórek, który nazywamy klonem komórkowym, a drogę jaką powstaje nazywamy proliferacją. Organizm człowieka powstaje z jednej komórki – zygoty, a więc jest klonem komórkowym, zbiorem komórek identycznych genetycznie, ale nie fenotypowox). Dochodzi x)

Fenotyp – zestaw cech strukturalnych i funkcjonalnych komórki

Jądro komórkowe interfazalne

55

bowiem wraz ze wzrostem organizmu do różnicowania się komórek, a więc zmian fenotypu identycznych genetycznie komórek. Komórki o identycznym lub bliskim fenotypie tworzą populacje komórkowe o określonych cechach fenotypowych.

2.7.1. POPULACJE KOM”RKOWE Jeśli chodzi o aktywność proliferacyjną to wyróżniamy następujące rodzaje populacji komórek: – rozrastająca się, w której wszystkie komórki są w cyklu mitotycznym, a liczba komórek wzrasta wykładniczo. Są to populacje istniejące we wczesnym rozwoju zarodkowym oraz populacje komórek nowotworowych. – wzrastająca, tylko część komórek jest w cyklu mitotycznym, reszta w fazie G0. Są to populacje w organizmie rosnącym po urodzeniu. – odnawiająca się, w której część komórek jest w cyklu komórkowym i dzieli się, natomiast część ulega eliminacji np. droga apoptozy lub martwicy, ale ogólna liczba komórek nie ulega zmianie, przy czym źródłem nowopowstałych komórek są komórki macierzyste (patrz str. 57). Populacje takie występują w organizmie dojrzałym, należą do nich m.in. nabłonki i krew. – statyczna, w której komórki nie ulegają podziałom, a liczba ich przez znaczną cześć życia osobnika niewiele się zmienia. Należą do tego rodzaju komórki nerwowe i mięśniowe. Obecność populacji rozrastających się i wzrastających prowadzi do wzrostu narządów oraz całego organizmu. Jednak wzrost narządów i organizmu może odbywać się nie tylko przez proliferację, ale rownież przez przerost – wzrost objętości komórek bez ich podziału oraz przez zwiększenie objętości substancji międzykomórkowej, czyli przez akrecję. Tempo wzrostu zarówno przez proliferację, przerost i akrecję podlega w organizmie ścisłej kontroli. Regulowanie wzrostu poprzez proliferację odbywa się drogą regulowania cyklu komórkowego, a miarą tempa tego wzrostu jest indeks mitotyczny (IM) ilustrujący odsetek komórek w danej populacji będących w trakcie podziału. Wielkość indeksu mitotycznego będącego miarą tempa wzrostu i proliferacji zależy od frakcji komórek będących w cyklu komórkowym w całej populacji. Tak więc zasadnicze znaczenie dla tempa wzrostu mają te czynniki regulacyjne, które wpływają na to ile komórek jest w cyklu a ile w fazie G0. Znanych jest wiele różnych czynników, które mogą wpłynąć na to czy komórka przejdzie w fazę G0 lub z fazy G0 w G1 a następnie ulegnie podziałowi. Dość dawno stwierdzono, że w regulacji proliferacji komórek istotne znaczenie mają tzw. zjawiska kontaktowe. Obserwowano je przede wszystkim w hodowlach komórek in vitro, ale wykazano, że również in vivo odgrywają one istotną rolę. Stwierdzono mianowicie, w badaniach in vitro, że z jednej strony wiele populacji komórek wymaga dla wzrostu przez proliferację kontaktu z podłożem (tylko nieliczne rodzaje komórek takie jak komórki limfatyczne potrafią rosnąć w zawiesinie), z drugiej strony stwierdzono, że jeśli komórki rosnące na podłożu wejdą w kontakt ze sobą to przestają się dzielić. Nazwano to zjawisko kontaktowym zahamowaniem wzrostu. Jak stwierdzono związane jest ono z kontaktowym zahamowaniem migracji. Wykazano, że w zjawiskach kontaktowych zasadnicze znaczenie mają zmiany w bło-

56

Rozdział 2

nie komórkowej wytworzone czynnikiem fizycznym jakim jest kontakt. W jednym wypadku kontakt ze stałym podłożem ma wywoływać zdolność do podziału, w drugim kontakt z inną komórką ma poprzez zmiany w błonie i aparacie ruchowym komórki – cytoszkielecie, powodować zahamowanie migracji, a przez to blokowanie zdolności do proliferacji. Na znaczenie tych zjawisk in vivo wskazuje fakt, że komórki nowotworowe nie wykazują zahamowania kontaktowego. Podczas, gdy komórki prawidłowe rosną na podłożu (in vitro) w postaci jednej warstwy (monolayer), to komórki nowotworowe tworzą wiele warstw, gdyż brak hamowania kontaktowego powoduje, że mogą pełznąć jedna po drugiej. Ta właśnie zdolność komórek nowotworowych, pełzania po innych komórkach ma mieć związek z inwazyjnością nowotworów. Zjawiska kontaktowe odgrywają rolę nie tylko w regulowaniu proliferacji, ale przez zjawisko kontaktowego naprowadzania (kierunek migracji) oraz wybiórczego zatrzymania, prowadzą do agregacji właściwie dobranych rodzajów komórek. Zjawiska te odgrywają bardzo istotną rolę w embriogenezie i organogenezie, ale także u osobników dojrzałych w przemieszczaniu się komórek. W regulowaniu proliferacji poprzez wpływanie na zapoczątkowanie i przebieg cyklu komórkowego bardzo ważną rolę odgrywają substancje biologicznie czynne działające drogą humoralną (poprzez płyny tkankowe). Szczególną rolę w regulowaniu proliferacji odgrywają peptydy nazywane czynnikami wzrostu (tabela 2.2). Znanych jest już wiele takich czynników, m.in. naskórkowy czynnik wzrosu (EGF – ang. epidermal growth factor), płytkopochodny czynnik wzrostu (PDGF – ang. platlet–derived growth factor). Część z nich zostanie dokładniej omówionych w następnych rozdziałach m.in. w rozdz. „Szpik kostny. Rozwój krwi”. Natomiast czynnikami, które mogą hamować cykl a przez to proliferację, są niektóre horTabela 2.2. Czynniki wzrostu Czynnik wzrostu nerwów (NGF – nerve growth factor)

różnicowanie i przeżycie neuronów

Naskórkowy czynnik wzrostu (EGF – epidermal growth factor)

proliferacja wielu rodzajów komórek

Fibroblastyczny czynnik wzrostu (FGF – fibrobast growth factor)

proliferacja fibroblastów i komórek śródbłonka (angiogeneza)

Śródbłonkowy czynnik wzrostu (VEGF – vascular endothelial growth factor)

proliferacja komórek śródbłonka (angiogeneza)

Płytkopochodny czynnik wzrostu (PDGF – platelet derived growth factor)

proliferacja fibroblastów i innych komórek

Insulinopochodny czynnik wzrostu 1,2 (IGF – insulinlike growth factor)

(somatomedyna) – stymulacja wzrostu chrząstki nasadowej

Interleukina 2

proliferacja limfocytów T

Erytropoetyna (Epo)

proliferacja i różnicowanie komórek szpikowych szeregu czerwonokrwinkowego

Transformujący czynnik wzrostu alfa beta (TGF – transforming growth factor)

działanie hamujące proliferacje limfocytów T i B, i udział w gojeniu się ran, stymulowanie powstawania naczyń

Jądro komórkowe interfazalne

57

mony np. androgeny oraz substancje egzogenne tj. niektóre antybiotyki np. mitomycyna C, czynniki fizyczne jak promieniowanie jonizujące. Substancje i czynniki hamujące proliferację mają oczywiście zastosowanie w hamowaniu wzrostu nowotworów.

2.7.2. R”ØNICOWANIE Jak już wspomniano organizm człowieka jest klonem komórek, które powstały z jednej zygoty i mają ten sam genotyp, natomiast różnią się fenotypem. Kształtowanie się fenotypu komórek odbywa się wielostopniowo w procesie różnicowania. Zasadnicze etapy różnicowania odbywają się w życiu płodowym: pierwotne i pośrednie, natomiast różnicowanie ostateczne – terminalne zachodzi również w życiu pozapłodowym. W procesie różnicowania zachodzi stopniowe ograniczanie możliwości tworzenia przez daną komórkę innych rodzajów komórek. Związane jest to z blokowaniem coraz większego zakresu genomu komórki. Jak stwierdzono istotną rolę odgrywa metylowanie zasad DNA głównie cytozyny, które powoduje hamowanie transkrypcji określonych genów. Istotną rolę w procesie różnicowania odgrywają oddziaływania pomiędzy komórkami, bezpośrednie poprzez kontakt lub pośrednie, poprzez wydzielanie aktywnych substancji. Oddziaływania te nazywamy indukcją i zachodzą one poprzez błonę komórkową, a ważną rolę odgrywają w nich elementy cytoszkieletu. Różnicowanie związane jest z proliferacją. Zwykle im bardziej zaawansowane różnicowanie tym mniejsze tempo proliferacji. W wyniku różnicowania terminalnego część populacji komórek np. nerwowe tracą na stałe zdolność do proliferacji, a w innych tylko część zachowuje zdolność do proliferacji, pozostając w fazie G0. Organizm dojrzały zawiera populacje statyczne, reprezentujące komórki, które utraciły zdolność do proliferacji oraz populacje odnawiające się.

2.7.3. KOM”RKI MACIERZYSTE Komórki macierzyste to komórki występujące w organizmie po jego urodzeniu, które mają zdolność do samoodnowy, tzn. po podziale zachowują fenotyp komórki niezróżnicowanej a jednocześnie mają zdolność tworzenia klonów komórkowych, które podlegając różnicowaniu, po osiągnięciu terminalnego stopnia zróżnicowania pełnią właściwą dla siebie funkcję. Obecność komórek macierzystych, określanych jako tkankowo ukierunkowane, w populacjach odnawiających się, zapewnia tym populacjom właściwą liczbę tworzących je komórek, przez całe życie osobnika. Zależnie od rodzaju tkanki do jakiej należą komórki macierzyste wykazują różne cechy. Mogą różnicować się w jeden rodzaj komórek, tak jak to jest w naskórku lub tworzyć kilka linii komórkowych jak to jest w krwi szpikowej. Ze względu na swój potencjał proliferacyjny komórki macierzyste, w wyniku mutacji, są często punktem wyjścia nowotworów. Sprawą ciągle kontrowersyjną jest zjawisko określane jako transdyferencjacja czyli zmiana fenotypu komórek macierzystych ukierunkowanych tkankowo, z jednego rodzaju tkanki na inną. Problem ten budzi duże zainteresowanie w związku z możliwością zastosowania terapeutycznego tych komórek. Względnie łatwo dostępne szpikowe komórki macierzyste mogłyby być zasto-

58

Rozdział 2

sowane do regeneracji tkanki nerwowej lub mięśnia sercowego. Wykazano, że komórki macierzyste o różnym ukierunkowaniu tkankowym występują w krwi obwodowej, jednak w bardzo małych ilościach. Można by je wykorzystać do przeszczepów autologicznych gdyby udało się opracować metodę namnażania ich, z zachowaniem fenotypu komórki macierzystej.

2.7.4. APOPTOZA Apoptoza to proces śmierci komórki przebiegający wg określonego programu, z czym związane jest aktywowanie wielu szlaków biochemicznych. Wymaga to syntezy nowych białek i aktywowania już istniejących w komórce. Przebiega w dwóch zasadniczych etapach: indukcji i egzekucji, przy czym indukcja przebiegać może szlakiem zewnątrzkomórkowym lub wewnątrzkomórkowym. Pierwszy indukowany jest przez sygnały z komórek produkujących cząsteczki wiązane przez komórki podlegające apoptozie. Wiązane są one przez receptory z rodziny receptora TNF alfa. Należą do nich receptor TNF typu I i Fas (CD 95). Receptory te posiadają w części wewnątrzkomórkowej sekwencje nazywane „domenami śmierci” (DD – death domains), które wiążą i aktywują kaspazy – proteazy cysteinowe, co prowadzi do etapu egzekucji. Natomiast indukcję apoptozy w szlaku wewnątrzkomórkowym wywołują różne czynniki uszkadzające komórkę tj. niedotlenienie, wolne rodniki, promieniowanie jonizujące, a także brak czynników koniecznych dla życia komórki. W wywołanym przez nie procesie indukcji istotną rolę odgrywają: aktywowanie białka p53 oraz uwolnienie z mitochondrium cytochromu C i białka AIF (ang. apoptosis inducing factor). Cytochrom C po uwolnieniu z mitochondrium łączy się z białkiem APAF (ang. apoptosis protease activiting factor) czego wynikiem jest powstanie kompleksu określanego jako apoptosom. Uwalnianie cytochromu C z mitochondrium jest pod kontrolą białek z rodziny Bcl-2, z których niektóre tj. Bcl-2 i Bcl-x zapobiegają apoptozie. Powstanie apoptosomu zapoczątkowuje aktywację kaskady kaspaz, co podobnie jak w szlaku zewnątrzkomórkowym zapoczątkowuje etap egzekucji. Wyróżnia się w nim trzy stadia: uwolnienia, uwypuklenia i kondensacji. Stadium uwolnienia objawia się utratą połączeń z innymi komórkami i przyjęcie kształtu kulistego, w związku ze zmianami w cytoszkielecie. Uwidacznia się to szczególnie w przypadku komórek nabłonkowych. Jednocześnie dochodzi do aktywowania nukleaz, głównie kaspazy CAD (caspase activated DNA-se), która powoduje rozfragmentowanie DNA, co uwidocznia się w trakcie elektroforezy jako tzw. drabinka. W stadium uwypuklania dochodzi do obkurczania się komórki, przy czym integralność błony komórkowej jest zachowana, chociaż zachodzą w niej zmiany polegające na eksponowaniu po stronie zewnętrznej błony fosfatydyloseryny przy udziale białka nazywanego floppazą. Obecność fosfatydyloseryny na powierchni komórki gdzie normalnie nie występuje, można wykryć przy pomocy aneksyny V, co stanowi jeden z testów na wykazanie apoptozy. W stadium kondensacji tworzone są tzw. ciałka apoptotyczne co prowadzi do rozpadu komórki na wiele takich ciałek zawierających, otoczonych błoną komórkową, fragmentów cytoplazmy i skondensowanej chromatyny jądrowej. Ciałka te ulegają sfagocytowaniu, głównie przez makrofagi, które na swojej powierzchni posiadają receptory dla fosfatydyloseryny eksponowanej na powierzchni komórek podlegających apoptozie. Ten sposób likwidowania komórki nie wywołuje reakcji zapalnej ze strony komórek układu odpornościowego, w przeciwieństwie do śmierci

Jądro komórkowe interfazalne

59

Ryc. 2.14. Przebieg apoptozy (2, 3, 4, 5, 6) i martwicy komórki (7, 8). 1 – komórka normalna, 2 – wczesne stadium apoptozy; zagęszczenie i marginalizacja chromatyny w jądrze, zagęszczenie cytoplazmy, pofałdowanie granic jądra i cytoplazmy, 3 – dalsze stadium; fragmentacja jądra, powstawanie ciałek apoptotycznych, 4, 5 i 6 – fagocytoza i degradacja w lizosomach, 7 – rozwój martwicy, powstawanie nieregularnych grudek chromatyny, obrzęk organelli i ogniskowe przerwy błon, 8 – błony ulegają dezintegracji ale komórka zachowuje swój kształt do czasu usunięcia jej przez fagocyty.

makrofag

komórki drogą martwicy czyli nekrozy. Martwica w odróżnieniu od apoptozy czyli śmierci zaprogramowanej jest śmiercią komórki niejako z przypadku, gdy zadziałają bardzo silne czynniki uszkadzające tj. wysoka temperatura, toksyny oraz urazy mechaniczne – zgniecenie lub rozerwanie. Objawia się przede wszystkim obrzękiem komórki i przerwaniem ciągłości błony komórkowej, czego konsekwencja jest wywołanie reakcji zapalnej (ryc. 2.14). Inhibitorami apoptozy występującymi w komórce są białka IAP (ang. inhibitors of apoptosis) do których należy białko surwiwina blokująca aktywność niektórych kaspaz.

2.7.5. PROCES STARZENIA SI  ORGANIZMU NA POZIOMIE KOM”RKOWYM Biologiczne starzenie się organizmu wielokomórkowego jakim jest organizm człowieka przebiega na różnych poziomach jego budowy; na poziomie molekularnym, komórkowym i narządowym. Charakter zmian, jakie zachodzą w komórkach zależy od tego do jakiego rodzaju populacji komórkowych dana komórka należy. Podstawowym kryterium różnicowania populacji komórkowych w organizmie dojrzałym jest to czy zachowaną mają one zdolność do podlegania podziałom, tzn. czy populacja ma zdolność do proliferacji czy nie. Populacje, które w organizmie dojrzałym mają zdolność do proliferacji to populacje określane jako odnawiające się. Przykładem takiej populacji komórkowej jest krew, której komórki stale, chociaż w różnym tempie, są wymieniane przez całe życie osobni-

60

Rozdział 2

ka. Czas życia tych komórek jest znacznie krótszy niż życie osobnika. Po osiągnięciu terminalnego stopnia zróżnicowania, po spełnieniu swojej funkcji, niekiedy zaledwie po kilku dniach ulegają apoptozie. Zmiany jakie w nich zachodzą nie są związane z ich starzeniem się a z procesem różnicowania zaprogramowanym genetycznie. Jednak w populacjach odnawiających się są komórki, które przez całe życie osobnika zachowują stale ten sam stopień zróżnicowania, to komórki macierzyste. Dzieląc się asymetrycznie na komórkę o fenotypie komórki macierzystej oraz komórkę, która w kolejnych podziałach ulega różnicowaniu dostarczając swojej populacji nowych zróżnicowanych komórek. W ten sposób zachowana zostaje pula niezróżnicowanych komórek macierzystych, będących źródłem nowych klonów komórkowych a jednocześnie pula komórek różnicujących się i zróżnicowanych utrzymywana jest na stałym poziomie. O ile komórki zróżnicowane żyją zbyt krótko aby się zestarzeć to komórki macierzyste z których się wywodzą mają na to dosyć czasu. Przede wszystkim zmiany związane ze starzeniem się mogłyby dotyczyć ich zdolności proliferacyjnych, tym bardziej, że jak wykazano komórki pobrane z organizmu i hodowane in vitro mogą dzielić się tylko ograniczoną ilość razy. Nazwano to starzeniem replikacyjnym, gdyż elementem tego zjawiska jest zahamowanie replikacji DNA w cyklu komórkowym. Dochodzi do tego, ponieważ w kolejnych cyklach podziałowych komórek np. fibroblastów następuje skracanie się końcowych części łańcuchów DNA tworzących chromosomy, czyli tzw. telomerów. Skracanie telomerów nie następuje gdy w komórce jest aktywny kompleks zwany telomerazą. Jedynie komórki macierzyste, w organizmie dojrzałym posiadają ten kompleks, przez co nie podlegają starzeniu replikacyjnemu. Zaburzenia w proliferacji populacji odnawiających się, obserwowane w okresie starości związane są z procesami patologicznymi a nie wynikają bezpośrednio z procesu starzenia się. Komórki należące do populacji nie proliferujących w organizmie człowieka po urodzeniu, nazywane stabilnymi lub post-mitotycznymi, w przeciwieństwie do należących do populacji odnawiających się, poza komórkami macierzystymi, mają szansę życia tak długo jak i cały organizm. Stwarza to możliwość podlegania procesowi starzenia się. Jednak nie musi do tego dochodzić gdyż żywa komórka ma zdolność do samonaprawy, pod warunkiem, że jej genom nie ulegnie uszkodzeniu w rejonach, które kodują mechanizmy naprawcze. Jeśli liczba nie naprawionych zmian osiągnie pewien poziom komórka ulega eliminacji przez apoptozę. Populacje stabilne tworzą komórki o szczególnym znaczeniu dla funkcji i przeżycia organizmu. Są to komórki nerwowe oraz mięśniowe, w tym i komórki mięśnia sercowego. Ubytek z wiekiem neuronów tworzących OUN ma wpływ na funkcję tego narządu zależnie od tego jakiej jego części dotyczy. Kora mózgowa dysponuje tak wielką liczba neuronów, że ich ubytek z wiekiem nie wydaje się mieć istotnego wpływu na jej funkcję, tym bardziej, że jak wykazano ostatnio charakteryzuje się ona znaczną plastycznością funkcjonalną. Natomiast gdy dotyczy ośrodków podkorowych, tj. istoty czarnej – to ubytek neuronów dopaminowych, dominujących w tej strukturze, gdy dodatkowo nałożą się na to zmiany patologiczne, może dochodzić do schorzenia częstego w wieku podeszłym w postaci choroby Parkinsona. Jednak zmiany jakie zachodzą w komórkach organizmu w procesie starzenia się nie mają charakteru patologicznego, natomiast stanowić mogą podłoże ułatwiające wystąpienie takich zmian.

3

RECEPTORY

Aby system przekazywania sygnałów spełniał swoją rolę, sygnały muszą docierać do odpowiedniego odbiorcy, a jego reakcja powinna być właściwa. Decyduje o tym specyficzna struktura, z jednej strony substancji przekaźnikowej (sygnałowej) np. hormonu, a z drugiej strony jego receptora. Substancję wiążącą się z receptorem nazywamy ogólnie ligandem. Ligandy mogą być pochodzenia endogennego (hormony, neurotransmitery) lub egzogennego (leki, toksyny bakteryjne). Z punktu widzenia farmakologicznego ligandy dzielimy na agonistów – ligandy wiążące się z receptorem i wywołujące reakcję komórki oraz antagonistów – ligandy wiążące się z receptorem ale nie wywołujące reakcji, będące więc blokerami receptorów. Odbieranie sygnałów, będących substancjami chemicznymi, przez komórki odbywa się za pomocą receptorów. Mogą to być receptory błonowe znajdujące się na powierzchni komórki (plazmolemy) lub wewnątrz komórki jako receptory wewnątrzkomórkowe (tabela 3.1). Poprzez receptory wewnątrzkomórkowe działają hormony steroidowe

Tabela 3.1. Receptory komórkowe Lokalizacja

Typ

Struktura

Ligandy

jonotropowe

kanały błonowe

acetylocholina, glutaminian, glicyna, GABA

pojedynczy łańcuch poli– peptydowy z siedmioma domenami hydrofobowymi

noradrenalina, adrenalina, hormony peptydowe

pojedynczy łańcuch poli– peptydowy z jedną domeną hydrofobową

czynniki wzrostu

błona komórkowa

metabotropowe

cztery łańcuchy polipepty– dowe połączone mostkami siarczkowymi (heterotetramer) wnętrze komórki białko

insulina

hormony steroidowe, hormony tarczycy, 1,25 dihydroksychole– kalcyferol (aktywna postać witaminy D3)

62

Rozdział 3

i hormony tarczycy. Natomiast przez receptory błonowe działają przede wszystkim hormony peptydowe. Masa cząsteczkowa tych receptorów jest rzędu 20–300 kDa. Jeśli chodzi o ich naturę chemiczną to są one glikoproteidami np. receptory insuliny, gonadotropiny i acetylocholiny lub lipoproteidami np. receptory dla ACTH i glukagonu. Gangliozydy stanowić mogą część receptora, np. w receptorze dla TSH i gonadotropin. Liczba receptorów błonowych na powierzchni komórki wynosi 1.000–10.000 i zależy od jej stanu czynnościowego. Mogą one być rozproszone lub skupione w jednej części komórki. Obecność ich wykazywano także na błonach wewnątrzkomórkowych, co wiąże się z ich wewnątrzkomórkowym powstawaniem i transportem. Mogą także być wprowadzone do wnętrza komórki przez wpuklanie się błony komórkowej (plazmolemy), co nazywane jest ich internalizacją. Jest to jeden z mechanizmów zmniejszania liczby receptorów na powierzchni komórk, a przez to obniżanie działania czynnika stymulującego na komórkę (ang. down–regulation). Wiązanie się receptora z ligandem, jego częścią zwaną adresem, ma odbywać się na zasadzie dopasowania „klucz – zamek” lub jak uważają niektórzy, na zasadzie „zamka błyskawicznego” – wstępne połączenie ma powodować zmianę konformacji umożliwiającą wzajemne dopasowanie się. Odpowiedź czynnościowa komórki zależy od liczby receptorów związanych z ligandem. Zależność ta jest różna dla różnych rodzajów komórek. W jednym przypadku dla uzyskania maksymalnej odpowiedzi konieczne jest związanie wszystkich receptorów, w innym tylko ich części. Natomiast dla wystąpienia reakcji, nawet minimalnej, może być konieczne związanie określonej liczby receptorów, mówimy wtedy o tzw. frakcji progowej. Zasadnicze znaczenie dla działania określonych hormonów ma rozmieszczenie swoistych dla nich receptorów na komórkach tworzących narządy. Ich rozmieszczenie decyduje o tym czy dany narząd jest docelowym dla hormonu, czy nie, przy czym rozmieszczenie receptorów w narządzie nie musi być równomierne i niezmienne; np. liczba receptorów dla adrenaliny może ulegać zmianie pod wpływem działania różnych czynników hormonalnych zwiększają ją estrogeny (ang. up–regulation) a zmniejsza progesteron (down–regulation). Obok zmiany liczby receptorów, także ich powinowactwo do liganda może ulegać zmianie. Czynnikiem wpływającym na powinowactwo może być stan fizyko-chemiczny fosfolipidów błony komórkowej, stężenie liganda oraz kooperacja z innymi receptorami.

3.1. RECEPTORY B£ONOWE Receptory błonowe ze względu na mechanizm działania dzielimy na: I typu: zwane receptorami jonotropowymi; II typu: zwane receptorami metabotropowymi. Receptory typu I regulują w sposób bezpośredni przepuszczalność określonych kanałów jonowych dla określonego rodzaju jonów. Utworzone są zwykle z kilku podjednostek białkowych tworzących kanał w poprzek błony komórkowej, przy czym na jednej lub dwóch podjednostkach znajduje się miejsce wiążące liganda. Związanie się liganda

Receptory

63

Tabela 3.2. Drugie przekaźniki układów transdukcji Rodzaj drugiego przekaźnika

Pochodzenie

Efekt działania

Mechanizm regulacji

cAMP

z ATP pod wpływem cyklazy adenilanowej

aktywowanie kinazy A

hydroliza przez fosfodiesterazę

DAG

z PIP2 pod wpływem fosfolipazy C

aktywowanie kinazy C

włączenie w cykl fosfatydyloinozytoli błony komórkowej

wzrost stężenia Ca2+

IP3

z PIP2 pod wpływem fosfolipazy C

włączenie w cykl fosfatydyloinozytoli błony komórkowej

z przestrzeni pozakomórkowej przez kanały wapniowe

bezpośrednio przez aktywowanie enzymów pośrednio za pomocą kalmoduliny

usuwanie z cytosolu przez pompę wapniową

Ca2+

z receptorem otwiera kanał jonowy np. dla jonów sodowych. Przez otwarty kanał jony wnikają do wnętrza komórki zgodnie z gradientem stężeń i zmieniają potencjał błony. Takim receptorem jest np. receptor dla acetylocholiny (cholinergiczny). Otwieranie lub zamykanie kanału jonowego zwane bramkowaniem (ang. gating) może być regulowane przez wiązanie liganda – bramkowanie ligandem lub przez zmianę potencjału błony – bramkowanie napięciem. Ten drugi mechanizm regulacji występuje w kanałach błonowych komórek nerwowych. Receptory typu II są składnikiem układów znacznie bardziej skomplikowanych. Wiązanie liganda przez receptor tego typu zapoczątkuje łańcuch procesów, które prowadzą do wystąpienia określonego rodzaju reakcji komórkowej. Ten właśnie łańcuch nazywamy układem transdukcji, czyli przenoszenia sygnału od błony komórkowej, do której dotarł w postaci liganda, do właściwych struktur komórkowych. W układzie transdukcji wyróżnia się dwie zasadnicze części: receptorową i efektorową. Część efektorowa może albo bezpośrednio oddziaływać na białka enzymatyczne komórki np. przez ich fosforylację albo przez tworzenie związków chemicznych pośredniczących w tym oddziaływaniu, nazywanych drugimi sygnałami lub przekaźnikami (ang. second messenger) (tabela 3.2).

3.2. UK£ADY TRANSDUKCJI SYGNA£U Zwykle układy transdukcji są trzy lub wieloskładnikowe. Znane są jednak także jednoskładnikowe układy transdukcji, w których, podobnie jak w receptorach jonotropowych, część receptorowa jest strukturalnie związana z częścią efektorową (tabela 3.3).

Wielo– skład– pojedynczy nikowy łańcuch polipepty– dowy

pojedynczy łańcuch polipepty– dowy

glikoproteina – heterote –tramer

glikoproteid Jedno– – monomer skład– nikowy

glikoproteina związana z białkami kanałowymi

Rodzaj Receptor układu

m.in. glukagon, kate– cholaminy (receptory β1 i hamowanie – receptor β2), prosta– glandyny, wazopresyna (receptor V2)

antygeny, endotelina, noradrenalina (rece– ptory α1), acetylocho– lina (receptory M1, M2), wazopresyna (receptory V1), histamina (receptory H1) wydzielanie amylazy

Gp

insulina

czynnki wzrostu

zmiana potencjału, neurotransmitery m.in. acetylocholina

Czynniki wywołujące

Gs : Gi

–

–

–

Białko sprzęgające

Tabela 3.3. Komórkowe układy transdukcji sygnału

fosfolipaza C

cyklaza adenilanowa

kinaza tyrozynowa

wewnątrz cytoplazma– tyczna część łańcucha polipeptydowego o właściwościach kinazy tyrozynowej

kanał błonowy

Część efektorowa

hydroliza PIP2 – produkcja DAG i IP3

synteza cAMP

fosforylacja reszt tyrozyny

autofosfory– lacja i fosfory– lacja reszt tyrozyny

otwieranie i zamykanie (bramkowanie) kanału

Mechanizm działania

aktywowanie kinazy C (DAG), wzrost stężenia wapnia(IP3)

aktywowanie kinaz prote– inowych A

aktywowanie enzymów

aktywowanie enzymów

wzrost wewnętrznego stężenia jonów sodu, jonów wapnia

Efekt komórkowy

aktywacja limfocytów B i T, skurcz m. gładkiej, wydzielanie kalecho– lamin, aldosteronu, surfaktantu, hista– miny (k. tuczne),

glikogenoliza glikogenogeneza, lipoliza, fosforylacja histonów

zwiększone wychwy– tywanie glikozy przez wątrobę i mięśnie glikogenogeneza, synteza białek, hamowanie lipolizy

wzrost i proliferacja komórek

depolaryzacja błony komórkowej, egzocytoza

Efekt czynnościowy

64 Rozdział 3

Receptory

65

3.2.1. JEDNOSK£ADNIKOWE UK£ADY TRANSDUKCJI Układy takie może tworzyć pojedynczy łańcuch polipeptydowy, którego część zewnątrzkomórkowa (ektodomena) ma właściwości receptorowe i przez część śródbłonową łączy się z częścią cytoplazmatyczną (endodomena). Część cytoplazmatyczna to jednocześnie część efektorowa mająca właściwości kinazy białkowej. Ponieważ kinaza ta katalizuje fosforylację reszt tyrozynowych białek enzymatycznych nazywana jest tyrozynowo specyficzną kinazą białkową lub poprostu kinazą tyrozynową (ryc. 3.1). Układ jedcząsteczka sygnałowa w formie dimeru PRZESTRZEŃ ZEWNĄTRZKOMÓRKOWA domena kinazy tyrozynowej NIEAKTYWNA receptorowa kinaza wystymulowana tyrozynowa 1 aktywność kinazowa

błona komórkowa (P) AKTYWNA

2

receptorowa kinaza tyrozynowa

(W) AKTYWNA DALSZE PRZEKAZANIE SYGNAŁU DO WNĘTRZA KOMÓRKI

3

Ryc. 3.1. Aktywacja receptorowej kinazy tyrozynowej i utworzenie wewnątrzkomórkowego kompleksu sygnalizacyjnego: (P) – ufosforylowana reszta tyrozyny; (W) – wewnątrzkomórkowe białka sygnalizacyjne związane z ufosforylowanymi resztami tyrozyn. 1 – wiązanie liganda prowadzące do dimeryzacji receptora; 2 – autofosforylacja; 3 – wiązanie białek sygnalizacyjnych.

noskładnikowy może być tworzony nie tylko przez pojedyńczy łańcuch polipeptydowy (monomer), ale także przez cztery łańcuchy (heterotetramer) połączone mostkami dwusiarczkowymi. Taką budowę ma układ transdukcji, z którym związany jest receptor dla insuliny. Dwa łańcuchy (alfa) tworzą ektodomenę a więc część receptorową, natomiast dwa pozostałe (beta) tylko nieznacznie wystające ponad powierzchnię błony, znajdują się śródbłonowo oraz tworzą endodomenę posiadającą właściwości kinazy tyrozynowej, a więc stanowią część efektorową układu.

3.2.2. WIELOSK£ADNIKOWE UK£ADY TRANSDUKCJI Wspólną cechą układów wieloskładnikowych jest obecność błonowego białka sprzęgającego czynnościowo część receptorową układu z jego częścią efektorową. Białko sprzęgające nazywane jest białkiem G gdyż wiąże ono nukleotyd guanylowy. Szczególnie dobrze poznano budowę i funkcjonowanie tego białka w układach, których część efektorową stanowi enzym – cyklaza adenylanowa.

66

Rozdział 3

Ryc. 3.2. Układ transdukcji sygnału działający poprzez cyklazę adenylanową. G – białko błonowe G, E – cyklaza adenylanowa, E* – cyklaza adenylanowa aktywowana. Dalsze objaśnienia w tekście.

Ryc. 3.3. Układ transdukcji sygnału działający poprzez fosfolopazę C. Gp – białko błonowe G działające poprzez fosfolipazę C, E – fosfolipaza C, E* – aktywowana fosfolipaza C. Dalsze objaśnienia w tekście.

Receptory

67

3.2.3. UK£AD TRANSDUKCJI DZIA£AJ•CY POPRZEZ CYKLAZ  ADENYLANOW• Receptor w tego typu układzie ma postać pojedyńczego łańcucha polipeptydowego zawierającego siedem domen hydrofobowych, dzięki czemu siedmiokrotnie przenika błonę komórkową. Może przemieszczać się w płaszczyżnie błony, może także ulegać internalizacji co ma znaczenie regulacyjne. Związanie się receptora ze swoistym dla niego ligandem powoduje (ryc. 3.2), że powstały kompleks receptor–ligand może wiązać się z białkiem błonowym G, które podobnie jak receptor może się swobodnie przemieszczać w płaszczyźnie błony komórkowej. Białko G występuje w tym układzie w dwóch postaciach, jako stymulujące cyklazę adenylanową – Gs lub jako hamujące ten enzym – Gi. Oba rodzaje białka G są heterotrimerami. Tworzą je podjednostki alfa, beta i gamma. Podjednostka alfa, największa (40–52 kDa), jest swoista dla danego receptora, a więc i liganda, i ona właśnie ma zdolność wiązania nukleotydu guanylowego. Natomiast podjednostki beta (35 kDa) i gamma (5 kDa) są, jak się uważa, identyczne nie tylko dla różnych receptorów, ale także w białkach Gs i Gi. W formie nieaktywnej białko G związane jest z GDP. Gdy jednak zetknie się z kompleksem receptor–ligand ulega aktywowaniu poprzez wymianę GDP na GTP. Następnym etapem, wymagającym obecności jonów magnezu, jest odłączenie się podjednostek beta i gamma a połączenie podjednostki alfa–GTP z cyklazą adenylanową (efektor), co prowadzi do aktywowania tego enzymu i powstania cząsteczek cAMP z ATP. Następujące potem odłączenie reszty fosforanowej (Pi) od GTP powoduje, że białko G, a właściwie jego podjednostka alfa przechodzi w formę nieaktywną alfa–GDP. Odłącza się od niej enzym – cyklaza adenylanowa, a przyłączają podjednostki beta i gamma, przez co białko G przyjmuje formę wyjściową. Tak więc opisane procesy mają charakter cykliczny a zapoczątkowuje je związanie liganda z receptorem. Produktem tego cyklicznego procesu jest cAMP, który pełni rolę drugiego przekaźnika dzięki zdolności do aktywowania fosfotransferaz proteinowych nazywanych kinazami A. Kinazy te odgrywają zasadniczą rolę w regulowaniu metabolizmu komórki gdyż przez fosforylację zmieniają aktywność enzymów. Ważną właściwością układów transdukcji jest możliwość wzmacniania sygnału docierającego do komórki. W odniesieniu do omawianego układu polega to na tym, że jedna cząsteczka cyklazy adenylanowej może wytwarzać wiele cząsteczek cAMP a aktywowana przez jedną cząsteczkę cAMP kinaza może fosforylować wiele cząsteczek enzymu. Tak więc wzmocnienie jest na przynajmniej dwóch poziomach. Podobnie regulacja odbywać się może na dwóch różnych poziomach. Na pierwszym poziomie czynnikiem regulacyjnym jest enzym hydrolizujący cAMP – fosfodiesteraza cAMP, a na drugim fosfatazy fosfoproteinowe, powodujące przez defosforylację przejście form aktywnych enzymów w nieaktywne.

3.2.4. UK£AD TRANSDUKCJI DZIA£AJACY POPRZEZ FOSFOLIPAZ  C Również i w tym układzie transdukcji działa białko sprzęgające określane jako Gp (ryc. 3.3). Natomiast efektorem jest w tym układzie enzym – fosfolipaza C, dla którego

68

Rozdział 3

substratem jest dwufosforan fosfatydyloinozytolu (PIP2). Efektem działania fosfolipazy C na substrat jest powstanie diacyloglicerolu (DAG) oraz trójfosforanu inozytolu (IP3). Oba te związki pełnią w omawianym układzie transdukcji rolę drugich przekażników, przy czym mechanizm ich działania jest różny. DAG powoduje aktywowanie kinazy białkowej C, natomiast IP3 powoduje wzrost stężenia jonów wapniowych w cytosolu przez uruchomienie ich magazynów komórkowych (SER). Kinaza białkowa C, na którą działa DAG, w formie nieaktywnej występuje w macierzy cytoplazmy, natomiast aktywowana przez DAG w obecności jonów magnezowych wiąże się z błoną komórkową. Kinaza białkowa C, której m.cz. określana jest na około 80 kDa występuje w kilku formach. Z pośród nich najbardziej poznaną jest forma gamma występująca w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN) oraz forma beta występująca w limfocytach. Właśnie poprzez układ transdukcji, którego efektorem jest fosfolipaza C działają aktywująco na limfocyty B i T antygeny. Ponadto, układ ten poprzez kinazę białkową C uczestniczy w regulowaniu wydzielania katecholamin przez rdzeń, a aldosteronu przez korę nadnerczy. Również w regulowaniu wydzielania hormonów przysadki, tj. STH, TSH, LH, LTH oraz surfaktantu przez komórki pęcherzyków płucnych uczestniczy kinaza białkowa C. Drugi związek pełniący rolę drugiego przekaźnika w tym układzie – IP3 powoduje, jak już wspomniano, wzrost stężenia jonów wapnia w cytoplazmie.

3.2.5. ROLA JON”W WAPNIOWYCH W REGULOWANIU FUNKCJI KOM”RKI Jony wapnia odgrywają niezwykle ważną rolę w regulowaniu metabolizmu komórki. Mogą wpływać na aktywność enzymów bezpośrednio przez wiązanie się z białkiem enzymatycznym i tak się dzieje w odniesieniu do niektórych enzymów mitochondrialnych (dehydrogenazy) jak i enzymów występujących w cytosolu (proteinazy cysteinowe – kalpainy). Działają także na białka enzymatyczne pośrednio poprzez białka wiążące jony wapnia, które to białka wiążące w wyniku tworzenia kompleksów z wapniem uzyskują zdolność aktywowania enzymów. Takim białkiem jest kalmodulina, której cząsteczka wiąże cztery jony wapnia. Za pośrednictwem kalmoduliny działa trójfosforan inozytolu (IP3). W tym wypadku jony wapnia pełnią rolę jakby trzeciego przekaźnika. Jony wapnia za pośrednictwem kalmoduliny wpływają na metabolizm cyklicznych nukleotydów, fosforylację i defosforylację białek, metabolizm glikogenu, skurcz komórek mięśniówki gładkiej i niemięśniowych, powstawanie mikrotubul oraz wydzielanie komórkowe. Jednak wzrost stężenia Ca++ w cytoplazmie może następować nie tylko poprzez uruchomienie z magazynów komórkowych (SER, mitochondria), ale także z przestrzeni pozakomórkowej przy udziale kanałów wapniowych. Mechanizm ten wykorzystuje znaczny gradient stężenia jonów wapnia pomiędzy płynem zewnątrzkomórkowym i macierzą cytoplazmy (10–4/10–7 mola/l). Dzięki temu otwarcie kanału wapniowego powoduje szybki napływ jonów wapnia do wnętrza komórki. W tym wypadku jony wapnia pełnią rolę drugiego przekaźnika (tabela 3.2).

Receptory

69

3.2.6. ROLA TLENKU AZOTU (NO) W REGULOWANIU FUNKCJI KOM”RKI Tlenek azotu powstaje w wyniku deaminacji argininy przy udziale enzymu – syntazy tlenku azotu (NOS, ang. nitric oxide synthase). Jako gaz NO łatwo przenika przez błonę komórkową. Jest bardzo nietrwały (czas trwania kilka sekund), ale po związaniu z hemem lub cysteiną może utrzymać się do kilku godzin. Aktywując cyklazę guanylanową indukuje syntezę cGMP, który zmniejsza stężenie Ca w komórce. W komórkach m. gładkiej naczyń krwionośnych i przewodów oddechowych prowadzi to do rozkurczu. Produkowany jest przez komórki śródbłonka naczyń pod wpływem różnych czynników, m.in. bradykininy, VIP. Dlatego NO znany jest również jako „śródbłonkowy czynnik rozkurczający m. gładkie naczyń krwionośnych” (EDRF, ang. endothelium derived relaxing factor). Tlenek azotu wytwarzany jest również przez granulocyty, działając przeciwbakteryjnie. W układzie nerwowym pełni NO rolę neuroprzekaźnika.

3.2.7. RECEPTORY WEWN•TRZKOM”RKOWE Niektóre hormony, do których należą hormony steroidowe i hormony tarczycy a także aktywna forma witaminy D3 dzięki właściwościom fizyko-chemicznym mogą przenikać przez błonę do wnętrza komórki gdzie wiążą się z receptorami. Receptory zlokalizowane są głównie w jądrze komórkowym a działanie kompleksu hormon–receptor polega na aktywowaniu odpowiednich genów.

estrogen

nieaktywny receptor estrogenu

błona komórkowa

receptor dimer

kostymulator

transkrypcja

Ryc. 3.4. Receptor wewnątrzkomórkowy dla estrogenu. Hormon dyfunduje przez błonę komórkową i wiąże się ze swoim receptorem w jądrze. Pod nieobecność hormonu receptor jest związany z białkiem Hsp90. Hormon wypiera Hsp90 z receptora, co umożliwia tworzenie dimeru receptora, który wiąże się z DNA, sprzęgając się z koaktywatorem – acetylotransferazą histonu (HAT), co w efekcie stymuluje transkrypcję docelowych genów.

TKANKA NAB£ONKOWA

4

W wyniku procesu różnicowania, głównie w okresie płodowym dochodzi do wyodrębnienia się w organizmie człowieka populacji komórek różniących się zarówno strukturą jak i funkcją. Zasadnicze populacje komórek wraz z substancją międzykomórkową nazywamy tkankami. Tak więc tkanka to zespół – populacja komórek posiadających wspólne istotne cechy strukturalne i funkcjonalne. Wyróżniamy 4 zasadnicze tkanki: nabłonkową, łączną, mięśniową i nerwową. Tkankę nabłonkową charakteryzuje ścisły układ komórek, przez co ilość substancji międzykomórkowej jest bardzo mała. Podstawowe funkcje tkanki nabłonkowej są następujące: 1) okrywająca; 2) absorbcyjna; 3) wydzielnicza; 4) zmysłowa. Wszystkie nabłonki poza zmysłowymi ulegają często bardzo szybkiej odnowie (nabłonek jelitowy – kilka dni, naskórek około 30 dni), a źródłem nowych komórek są komórki macierzyste nabłonka. Dzięki obecności tych komórek odnowa utrzymuje się przez całe, niekiedy bardzo długie, życie człowieka.

4.1. PODZIA£ NAB£ONK”W Nabłonki ze względu na ilość warstw komórek oraz ich kształt dzielimy na: I. jednowarstwowe (ryc. 4.1): a te ze względu na kształt komórek na: a) płaskie; b) sześcienne (kostkowe); c) walcowate; odmianą tego nabłonka jest nabłonek wielorzędowy. II. wielowarstwowe (2 lub więcej warstw, ryc. 4.2), ze względu na kształt komórek warstwy powierzchniowej dzielimy na: a) płaski – nierogowaciejący (np. jama ustna) i rogowaciejący (np. naskórek); b) sześcienny (np. gruczoł potowy); c) walcowaty (np. spojówki); d) przejściowy (np. drogi moczowe).

4.1.1. STRUKTURY POWIERZCHNIOWE NAB£ONK”W Cechą charakterystyczną komórek większości nabłonków jest zbiegunowanie, szczególnie wyraźnie widoczne w nabłonku jednowarstwowym walcowatym. Można wyróżnić

Tkanka nabłonkowa

A. Nabłonek jednowarstwowy płaski

71 B. Nabłonek jednowarstwowy sześcienny

nabłonek błona podstawna blaszka właściwa naczynie włosowate

naczynie włosowate

C. Nabłonek jednowarstwowy walcowaty listewki graniczne nabłonek błona podstawna blaszka właściwa

naczynie włosowate

Ryc. 4.1. Nabłonki jednowarstwowe.

A. Nabłonek wielowarstwowy płaski

B. Nabłonek przejściowy

nabłonek

błona podstawna blaszka właściwa

powierzchniowa warstwa (komórki baldaszkowe) błona podstawna blaszka właściwa

C. Nabłonek wielorzędowy urzęsiony śluz

rzęski listewka graniczna komórka nabłonkowa komórki kubkowe komórka podstawna błona podstawna blaszka właściwa

Ryc. 4.2. Nabłonki wielowarstwowe i wielorzędowy.

72

Rozdział 4

część szczytową zwróconą do światła wyściełanego przez nabłonek oraz podstawę komórki, a także ściany boczne. Błona komórkowa pokrywająca część szczytową może tworzyć specyficzne struktury: a) mikrokosmki – pokryte glikokaliksem, widoczne w ME. W MŚ widoczne jako drobne prążkowanie na powierzchni nabłonka, określane jako rąbek prążkowany (nabłonek jelita) lub rąbek szczoteczkowy (nabłonek kanalików nerki); b) stereocilia – znacznie dłuższe od mikrokosmków, zbliżone długością do rzęsek (migawek), ale różniące się od nich wewnętrzną strukturą oraz brakiem zdolności do ruchu; c) rzęski – migawki mają długość 5–10 mm oraz średnicę 0,2 mm. Na przekroju poprzecznym wewnątrz migawki widać w środku, parę mikrotubul oraz na obwodzie 9 par mikrotubul. Układ mikrotubul w rzęskach i migawkach nazywany jest aksonemą. Mikrotubule u podstawy migawki związane są z ciałkiem podstawowym, które ma strukturę analogiczną do centrioli. Migawki wykonują falowe, skoordynowane ruchy, a źródłem energii jest ATP.

4.1.2. PO£•CZENIA MI DZYKOM”RKOWE Na ścianach bocznych komórek nabłonka można zobaczyć (w ME) struktury (ryc. 4.5), które mają za zadanie: 1) uszczelnienie nabłonka; 2) wzmocnienie więzi między komórkami; 3) komunikację między cytoplazmami sąsiednich komórek. Funkcję (1) pełnią: obwódka zamykająca (zonula occludens) opasująca komórki blisko części szczytowej. Funkcję (2) pełnią: desmosomy pasmowe (zonula adherens), zwykle opasujące komórkę pod obwódką zamykającą. Obie te struktury widoczne w MŚ nazywano listewką graniczną; desmosomy dyskowe (macula adherens), plamki zwarcia (macula occludens). Funkcję (3) pełnią: połączenia szczelinowe (nexus) (ryc. 4.3); białka integralne sąsiadujących błon na ograniczonym obszarze tworzą kanały zbudowane z 6 podjednostek, zwanych koneksonami. Przez kanały te mogą przenikać jony i cząstki o masie do 1.000 daltonów. Zapewniają one przez to sprzężenie metaboliczne i elektryczne komórek i nabłonka. Istnienie połączeń międzykomórkowych, szczególnie uszczelniających, ogranicza ruchomość białek błony i podkreśla jednocześnie biegunowość komórki, przez podział błony komórkowej na strefy „górną” i „dolną” – przypodstawną. Podstawa komórek w nabłonkach jednowarstwowych oraz dolnej warstwy nabłonków wielowarstwowych opiera się o błonę podstawną (ryc. 4.4). Bezpośrednio pod komórkami nabłonka znajduje się warstwa zawierająca glikoproteid nazywany lamininą oraz cieniutkie włókienka zbudowane z kolagenu typu IV. Warstwa ta ma zmienną grubość 50– 80 nm i nie stanowi bariery dla większości substancji. Właśnie poprzez błonę podstawną odżywiane są komórki nabłonka, a źródłem substancji odżywczych są naczynia znajdu-

Tkanka nabłonkowa A. Schemat budowy

73

B. Preparat freeze-etching, mikroskop elektronowo-skaningowy

C. Obraz w ME

Ryc. 4.3. Połączenia szczelinowate (nexus).

podocyt laminina

półdesmosom blaszka gęsta błona podstawna

proteoglikan blaszka jasna

włókna kotwiczące

Ryc. 4.4. Dwa rodzaje błon podstawnych.

mikrofibryle blaszka siateczkowa

Rozdział 4

74

1

2 3 4 5

6

B A

Ryc. 4.5. Rodzaje i struktura połączeń międzykomórkowych. Nabłonek jelitowy. A. 1 – mikrokosmki, 2 – obwódka zamykająca (zonula occludens), 3 – desmosom pasmowy (zonula adherans), 4 – tonofilamenty, 5 – desmosom (macula adherens), 6 – połączenie szczelinowe (nexus). B. Obraz nabłonka w MŚ. Na strzałkach listewka graniczna.

Tkanka nabłonkowa

75

jące się w podścielisku łącznotkankowym. Niekiedy pod opisaną warstwą znajduje się warstwa zawierająca włókienka siateczkowate (lamina reticularis).

4.2. GRUCZO£Y 4.2.1. BUDOWA GRUCZO£”W Wydzielanie jest funkcją wielu rodzajów nabłonków. Nagromadzenie komórek nabłonkowych wydzielniczych tworzy gruczoł. Ze względu na to gdzie trafia wydzielina gruczołu zaliczamy go do zewnątrzwydzielniczych gdy wydzielina trafia na powierzchnię nabłonka lub wewnątrzwydzielniczych gdy wydzielina trafia do krwi. Gruczoły wewnątrzwydzielnicze nie posiadają przewodów wyprowadzających. Ze względu na budowę dzielimy gruczoły zewnątrzwydzielnicze na: I. proste: część wyprowadzająca wydzielinę – pojedyncza, część produkująca – w postaci cewki lub pęcherzyka, pojedyncza lub rozgałęziona. II. złożone: część wyprowadzająca – rozgałęziona, podobnie rozbudowana część produkująca.

4.2.2. SPOSOBY WYDZIELANIA GRUCZO£”W A. Zależnie od sposobu uwalniania wydzieliny przez komórki wydzielnicze wyróżnia się następujące sposoby wydzielania: a. merokrynowe – dotyczy większości gruczołów. Wydzielina uwalniana jest droga egzocytozy, np. gruczoły potowe, ślinowe. b. apokrynowe – wydzielina zawarta w dużych wakuolach, oddziela się od komórki otoczona błoną komórkową, przez co następuje ubytek szczytu komórki, np. wydzielanie mleka (ryc. 25.7, str. 300). c. holokrynowe – cała komórka zamienia się w wydzielinę. Utratę komórek kompensuje stałe powstawanie nowych, dzięki obecności komórek macierzystych w nabłonku gruczołowym. Np. gruczoły łojowe skóry. B. Zależnie od tego gdzie trafia wydzielina gruczołu odróżniamy gruczoły zewnątrz wydzielnicze i wewnątrz wydzielnicze. W pierwszym przypadku wydzielina trafia do przewodów wyprowadzających gruczołu, a następnie np. na powierzchnię skóry lub do przewodu pokarmowego. W przypadku gruczołów wewnątrz wydzielniczych, zwanych także endokrynnymi, wydzielina trafia do krwioobiegu i rozprowadzana jest po całym organizmie. Gruczoł może być jednocześnie zewnątrz i wewnątrz wydzielniczym, np. wątroba.

TKANKA £•CZNA

5

Tkankę łączną spośród innych tkanek wyróżnia to, że zawiera ona stosunkowo dużo substancji międzykomórkowej. Czynnościowo pełni ona, zgodnie z nazwą, rolę łącznika innych tkanek, tworząc podścielisko nabłonków, błony otaczające nerwy, mięśnie, gruczoły, naczynia. Ponadto tworzy ona szkielet w postaci chrząstek i kości. Zasadnicze składniki tkanki łącznej to: komórki, włókna, substancja podstawowa. Zależnie od charakteru i stosunku ilościowego tych zasadniczych składników, co oczywiście rzutuje na ich odmienną funkcję, wyróżniamy następujące rodzaje tkanki łącznej: I. tkankę łączną włóknistą: – luźną – zbitą o utkaniu: – nieregularnym – regularnym; II. tkankę łączną wyspecjalizowaną: – tłuszczowa żółta i brunatna – siateczkowa – galaretowata; III. tkankę łączną szkieletową: – chrzęstna – kostna. Wszystkie te rodzaje tkanki łącznej wywodzą się z mezenchymy, która z kolei wywodzi się z środkowego listka zarodkowego mezodermy.

5.1. SUBSTANCJA PODSTAWOWA TKANKI £•CZNEJ Wszystkie morfotyczne, upostaciowane składniki tkanki łącznej – komórki i włókna zawieszone są w substancji podstawowej, która w MŚ ma charakter jednorodny, a w ME drobnoziarnisty. Zasadnicze składniki substancji podstawowej to proteoglikany i glikoproteidy (tabela 5.1). Proteoglikany (PG). Zbudowane są z białka i węglowodanów, jednak ich główny składnik to węglowodany (80–90%). Łańcuchy węglowodanowe są długie i linearne (nierozgałęzione), zbudowane z powtarzających się jednostek dwucukrów heksozamina + kwas uronowy; tego rodzaju węglowodany nazywamy glikozaminoglikanami (GAG). PG zawierają dużo estrowych grup siarczanowych. Glikoproteidy (GP). Podobnie jak PG zbudowane są z białka i węglowodanów, natomiast głównym ich składnikiem jest białko. Łańcuchy węglowodanowe, krótkie i roz-

Tkanka łączna

77

A. Agregan kwas hialuronowy

region bogaty w siarcza keratanu

B. Dekoryna

C. Serglicyna

D. Perlekan

E. Syndekan

miejsce bogate w leucynę

F. Glipikan KS (ser/thr) CS/DS (ser/gly) HS/Hep (ser/gly)

GPI

Ryc. 5.1. Budowa proteoglikanów. Rdzeń białkowy kolor czerwony i różowy.

Tabela 5.1. Właściwości proteoglikanów i glikoprotein. Proteoglikany

Glikoproteiny

1. Wysoka zawartość węglowodanów

1. Względnie niska zawartość węglowodanów

2. Łańcuchy węglowodanowe długie i linearne

2. Łańcuchy węglowodanowe krótkie i rozgałęzione

3. Łańcuchy węglowodanowe zbudowane z powtarzających się jednostek dwucukrowych: hexosamina (D-glukozamina lub D-galaktosamina) i kwas uronowy (D-glukuronowy lub L-iduronowy)

3. Łańcuchy nie tworzone są przez jednostki dwucukrowe. Brak kwasów uronowych

4. Rzadkie reszty fukozy, mannozy i kwasu sialowego

4. Częste reszty fukozy, mannozy i kwasu sialowego

5. Wysoka zawartość estrowych grup siarczanowych

5. Brak estrowych grup siarczanowych

gałęzione, nie są zbudowane z glikozaminoglikanów, w przeciwieństwie do proteoglikanów zawierają reszty fukozy, kwasu sialowego i mannozy, nie zawierają estrowych grup siarczanowych. Składnikiem proteoglikanów są, jak wyżej wspomniano, GAG, które jednak mogą, ale nie muszą wiązać się z białkiem tworząc właściwe PG. O właściwościach GAG decyduje skład dwucukru: czy heksozaminą jest glikoz- czy galaktozamina, a kwasem uronowym kwas glikuronowy czy iduronowy.

78

Rozdział 5

Najważniejsze GAG występujące w tkance łącznej to: 1. Kwas hialuronowy: uważa się, że nie wchodzi w skład PG. Występuje w tkance łącznej luźnej oraz w mniejszej ilości w innych rodzajach tkanki łącznej, jest też głównym składnikiem mazi stawowej. 2. Siarczan dermatanu (dawniej siarczan chondroityny B) wchodzi w skład PG występujących w skórze, ścięgnach, więzadłach, torebkach narządów miąższowych, błonach naczyń i nerwów. Wiąże się z kolagenem typu I. 3. Siarczan chondroityny (A i C): wchodzi w skład PG występujących w chrząstkach, wiąże się z kolagenem typu II. 4. Siarczan heparanu: wchodzi w skład PG występujących w narządach takich jak wątroba, śledziona oraz w mięśniach, błonach nerwów, wiąże się z kolagenem typu III. GAG wiążąc się z białkiem tworzą strukturę molekularną nazywaną podjednostką (monomerem), w której rdzeń stanowi białko a liczne łańcuchy GAG wiążące się prostopadle z rdzeniem, dają postać wyglądem zbliżoną do szczotki od butelek. Podjednostki PG (monomery) mogą, z kolei, rdzeniem białkowym wiązać się, przy udziale białka wiążącego, z długimi łańcuchami kwasu hialuronowego, tworząc razem tzw. agregaty PG. Agregaty te ze względu na liczne grupy hydroksylowe, karboksylowe i siarczanowe są silnie hydrofilowe i zachowują się jak polianiony. Mogą więc wiązać cząstki wody oraz kationy (np. jony Na). PG syntetyzowane są w RER, a podlegają glikozylacji częściowo w RER, a głównie w AG, gdzie również podlegają sulfonowaniu. Degradacja GAG jest szybka: dla kwasu hialuronowego 2–4 dni, dla GAG siarczanowych 7–10 dni. Zaburzenia funkcji lizosomów prowadzą do gromadzenia się PG w tkankach, co powoduje kilka różnych schorzeń. Glikoproteidy, które jak wspomniano, jako główny składnik zawierają białko, odgrywają istotną rolę w wiązaniu się komórek z włóknami tkanki łącznej. Ze skóry wyizolowano glikoproteid, który nazwano fibronektyną, z chrząstki chondronektynę a z błony podstawnej nabłonków, wspomnianą już wcześniej lamininę. Osteonektyna, izolowana z kości, wiąże kryształki hydroksyapatytu z kolagenem.

5.2. W£”KNA TKANKI £•CZNEJ Obok substancji podstawowej składnikiem substancji międzykomórkowej tkanki łącznej są włókna. Są to: 1. włókna kolagenowe (klejodajne); 2. włókna siateczkowe (retikulinowe, srebrochłonne); 3. włókna sprężyste (elastyczne). Podstawowym składnikiem włókien kolagenowych i siateczkowych są cząsteczki białka zwanego tropokolagenem. Każda cząstka tego białka zawiera 3 łańcuchy polipeptydowe zwane łańcuchami alfa. Znane są dwa typy łańcuchów alfa: alfa 1 i alfa 2. Przy czym alfa 1 – występuje w odmianach: alfa 1 (I), alfa 1 (II), alfa 1 (III), alfa 1 (IV). Łańcuchy te agregując w różnych kombinacjach dają 4 podstawowe rodzaje kolagenu: I, II, III, IV (tabela 5.2). Dla przykładu kolagen I to [2 x alfa 1 (I) + alfa 2]. Znanych jest kilkanaście rodzajów kolagenów. Najpowszechniej występujące w organizmie to:

Tkanka łączna

79

Tabela 5.2. Typy kolagenu Typ

Forma molekularna

I

[a1(I)]2a2(I)]

Lokalizacja

Właściwości

Powszechny. Większość kolagenu w kościach, ścięgnach, zębinie i skórze.

Niska zawartość hydroksylizyny (Hyl) i glikozylowanej Hyl. Tworzy wiązki dużej średnicy z włóknami prążkowanymi w ME.

I [a1(I)]3 (tri– mer)

Tkanki płodowe, nowotworowe i w stanie zapalnym.

Nie tworzy włókien.

II

[a1(II)]3

Chrząstka szklista, w jądrach miażdżystych kręgosłupa, ciałku szklistym oka.

Średnia zawartość Hyl i glikozylowanej Hyl. Wiązki małej średnicy z włóknami prążkowanymi w ME.

III

[a1(III)]3

Powszechny podobnie jak kolagen I, ale nieobecny w kościach i ścięgnach. Szczególnie dużo w skórze płodowej, gojących się ranach oraz w tkankach z dużą zawartością mięśni gładkich.

Łańcuchy połączone przez krzyżowe wiązania dwusiarczkowe, więcej niż 1/3 glicyny. Niska zawartość Hyl i glikozylowej Hyl. Tworzy wiązki o małej średnicy z włókien prążkowanych w ME (włókna siateczkowe).

IV

[a1(IV)a2(IV)]

Błony podstawne

Wysoka zawartość hydroksyproliny (Hyp). Bogaty w Hyl i glikozylowaną Hyl oraz duże reszty hydrofobowe. Łańcuchy połączone wiązaniami dwusiarczkowymi. Tworzy pilśń z włókien nieprążkowanych w ME.

Dość powszechny. Szczególnie dużo w owodni, kosmówce, mięśniach i pochewce ścięgien.

Wysoka zawartość Hyl i glikozylowanej Hyl. Niska zawartość alaniny. Tworzy cienkie pochewki okołokomórkowe.

[a1(IV)]3 [a2(IV)]3 V

[a1(V)2a2(V)] [a1(V)]3

Kolagen typu I – jest najszerzej rozpowszechniony, tworzy włókna stosunkowo grube, często tworzące pęczki, o różnej średnicy, zwane kolagenowymi, występuje: w skórze, kości, ścięgnach, chrząstce włóknistej, zębinie. Interakcja (słaba) z siarczanem dermatanu. Bardzo odporny na rozciąganie. Kolagen typu II – tworzy cienkie włókienka, wiążące się silnie z siarczanem chondroityny, występuje w chrząstce szklistej i sprężystej. Kolagen typu III – tworzy cienkie włókna, nazywane siateczkowymi wykazujące srebrochłonność; interakcja z siarczanem heparanu; tworzą siateczkę oplatającą komórki w mięśniówce gładkiej, w naczyniach, wątrobie, śledzionie, nerkach i płucach. Kolagen typu IV – nie tworzy włókienek ani włókien, występuje w błonie podstawnej nabłonków.

Rozdział 5

80

jądro

łańcuch α protokolagenu hydroksylacja reszt prolilowych i lizylowych glikozylacja

powstawanie prokolagenu z telopeptydami na końcach transport prokolagenu do aparatu Golgiego

centriole

pakowanie prokolagen do pęcherzyków wydzielniczych pęcherzyki wydzielnicze z prokolagenem

przestrzeń pozakomókowa

peptydaza prokolagenu

peptydaza prokolagenu

tropokolagen mikrotubule

układ włókienkowy wzmacniany przez tworzenie wiązań poprzecznych między tropokolagenem przy udziale oksydazy lizylowej Ryc. 5.2. Biosynteza kolagenu i tworzenie się włókien kolagenowych.

Tkanka łączna

81

Kolagen, który jest najpowszechniejszym rodzajem białka w organizmie, stanowi 30% jego suchej masy. Wykazuje on (bez względu na typ) wysoką zawartość trzech aminokwasów: glicyny (33,5%), proliny (12%) i hydroksyproliny (10%). Łącznie więc te 3 aminokwasy stanowią 55,5% aminokwasów tworzących kolagen. Ponieważ hydroksyprolina nie występuje w innych białkach organizmu, jej ilość w moczu może być miarą tempa rozpadu kolagenu. Jednostką, która polimeryzując tworzy włókienka a z nich włókna, jest wydłużona cząsteczka tropokolagenu, mająca 280 nm długości i 1,5 nm szerokości, tworzą ją 3 łańcuchy (alfa) polipeptydowe. Tworzenie tropokolagenu, a z niego włókienek i włókien jest procesem złożonym i wieloetapowym. I. Synteza łańcuchów alfa – protokolagenu rozpoczyna się na polisomach związanych z RER. II. Wewnątrz cystern, gdy jeszcze łańcuch polipeptydowy związany jest z rybosomem zachodzi proces hydroksylacji proliny i lizyny przy udziale swoistych enzymów: prolinowej i lizynowej peptydylowej hydroksylazy. Kofaktorem jest witamina C, a jej brak powoduje zaburzenia w powstawaniu kolagenu (szkorbut). III. Glikozylacja hydroksylizyny w protokolagenie w RER. IV. Powstanie prokolagenu przy udziale telopeptydów. Telopeptydy to sekwencje (nie helikalne) na obu końcach protokolagenu (łańcucha alfa), które umożliwiają łączenie się 3 łańcuchów alfa protokolagenu i powstanie w ten sposób prokolagenu. V. Transport prokolagenu do AG. VI. Wydalanie prokolagenu z komórki drogą egzocytozy. VII. Pozakomórkowo pod wpływem enzymów proteolitycznych zwanych peptydazami prokolagenu, które odcinają z obu końców telopeptydy, z prokolagenu powstaje tropokolagen. VIII. W wypadku kolagenu typu I i III następuje spontaniczna agregacja (być może z udziałem PG i GP) tropokolagenu i dochodzi do powstania włókienek. Struktura włókienka jest wzmocniona przez powstające między cząsteczkami tropokolagenu wiązania kowalencyjne pomiędzy resztami lizyny przy udziale enzymu oksydazy lizylowej. Powstające włókienka mają średnicę 0,2–0,5 µm, a w wypadku kolagenu typu I powstają z nich włókna o średnicy 1–20 µm, które z kolei mogą tworzyć wiązki włókien. Natomiast kolagen typu III tworzy włókna zwane siateczkowymi (retikulinowymi) o średnicy 0,5–2 µm. Włókna te wiążą znacznie więcej glikoproteidów (6–12%) niż kolagenowe (1%). Dzięki temu dają dodatnią reakcję cytochemiczną (PAS) na polisacharydy. W ME zarówno włókna kolagenowe jak i siateczkowe wykazują prążkowanie o okresowości 64 nm. Jak wykazano, prążkowanie to, widoczne zarówno po pozytywnym jak i negatywnym barwieniu do ME jest wynikiem przesunięcia liniowego względem siebie leżących obok siebie cząsteczek tropokolagenu oraz tym, że między cząsteczkami leżącymi jedna za drugą istnieje odstęp. Trzeci rodzaj włókien tkanki łącznej, włókna sprężyste (elastyczne) nie wykazują w ME prążkowania. Zbudowane są z białka nazywanego elastyną. Podobnie jak kolagen wykazuje ona dużą zawartość glicyny i proliny, ale zawiera niezwykłe aminokwasy występujące jedynie w elastynie: desmozynę i izodesmozynę. Duża zawartość hydrofobowych aminokwasów jest przyczyną małej rozpuszczalności elastyny. Natomiast obecność desmozyny i izodesmozyny, które pełnią rolę wiązań krzyżowych wewnątrz i pomiędzy

Rozdział 5

82

łańcuchami polipeptydowymi zapewnia włóknom sprężystym znaczną rozciągliwość. W ME widać dwie składowe tworzące włókno rdzeń amorficzny (bezpostaciowy) otoczony mikrofibrylami o średnicy 10 nm. W MŚ wybarwiają się specjalnymi barwnikami (np. orceiną). Często tworzą sieci. Elastyna może tworzyć także błony. Składniki substancji podstawowej: proteoglikany i glikoproteidy oraz włókien: kolagen i elastyna wytwarzane są przez komórki tkanki łącznej. W tkance łącznej głównym producentem tych składników są fibroblasty. Kształt ich zależy w dużym stopniu od otoczenia w jakim się znajdują. Jądro zwykle duże, owalne o rozproszonej chromatynie i wyraźnym jąderku. Silnie rozbudowana RER i AG. Prezentuje więc cechy komórki aktywnej i przystosowanej do produkcji i sekrecji. Niezbyt często widać dzielące się komórki, ale pod wpływem stymulacji (gojenie się ran) mogą nawet intensywnie się dzielić, rosną też dobrze in vitro. W okresie zmniejszonej aktywności przyjmują postać fibrocytu. Wiązanie się komórek tkanki łącznej ze składnikami substancji międzykomórkowej, odbywa się przy pomocy białek receptorowych zwanych anchorynami. Anchoryny pośredniczą w wiązaniu się komórek z kolagenem oraz glikoproteinami tj. fibronektyna i laminina. Przy czym glikoproteiny mogą również pośredniczyć w wiązaniu się anchoryn z elementami włóknistymi substancji międzykomórkowej.

5.3. TKANKA £•CZNA W£”KNISTA LUèNA W tkance łącznej włóknistej luźnej obok fibroblastów występują także: histiocyty (makrofagi), komórki tuczne, komórki plazmatyczne oraz pojedyncze komórki tłuszczowe, oraz napływowe komórki krwi – granulocyty.

5.3.1. HISTIOCYTY Histiocyty należą do komórek wykazujących zdolność do fagocytozy przez co należą do makrofagów i wchodzą do układu fagocytów jednojądrzastych (tabela 5.3). Mają zdolTabela 5.3. Układ fagocytów jednojądrzastych Szpik kostny:

Krew obwodowa: Tkanki:

krwiotwórcza komórka macierzysta (KKM) monoblasty promonocyty monocyty makrofagi osiadłe monocyty histiocyty komórki gwiaździste (Browicza–Kupffera) makrofagi pęcherzykowe (komórki pyłowe) makrofagi wolne i osiadłe makrofagi opłucnowe i otrzewnowe mikroglej osteoklasty

– – – – – – –

tkanka łączna luźna wątroba płuca obwodowe narządy limfatyczne jamy surowicze tkanka nerwowa kości

Tkanka łączna

83

A. Tkanka łączna luźna. Komórki tuczne przy ścianie naczynia wybarwione błękitem toluidynowym. B. Elekronogram komórki tucznej. C. Rysunek komórki tucznej.

ziarna Ryc. 5.3. Komórki tuczne (mastocyty).

Tabela 5.4. Mediatory produkowane przez ludzkie komórki tuczne i granulocyty zasadochłonne. Mediator

Funkcja I. Gromadzone w ziarnach

Histamina

wzrost przepuszczalności naczyń i skurcz mięśni gładkich

Heparyna

działanie przeciwkrzepliwe oraz aktywowanie lipazy lipoproteinowej

Chymaza

degradacja składników tkanki łącznej

Czynnik chemotaktyczny dla eozynofilów

przyciąganie granulocytów kwasochłonnych

Beta–glukuronidaza

degradacja GAG tkanki łącznej II. Nie gromadzone w ziarnach

Pochodne kwasu arachidonowego: Leukotrieny

wzrost przepuszczalności ściany naczyń i powolny skurcz mięśni gładkich

Prostaglandyny

różne działania na naczynia, mięśnie

Czynnik aktywujący płytki krwi (PAF)

agregacja płytek oraz uwalnianie serotoniny

Produkty przemian tlenowych: nadtlenek wodoru, rodniki nadtlenkowe, rodniki wodorotlenowe

uszkadzanie tkanek

84

Rozdział 5

ność przemieszczania się i wydzielania substancji biologicznie czynnych, oraz enzymów hydrolitycznych, w tym kolagenazy i elastazy. Mogą więc trawić wewnątrzkomórkowo (endocytoza) jak i pozakomórkowo (przez sekrecję enzymów). Odgrywają ważną rolę w procesach odpornościowych w tkance łącznej a przez to i w całym organizmie. Cytologicznie wykazują cechy komórki aktywnej.

5.3.2. KOM”RKI TUCZNE (MASTOCYTY, LABROCYTY) Owalne komórki zawierające w cytoplazmie zasadochłonne ziarnistości. Ziarnistości te zawierają heparynę (siarczanowy GAG), histaminę, oraz inne biologicznie czynne substancje. Heparyna ma właściwości antykoagulacyjne – przeciwdziała krzepnięciu krwi, ma również właściwości lipolityczne. Histamina powoduje zwiększenie przepuszczalności naczyń (obrzęk) oraz skurcz mięśni gładkich. Pobudzone produkują i wydzielają pochodne kwasu arachidonowego: prostaglandyny, tromboksany i leukotrieny. Powierzchnia komórek tucznych posiada receptory dla przeciwciał klasy IgE, przez co komórki te uczestniczą w reakcjach alergicznych. Pojawienie się alergenu, który wiąże się swoiście z przeciwciałem IgE na powierzchni prowadzi do uwolnienia zawartości ziaren (degranulacja) komórek tucznych i wystąpienia miejscowej reakcji alergicznej (tabela 5.4).

5.3.3. KOM”RKI PLAZMATYCZNE Powstają drogą przekształcania się limfocytów B pod wpływem antygenu. Produkują przeciwciała, przy czym zawsze dana komórka produkuje jeden ich rodzaj. Jest to zwykle komórka owalna, z okrągłym jądrem, o dość zbitej chromatynie, ale znacznie rozbudowanym RER.

5.4. TKANKA £•CZNA W£”KNISTA ZBITA Charakteryzuje się znaczną ilością w substancji międzykomórkowej włókien, kolagenowych w zbitej nieregularnej oraz kolagenowych lub sprężystych w tkance zbitej regularnej. Tkanka zbita nieregularna charakteryzuje się nieregularnym, różnokierunkowym układem włókien. Występuje w skórze i torebkach różnych narządów. Tkanka zbita regularna – to uporządkowany, regularny układ włókien kolagenowych np. ścięgna oraz sprężystych np. więzadło karkowe. Układ włókien uwarunkowany jest kierunkiem (stałym) działania sił, w ścięgnie na linii między przyczepem kostnym a mięśniowym.

5.5. TKANKA £•CZNA WYSPECJALIZOWANA O ile w tkance łącznej właściwej substancja międzykomórkowa miała wyraźną przewagę nad komórkami, to tkanka łączna wyspecjalizowana ma raczej przewagę komórek.

Tkanka łączna

85

Tkanka tłuszczowa to głównie komórki tłuszczowe (adipocyty). Wyróżniamy tkankę tłuszczową żółtą i brunatną. W organizmie człowieka występuje głównie żółta, brunatna jedynie w okresie noworodkowym. Komórki tkanki tłuszczowej żółtej zawierają lipidy, głównie trójglicerydy, w postaci jednej wakuoli, powstającej w procesie lipogenezy z substratów jakimi są kwasy tłuszczowe i glicerol. Jądro zwykle jest odsunięte brzeżnie i spłaszczone, cytoplazma zawiera dość dużo mitochondriów. Komórki ułożone obok siebie otoczone są siateczką głównie włókien siateczkowych. Wnika do niej dużo naczyń, na których kończą się włókna nerwowe układu współczulnego. Komórki tłuszczowe wywodzą się z mezenchymy poprzez stadium lipoblastów. Uważa się, że ostateczna liczba komórek tłuszczowych ustala się w okresie poporodowym, ponieważ później komórki tłuszczowe nie dzielą się. Lipidy trafiają do komórek tkanki tłuszczowej z przewodu pokarmowego drogą krwi w formie chylomikronów a z wątroby jaki lipoproteiny. Są one rozkładane przez lipazę lipoproteinową w naczyniach włosowatych tkanki tłuszczowej. Kwasy tłuszczowe wnikają do komórek tłuszczowych gdzie są estryfikowane z glicerolem, w wyniku tego powstają trójglicerydy, które są gromadzone w cytoplazmie w formie nie obłonionych wakuoli. Gromadzenie lipidów w tkance tłuszczowej podlega regulacji hor-

tkanka tłuszczowa żółta

lipid IF – wimentynowe włókienko pośrednie

ziarno lipidowe

IF

ER

tkanka tłuszczowa brunatna

lipidy mitochondria

Ryc. 5.4. Komórki tkanki tłuszczowej żółtej i brunatnej.

86

Rozdział 5

monalnej. Istotną rolę odgrywa w tym polipeptyd produkowany przez komórki tłuszczowe – leptyna. Hamuje ona syntezę kwasów tłuszczowych i trójglicerydów. Jej wydzielanie jest pobudzane przez głodzenie a hamowane przez pobieranie pokarmu, dlatego nazywana jest także hormonem sytości. Działając na podwzgórze powoduje zmniejszenie wydzielania neuropeptydu Y, który pobudza łaknienie. Tkanka tłuszczowa brunatna u człowieka występuje głównie w okresie poporodowym, w kilku okolicach ciała – szyja, dolna część jamy brzusznej. Komórki tej tkanki zawierają tłuszcze w wielu wakuolach. Jądro znajduje się w centrum komórki, cytoplazma jest bardzo bogata w mitochondria. Tkanka tłuszczowa brunatna jest silnie unaczyniona, oraz unerwiona przez włókna układu współczulnego. Wyróżnicowuje się z mezenchymy, ale inaczej niż tkanka tłuszczowa żółta. Ma zdolność do ogrzewania przepływającej przez nią krwi, co ma znaczenie w okresie noworodkowym (rozkojarzenie oksydacyjnej fosforylacji, zamiast ATP – ciepło). Tkanka siateczkowata. Tworzą ją komórki rozgałęzione, łączące się wypustkami, wzmocnione leżącymi na nich włóknami siateczkowatymi. Ma więc postać luźnego, gąbczastego układu komórek. Stanowi zrąb tkanki krwiotwórczej, narządów chłonnych, błony śluzowej żołądka i jelit, przy czym jest zróżnicowana zależnie od lokalizacji, co zostanie omówione w ramach właściwego tematu.

5.6. TKANKA £•CZNA SZKIELETOWA 5.6.1. TKANKA CHRZ STNA Tkankę tą charakteryzuje twardość przy pewnej, nieraz wyraźnej sprężystości. Odgrywa istotną rolę w rozwoju kości, a w organizmie dojrzałym stanowi podporę dla tkanek miękkich, łączy części szkieletu, pokrywa powierzchnie stawowe. Chrząstki z wyjątkiem tych, które pokrywają powierzchnie stawowe oraz chrząstki włóknistej, otoczone są przez ochrzęstną (perichondrium). Jest to błona zbudowana z tkanki łącznej zbitej, zawierająca na granicy z chrząstką sieć naczyń oraz komórki, które mogą różnicować się w komórki chrzęstne. Wyróżniamy trzy rodzaje chrząstek: szklistą, sprężystą i włóknistą. Chrząstka szklista jest najczęściej występującą chrząstką. Znajduje się w ścianie górnych dróg oddechowych oraz oskrzeli, tworzy chrzęstne części żeber, pokrywa powierzchnie stawowe. W okresie płodowym tworzy tzw. modele chrzęstne przyszłych kości krótkich i długich, a w okresie wzrostu organizmu po urodzeniu płytki nasadowe warunkujące wzrost kości na długość. Substancja międzykomórkowa zawiera włókna zbudowane z kolagenu typu II, wykazujące prążkowanie w ME o okresowości 64 nm. Włókna te są niewidoczne w MŚ z powodu małej średnicy oraz podobnego współczynnika załamania światła jak substancja podstawowa. Włókna związane są z agregatami proteoglikanów. Agregaty te tworzą proteoglikany zawierające siarczan chondroityny oraz długie łańcuchy kwasu hialuronowego. Silny związek tych agregatów z włóknami decyduje o trwałości chrząstki. W substancji podstawowej występuje również glikoproteid – chondronektyna. Wewnątrz chrząstki, otoczone przez substancję międzykomórkową znajdują się, jak rodzynki w cieście, komórki chrzęstne – chondrocyty. Znajdują się one, pojedynczo lub po 2–3 (grupy izogeniczne), w jamkach chrzęstnych. Ściankę takiej jamki, a więc bezpo-

Tkanka łączna

87

średnie otoczenie komórki tworzy tzw. torebka chrzęstna, nie zawierająca włókien, bogata w glikozaminoglikany, co powoduje jej odmienną barwliwość niż reszta substancji międzykomórkowej. Komórki chrzęstne (chondrocyty) – produkują składniki substancji międzykomórkowej, a więc kolagen typu II oraz proteoglikany i glikoproteidy. W MŚ mają kształt owalny lub okrągły oraz okrągłe jądro. W ME wykazują cechy komórki wydzielniczej – rozbudowaną RER i AG. Powierzchnia ich nie jest gładka, ma liczne drobne wypustki. Komórki chrzęstne mogą się dzielić i tworzyć grupy izogeniczne. Pochodzą one z niezróżnicowanych komórek zawartych w ochrzęstnej, które poprzez stadium komórki chrzęstnotwórczej (chondroblastu) przekształcają się w komórki chrzęstne. Chrząstka może rosnąć śródmiąższowo przez podział komórek i tworzenie przez nie substancji międzykomórkowej wewnątrz chrząstki lub, głównie, przez odkładanie (apozycję), gdy nowa chrząstka powstaje pod ochrzęstną. Wewnątrz chrząstek nie ma naczyń, a jedynie w ochrzęstnej znajduje się sieć naczyń, które umożliwiają odżywianie i wymianę gazową komórkom za pośrednictwem substancji międzykomórkowej. Chrząstka ma bardzo ograniczone możliwości regeneracji, a procesy degeneracyjne objawiają się uwapnieniem substancji międzykomórkowej. Chrząstkę można przeszczepiać w układach allogenicznych. Chrząstka sprężysta, występuje w małżowinie usznej, przewodzie słuchowym zewnętrznym, w trąbce słuchowej, nagłośni, w krtani i małych oskrzelach. Jest w istocie odmianą chrząstki szklistej. Również zawiera włókna zbudowane z kolagenu typu II, ale odmiennie od chrząstki szklistej zawiera bogatą sieć włókien sprężystych. Zawiera więcej komórek w stosunku do substancji międzykomórkowej niż chrząstka szklista. Chrząstka włóknista posiada cechy zarówno tkanki łącznej zbitej jak i chrząstki. Zawiera bowiem włókna (grube) kolagenowe zbudowane z kolagenu typu I, a substancja podstawowa utworzona jest przez równe ilości siarczanu chondroityny i siarczanu dermatanu. Włókna ułożone są w pasma, a komórki chrzęstne są stosunkowo nieliczne. Chrząstka włóknista tworzy krążki międzykręgowe, występuje w spojeniu łonowym, w łękotkach oraz miejscu przyczepu więzadła głowy kości udowej.

5.6.2. TKANKA KOSTNA Kości wyróżnia spośród innych tkanek łącznych twardość i wytrzymałość, co zawdzięczają strukturze substancji międzykomórkowej, która jest impregnowana solami nieorganicznymi. Kości umożliwiają utrzymanie kształtu ciała, ochraniają narządy zawarte w jamie czaszki, klatce piersiowej i miednicy. Stanowią obudowę dla szpiku, przenoszą siłę skurczu mięśni z jednej części ciała na drugą, uczestniczą w regulacji stężenia jonów w płynach tkankowych, szczególnie wapnia. Wyróżniamy, widoczne również makroskopowo, dwa rodzaje kości: zbitą i gąbczastą. Nazwa oddaje ich strukturalny charakter. Różnią się w związku z tym zawartością tkanek miękkich, w tym szpiku. Zbita zawiera jedynie 10% tkanek miękkich, a gąbczasta 75%. Główną masę kośćca stanowi kość zbita (~80%), która tworzy ścianę zewnętrzną kości (ryc. 5.5), a znajdująca się wewnątrz kości, głównie w nasadach kości długich, kość gąbczasta tylko 20%. Podstawowym składnikiem strukturalnym kości dojrzałej, zarówno zbitej jak i gąbczastej jest blaszka kostna. Ma ona zwykle grubość 3–7 µm i zbudowana jest z równole-

Rozdział 5

88

gle ułożonych pęczków włókien kolagenowych (kolagen typu I) zatopionych w substancji podstawowej. Pomiędzy blaszkami, a nieraz wewnątrz nich znajdują się jamki kostne, w których zlokalizowane są komórki kostne – osteocyty. Jamki kostne połączone są cienkimi kanalikami, przebijającymi blaszkę kostną. W kanalikach tych znajdują się wypustki komórek kostnych, które łączą się z sobą tymi wypustkami, tworząc w miejscu zetknięcia połączenia szczelinowate (nexus).

5.6.2.1. KoúÊ zbita W kości zbitej blaszki mają kształt cylindryczny i układając się koncentrycznie po kilka (4–20) wokół kanału, tworzą strukturę zwaną osteonem lub systemem Haversa (ryc. 5.5). Włókna tworzące blaszki osteonu mają przebieg spiralny, przy czym spirale sąsiednich blaszek krzyżują się. Zapewnia to znaczną wytrzymałość na zginanie. Kanaliki kostne sąsiednich osteonów nie łączą się, gdyż na obwodzie osteonu zaginają się w pętle. Układ osteonów jest zwarty, a pomiędzy nimi zobaczyć można tzw. blaszki międzysystemowe – pozostałość

1 2

8

3

osteon 4 7

6

5

Ryc. 5.5. Budowa kości zbitej. 1 – blaszki międzysystemowe, 2 – osteon, 3 – blaszki podstawowe zewnętrzne, 4 – kanał odżywczy (Volkmanna), 5 – okostna, 6 – kanał osteonu (Haversa), 7 – śródkostna, 8 – blaszki podstawowe wewnętrzne.

Tkanka łączna

89

po osteonach, które uległy częściowej resorbcji w procesie przebudowy kości. Oprócz blaszek systemowych w osteonie i międzysystemowych istnieją jeszcze blaszki podstawowe: zewnętrzna i wewnętrzna, które w sposób ciągły pokrywają kość zbitą na zewnątrz i od wewnątrz. Wewnątrz osteonu znajduje się kanał, zwykle średnicy 30–70 µm zawierający tkankę łączną luźną, a w niej naczynia i nerwy. Wysłany jest śródkostną (endosteum). Naczynia i nerwy docierają do kanału osteonu od okostnej za pośrednictwem poprzecznie do nich przebiegających kanałów odżywczych (Volkmana). Tak więc substancje odżywcze docierają do komórek kostnych od okostnej poprzez naczynia biegnące najpierw w kanałach odżywczych, potem wewnątrz kanału osteonu, a następnie kanalikami kostnymi docierają do jamek kostnych i osteocytów.

5.6.2.2. KoúÊ gπbczasta Odżywianie komórek kostnych w kości gąbczastej odbywa się nieco inaczej. Komórki kostne – osteocyty znajdują się, podobnie jak w kości zbitej, pomiędzy blaszkami kostnymi, jednak układ tych blaszek jest odmienny niż w kości zbitej. Przebiegają one podłużnie tworząc beleczki kostne, łączące się ze sobą w gąbczaste rusztowania. W oczkach tego rusztowania znajduje się bogato unaczyniony szpik kostny – czerwony lub żółty. Substancje odżywcze z tych naczyń trafiają, poprzez kanaliki kostne, do komórek kostnych. Powierzchnię beleczek, podobnie jak kanałów osteonów i odżywczych oraz jamy szpikowej, wyścieła wspomniana już śródkostna. Tworzy ją ciągła warstwa spłaszczonych komórek osteogennych, zwanych komórkami wyściełającymi. Regulują one prawdopodobnie wymianę pomiędzy naczyniami i komórkami wewnątrz kości, oraz mogą przekształcać się w komórki kościotwórcze (osteoblasty).

5.6.2.3. Okostna O ile śródkostna pokrywa kość od wewnątrz, to od zewnątrz otacza ją, z wyjątkiem powierzchni stawowych, okostna (periosteum). Okostna zbudowana jest z dwóch warstw: zewnętrznej warstwy włóknistej, zbudowanej z tkanki łącznej zbitej, oraz wewnętrznej warstwy rozrodczej, którą tworzą spłaszczone komórki osteogenne. Warstwa włóknista wiąże się z kością za pomocą prostopadle odchodzących od niej pęczków włókien kolagenowych, zwanych włóknami wnikającymi lub Sharpeya. Okostna zawiera liczne naczynia oraz nerwy, wnikające do kości przez otwory odżywcze (foramina nutricia). Komórki wewnętrznej warstwy okostnej odpowiadają komórkom pnia i mogą przekształcać się w komórki kościotwórcze (osteoblasty) a następnie kostne (osteocyty).

5.6.2.4. KomÛrki wystÍpujπce w koúci Komórki kościotwórcze (osteoblasty) mają zdolność wytwarzania składników organicznych substancji międzykomórkowej kości tzn. włókien i substancji podstawowej, biorą udział w wapnieniu kości. Znajdują się zwykle na powierzchni nowotworzonej kości. Ich

Rozdział 5

90

ultrastruktura odpowiada komórkom wydzielniczym – silnie rozbudowana RER i AG. Powierzchnia komórki tworzy liczne palczaste wypustki, szczególnie od strony tworzącej kości. Komórki kostne (osteocyty), znajdują się w jamkach kostnych i poprzez kanaliki łączą się wypustkami z komórkami sąsiednimi. Uważa się, że osteocyty mogą okresowo usuwać lub odkładać substancję międzykomórkową bezpośrednio otaczającą jamkę kostną. Komórki kościogubne (osteoklasty). Są to wielkie (20–100 µm), wielojądrzaste komórki, zdolne do resorbowania kości. Leżą w tzw. zatokach erozyjnych (Howship’a). Cytoplazma w MŚ ma niekiedy wygląd piankowaty, a na stronie zwróconej do resorboOsteoklast

Modelowanie kości

kość osteoklast zwapniona chrząstka

wydzielanie katepsyny K

H+ ATPaza i kanały Cl– wydające HCl

strefa zamykająca

kość

strefa zamykająca

zmarszczona błona komórki

osteoklast

Ryc. 5.6. Osteoklasty. A. Osteoklasty w formującej się kości. B. Procesy komórkowe związane z resorpcją substancji międzykomórkowej kości.

włośniczka osteoklast jądro AG jądro lizosomy

anhydraza węglanowa

fałdy błony komórkowej

środowisko o niskim pH zawierające enzymy lizosomalne

Ryc. 5.7. Resorpcja kości przez osteoklast.

Tkanka łączna

91

Tabela 5.5. Aktywatory oraz inhibitory resorpcji kości Aktywatory

Inhibitory

Parathormon 1,25 (OH)2 witamina D3 Czynniki aktywujące osteoklasty Prostanoidy Witamina A Tyroksyna Dopełniacz Endotoksyny Heparyna Stymulacja mechaniczna

Kalcytonina Fosforany Mithramycyna Kolchicyna Glukokortykoidy Estrogeny (wysokie dawki) Glukagon

wanej kości widać rąbek szczoteczkowy. W ME widać liczne mitochondria, skąpą RER, dobrze rozbudowany AG oraz liczne lizosomy. Aktywność tych komórek regulowana jest przez hormony wpływające na poziom Ca2+ w osoczu (tabela 5.5). Parathormon (hormon przytarczyc) zwiększa ich aktywność i podnosi poziom jonów Ca2+, odwrotnie działa kalcytonina (hormon tarczycy). Obecnie uważa się, że osteoklasty powstają z innej linii komórkowej niż pozostałe komórki kostne, mają wywodzić się z linii wspólnej dla makrofagów.

5.6.2.5. Substancja miÍdzykomÛrkowa koúci Substancja międzykomórkowa kości zawiera, jak i w innych tkankach łącznych, włókna i substancję podstawową. Włókna, stosunkowo grube, zbudowane są z kolagenu typu I, podobnie jak w skórze, ścięgnie i zębinie. Stwierdzono jednak pewne różnice w kolagenie typu I kości i skóry. Ten pierwszy ma więcej wiązań międzycząsteczkowych i jest mniej rozpuszczalny i bardziej upakowany. Kolagen stanowi ok 90% składników organicznych kości, pozostałe 10% to składniki substancji podstawowej: osteonektyna (2,5%), białko zawierające kwas gamma–karboksyglutaminowy – osteokalcyna (1,5%), sialoproteiny, fosfoproteidy, proteoglikany. Jednak zasadniczym składnikiem substancji międzykomórkowej są sole mineralne, które stanowią wagowo 75% kości, a objętościowo 50%. Są to głównie kryształy hydroksyapatytu [Ca10 (PO4)6 (OH)2], w postaci igieł, cienkich płytek lub listków grubości 1,5–3 nm i 10 nm długości. Mają one otoczkę hydratacyjną (wodną), co ma ułatwić wymianę jonów wapnia z płynami tkankowymi. Kryształy te mają domieszkę różnych ilości magnezu, cyny, aluminium i strontu. Kryształy hydroksyapatytu są regularnie rozmieszczone wzdłuż włókien, a substancja podstawowa otacza i stabilizuje je.

5.6.3. KOSTNIENIE Rozwój kości, która wywodzi się z tkanki mezenchymatycznej, nazywamy kostnieniem (ossificatio). Może ono nastąpić na podłożu tkanki łącznej lub na podłożu chrząstki szklistej i odbywa się głównie w okresie płodowym.

Rozdział 5

92

pierwotny punkt kostnienia

mankiet kostny

pęczek

naczyniowy

wtórny punkt kostnienia nasada chrząstka nasadowa kość zbita trzon

kość gąbczasta

nasada

wtórny punkt kostnienia

Ryc. 5.8. Kostnienie na podłożu chrzęstnym.

Tkanka łączna

93

Na podłożu łącznotkankowym kostnieją kości płaskie. Kostnienie rozpoczyna się od wyróżnicowania z komórek mezenchymatycznych, komórek osteogennych, które następnie przekształcają się w osteoblasty. Miejsce, w którym ten proces się zaczyna nazywamy ośrodkiem lub punktem kostnienia. Osteoblasty wytwarzają substancję międzykomórkową kości i kiedy zostaną przez nią otoczone przekształcają się w osteocyty. Substancja ta ulega następnie mineralizacji, a na zewnątrz od nowopowstałej kości osteocyty tworzą następne warstwy kości. Powstają w ten sposób pierwotne beleczki zbudowane z grubowłóknistej kości splotowatej, która jest poprzedniczką kości blaszkowatej. Przekształcenie jednej kości w drugą odbywa się w procesie przebudowy. Polega ona na zniszczeniu drogą resorbcji przez osteoklasty kości pierwotnej i wytworzeniu na jej miejsce kości ostatecznej – blaszkowatej. W wyniku tego procesu powstaje kość płaska najpierw jako gąbczasta, później przekształcająca się częściowo w kość zbitą. Na podłożu chrzęstnym powstają głównie kości długie (ryc. 5.8). Proces tworzenia kości rozpoczyna się od rozplemu komórek mezenchymalnych, które następnie przekształcają się w chondroblasty i tworzą tzw. model chrzęstny, o kształcie zbliżonym do przyszłej kości, a zbudowany z chrząstki szklistej. Rozwój naczyń krwionośnych, które wnikają w ochrzęstną, powoduje powstawanie w niej komórek kościotwórczych, które wy-

Strefa spoczynkowa

Strefa proliferacji

Strefa chrząstki hipertroficznej

Strefa chrząstki zwapniałej

Strefa kostnienia

Ryc. 5.9. Budowa chrząstki nasadowej.

94

Rozdział 5

twarzają wokół przyszłego trzonu kości tzw. okołochrzęstny mankiet kostny. Na obu końcach modelu chrzęstnego trwa rozplem chrząstki przez co model rośnie na długość. Jednocześnie do wewnątrz od mankietu, wewnątrz chrząstki, zachodzą zmiany objawiające się jej wapnieniem. Do wnętrza modelu od mankietu kostnego wnika pęczek naczyniowy zawierający komórki osteogenne, które przekształcają się w osteoblasty i zaczynają tworzyć kość. Powstają pierwotne beleczki kostne zbudowane z kości splotowatej. Jest to kostnienie śródchrzęstne. Nowopowstałe beleczki ulegają resorbcji przez osteoklasty i tworzy się pierwotna jama szpikowa, zawierająca obok naczyń, komórki mezenchymatyczne, z których powstanie zrąb szpiku. W kościach krótkich powiększenie się jamy szpikowej w kierunku nasad prowadzi ostatecznie do zniszczenia chrząstki nasad z pozostawieniem jej tylko na powierzchni przyszłego stawu. Natomiast w wypadku modelu chrzęstnego kości długich w nasadach, jeszcze przed ich zniszczeniem od strony pierwotnej jamy szpikowej powstają punkty kostnienia podobnie jak w trzonie tzn. zwapnienie chrząstki wewnątrz nasady, wniknięcie pęczka naczyniowego, zniszczenie zwapniałej chrząstki i tworzenia się pierwotnej kości. Tak więc od strony nasad jak i trzonu następuje niszczenie chrząstki, która rozdziela powstałe jamy. Tworzy ona płytki u podstawy obu nasad i nazywana jest chrząstką nasadową. Chrząstka nasadowa jest miejscem rozplemu chrząstki, następnie jej degradacji i niszczenia, oraz powstawania w miejscu zniszczonej chrząstki beleczek kostnych. Wyróżniamy w chrząstce nasadowej następujące strefy: chrząstki proliferującej, chrząstki hipertroficznej, chrząstki wapniejącej, beleczek kierunkowych, beleczek kostnych (ryc. 5.9). Ponieważ rozplem chondroblastów odbywa się wzdłuż długiej osi kości, powstają tzw. rulony chrząstki. W wyniku hipertrofii dochodzi do powiększenia jamek chrzęstnych, przez co proces niszczenia zwapniałej chrząstki odbywa się głównie wzdłuż rulonów, przez co pozostaje nie zniszczona substancja międzykomórkowa w postaci tzw. beleczek kierunkowych. Na nich odkładają się komórki kościotwórcze i przekształcają beleczki kierunkowe w beleczki kostne. Ponieważ proces niszczenia chrząstki nasadowej i tworzenia się kości odbywa się głównie od strony pierwotnej jamy szpikowej, dochodzi do odsuwania się nasad od siebie a przez to wzrostu kości na długość. Proces ten trwa aż do całkowitego zniszczenia chrząstek nasadowych, co ma miejsce w okresie osiągnięcia pełnej dojrzałości.

5.6.4. MODELOWANIE KOåCI Kościec ulega zasadniczym zmianom w okresie rozwoju i wzrostu organizmu, jednak przez całe życie ulega on stałej przebudowie i modelowaniu. Jak stwierdzono u osobnika dojrzałego 5–10% kości zbitej ulega wymianie w ciągu roku. Proces przebudowy i modelowania odbywa się poprzez resorbcję starej kości przy udziale osteoklastów i tworzeniu się nowej przy udziale osteoblastów. Efektem tego procesu są widoczne w kości zbitej blaszki międzysystemowe, pozostałość po zniszczonych osteonach. O lokalizacji i natężeniu procesów resorbcji i odbudowy decyduje w zasadniczym stopniu ukierunkowanie i natężenie działania czynników fizycznych (obciążenie, napięcie mięśni). Na procesy resorbcji i odbudowy wpływ mają także różne czynniki humoralne, w tym hormony (tabela 5.5).

Tkanka łączna

95

5.6.5. ZNACZENIE FIZJOLOGICZNE KOå∆CA Kościec pełni w organizmie rolę nie tylko szkieletu, jest bowiem magazynem jonów wapnia i jonów fosforanowych. Odgrywa więc zasadniczą rolę w utrzymaniu stałego poziomu jonów Ca2+ w osoczu krwi, a więc w utrzymaniu homeostazy wapnia w organizmie. Osiągane jest to przez odkładanie lub uruchamianie Ca2+, zależnie od potrzeb. W regulowaniu tego procesu odgrywają rolę: parathormon, kalcytonina, hormon wzrostu działający za pośrednictwem somatomedyny C, hormony płciowe oraz witaminy: D, K i C (tabela 5.5).

TKANKA MI åNIOWA

6

Wywodzi się z mezodermy zorganizowanej w miotomy. Proces różnicowania polega przede wszystkim na tworzeniu wydłużonych komórek zdolnych do wytwarzania białek kurczliwych. Na podstawie różnic w budowie i funkcji dzielimy tkankę mięśniową na: – poprzecznie prążkowaną szkieletową zbudowaną z pęczków długich wielojądrzastych komórek; kurczy się szybko i silnie pod kontrolą woli; – poprzecznie prążkowaną sercową zbudowaną z pojedynczych komórek, które łącząc się końcami, wytwarzają szeregi komórek, przedzielone poprzecznie tzw. wstawkami; kurczy się rytmicznie, niezależnie od woli; – gładką, tworzą ją wrzecionowate komórki, nie wykazujące w przeciwieństwie do poprzednich typów, prążkowania poprzecznego; jej skurcz jest powolny, ale długotrwały, niezależny od woli. Komórki mięśniowe są wysoko zróżnicowane, o bardzo charakterystycznej budowie, z tego względu ich błonę komórkową nazywa się sarkolemą. Na jej powierzchni znajduje się bezpostaciowa blaszka podstawna, którą zwykle pokrywa siateczka cienkich włókien tkanki łącznej, głównie siateczkowych i sprężystych. Cytoplazmę zaś nazywa się sarkoplazmą, a siateczkę śródplazmatyczną gładką – siateczką sarkoplazmatyczną.

6.1. MI åNIE POPRZECZNIE PR•ØKOWANE SZKIELETOWE Tworzą je długie (do 40 cm, średnica 10–100 µm), wielojądrzaste komórki nazywane włóknami mięśniowymi. Powstają one w okresie rozwoju płodowego ze zlania się wielu jednojądrzastych komórek – mioblastów. Mioblasty powstają z mniej zróżnicowanych komórek sarkoblastów. Część tych komórek, tzn. sarkoblastów nie podlega zróżnicowaniu i towarzyszy mięśniowym jako tzw. komórki satelitowe. Mają one charakter komórek macierzystych, umożliwiając wzrost włókien mięśniowych, których jądra nie są w stanie się dzielić. Budując mięsień włókna mięśniowe ułożone są równolegle, bok do boku. Jednak ze względu na to, że zwykle włókno mięśniowe jest krótsze niż cały mięsień, o integralności mięśnia decyduje tkanka łączna. Od zewnątrz otacza ona mięsień w postaci błony zbudowanej z tkanki łącznej zbitej zawierającej włókna kolagenowe zbudowane z kolagenu typu I i III. Błona ta odpowiada anatomicznej powięzi, a nazywamy ją namięsną (epimysium). Od namięsnej do wnętrza mięśnia wnikają przegrody łącznotkankowe otaczające pęczki włókien mięśniowych, nazywamy je omięsną (perimysium). Pojedyncze włókna mięśniowe otacza cienka warstwa tkanki łącznej – śródmięsna (endomysium).

Tkanka mięśniowa

97

1

T I T 2

2 A

2

3

3 T

7

5

4 6

8

Ryc. 6.1. Włókno mięśnia szkieletowego. 1 – przekrój poprzeczny przez włókienko mięśniowe, 2 – cysterny siateczki sarkoplazmatycznej, 3 – cysterna wchodząca w skład triady, 4 – mitochondria, 5 – kanalik poprzeczny (T), 6 – sarkolema, 7 – blaszka podstawna, 8 – włókna siateczkowe.

Styka się ona z blaszką podstawną (lamina basalis), która spoczywa na sarkolemie. Wraz z tkanką łączną od namięsnej wnikają do mięśnia naczynia i nerwy. Na końcach mięśnia włókna mięśniowe łączą się ze ścięgnami. Linia tego połączenia jest zwykle nieregularna, ma liczne wcięcia. Część włókien kolagenowych ścięgna wnika pomiędzy włókna mięśniowe łącząc się ze śródmięsną i omięsną.

98

Rozdział 6

Na przekroju podłużnym włókna mięśniowego widać pod sarkolemą liczne jądra komórkowe, a we wnętrzu sarkoplazmy liczne włókienka mięśniowe (miofibryle, o średnicy 1–2 µm), ułożone równolegle do siebie w długiej osi włókna mięśniowego. Pomiędzy włókienkami mięśniowymi widać w ME mitochondria oraz błony gładkiej siateczki sarkoplazmatycznej. Na przebiegu włókien mięśniowych widoczne jest w MŚ prążkowanie, przy barwieniu standardowym jako ciemne i jasne prążki, a w mikroskopie polaryzacyjnym jako prążki izotropowe (jasne) i anizotropowe (ciemne). Analiza tych prążków w MŚ wykazuje, że włókienko zbudowane jest z powtarzających się jednostek strukturalnych, które nazywamy sarkomerami (ryc. 6.1). Granice sarkomeru stanowią błonki graniczne Z, przebiegające przez środek prążka izotropowego (I). Tak więc w MŚ sarkomer widziany jest jako fragment włókienka mięśniowego, którego granice stanowią błonki Z a wnętrze 1/2 prążka jasnego I, przy jednej i drugiej błonce Z, oraz prążek ciemny A, przez środek którego przebiega jasny prążek H. Natomiast w ME obserwuje się bardziej złożoną strukturę sarkomeru. Tworzą go miofilamenty cienkie i grube, w liczbie ok. 15.000. Prążek jasny I tworzą filamenty cienkie, a prążek ciemny A zarówno cienkie jak i grube, przy czym w prążku H brak filamentów cienkich. Układ wzajemny miofilamentów jest bardzo regularny, co szczególnie jest widoczne na przekrojach poprzecznych np. w prążku A widać grube filamenty otoczone przez filamenty cienkie w układzie heksagonalnym. Miofilamenty cienkie utworzone są z 3 rodzajów białek: aktyny, tropomiozyny i troponiny. Aktyna może występować w formie G–aktyny (monomer) i F–aktyny (polimer), ta druga forma jest zasadniczym składnikiem miofilamentu cienkiego, przy czym cząsteczki G–aktyny układają się w podwójną spiralę. Wzdłuż tej spirali ułożone są wydłużone cząsteczki tropomiozyny (1 cząsteczka/7 G–aktyny). Z kolei na każdą cząsteczkę tropomiozyny przypada jeden kompleks troponiny, składający się z 3 podjednostek: TnT – wiążącej kompleks z tropomiozyną, TnC – wiążącej jony Ca i TnI – inhibującej interakcję aktyna–miozyna. Filament cienki wiąże się z błonką graniczną Z, a bierze w tym udział białko alfa– aktynina, główny składnik błonki Z. Filament gruby zbudowany jest z białka o dużych cząsteczkach (500 kD) – miozyny II (miozyna I występuje w komórkach niemięśniowych). Cząsteczkę miozyny II tworzą dwa łańcuchy ciężkie (H), na końcu C tworzące dwie globularne główki. Z tymi główkami związane są łańcuchy lekkie (L), po dwie na każdą główkę. Poszczególne cząsteczki miozyny II wiąże ze sobą w miofilamencie grubym białko C. Cząsteczki miozyny ułożone są w miofilamencie grubym w ten sposób, że główki są z tej samej strony w każdej cząsteczce i wystają z filamentu, przy czym w zakresie prążka H filamenty grube nie mają główek. Natomiast w środku prążka H widoczna jest linia M, tworzona przez mostki M wiążące się z filamentami grubymi. Mostki te zbudowane są z białka miomezyny. Istotnym elementem strukturalnym sarkomeru są filamenty o średnicy 10 nm zbudowane z białka desminy. Filamenty te łączą błonki Z ze sobą oraz błonki Z z sarkolemą za pośrednictwem kostamerów. Rola tych filamentów polega na tym, że łącząc błonki Z ze sobą utrzymują integralność sarkomeru (ani cienkie ani grube miofilamenty nie przebiegają przez cały sarkomer), a wiążąc błonki Z z sarkolemą mogą przenosić efekty skurczu włókienka mięśniowego – miofibrylli, na całe włókno mięśniowe.

Tkanka mięśniowa

globularny rejon główki

99

ELC (lekki łańcuch podstawowy)

RLC (lekki łańcuch regulatorowy)

łańcuch ciężki

zwój dwóch α-helikalnych ogonków

Ryc. 6.2. Budowa cząsteczki miozyny II. Cząsteczka miozyny zawiera dwa łańcuchy ciężkie i dwie pary łańcuchów lekkich (podstawowy i regulatorowy). Łańcuchy ciężkie mają globularne główki i alfa-helikalne ogonki, które wzajemnie się owijając tworzą dimer.

Do białek tworzących sarkomer należą także titina i nebulina. Titina jest białkiem o ogromnej m.cz. (ok. 3 mln), którego długie łańcuchy rozciągają się od błonki Z do linii M. W obrębie prążka I tworzą spirale, natomiast w obrębie prążka A wiążą się z filamentami grubymi. Tak więc cząsteczki titiny wiążące miofilamenty grube z błonką Z utrzymują ich położenie w sarkomerze. Natomiast położenie miofilamentów cienkich w sarkomerze utrzymuje nebulina, której cząsteczki wiążą się także z błonką Z, ale owijają się na miofilamentach cienkich (tabela 6.1).

błonka Z

actina

nebulina

myosina

titina

linia M Ryc. 6.3. Titina i nebulina. Cząsteczki titiny rozciągają się od błonki Z do linii M i działają jak sprężynki utrzymując filamenty miozynowe we właściwym położeniu w sarkomerze. Cząsteczki nebuliny rozciągają się od błonki Z i utrwalają długość filamentów aktynowych z którymi są związane.

Rozdział 6

100

Tabela 6.1. Główne składniki białkowe miofibryli mięśni szkieletowych Białko miozyna

Odsetek ogólnej ilości białek

M.cz. (kDa)

Podjednostki (kDa)

44

510

2 x 223 (łańcuch ciężki) 22 + 18 (łańcuch lekki)

Funkcje Główny składnik miofilamentów grubych. W wyniku interakcji z aktyną hydrolizując ATP wyzwala siłę mechaniczną – skurcz mięśnia.

aktyna

22

42

–

Główny składnik miofilamentów cienkich, uczestniczy w skurczu sarkomeru.

tropomio– zyna

5

64

2 x 32

Białko w kształcie pręcika ułożone wzdłuż miofilamentu: aktynowego, blokujące jego wiązanie z miozyną.

troponina

5

78

Tn–T(30) Tn–I(30) Tn–C(18)

Kompleks trzech białek związanych z miofilamentem aktynowym, regu– lujących interakcję miozyny z akty– ną i przez to wyzwolenie skurczu sarkomeru.

titina

9

2500

–

Białko tworzące siatkę łączącą grube miofilamenty z błonką Z.

nebulina

3

600

–

Białko związane z błonką Z, ułożone równolegle do miofilamentów aktynowych.

α–aktynina

1

190

2 x 95

Białko wiążące miofilamenty aktynowe z błonką Z.

miomezyna

1

185

–

Białko wiążące miofilamenty miozynowe w krążku M.

białko C

1

140

–

Białko wiążące miozynę w miofilamencie grubym.

Mechanizm skurczu W czasie skurczu sarkomer ulega skróceniu. Błonki Z zbliżają się do siebie. W MŚ wiąże się z tym zwężenie prążka I i prążka H, przy zachowaniu nie zmienionej szerokości prążka A. Dzieje się tak dlatego, że jak wykazano przy pomocy ME, filamenty cienkie wnikają pomiędzy filamenty grube znacznie głębiej, przy czym oba rodzaje filamentów zachowują wyjściową długość. Przemieszczanie się filamentów względem siebie, określane jako „mechanizm ślizgowy”, ma stanowić istotę procesu skurczu i rozkurczu mięśnia. Ma on przebiegać następująco: w stanie rozkurczu z główkami miozyny związane jest ATP, które nie ulega hydrolizie, gdyż dla wyzwolenia aktywności ATP–azowej miozyny potrzebny jest jej kontakt z aktyną. Jednak miejsca wiążące aktyny zasłonięte są przez tropomiozynę a stan taki zależny jest od konformacji kompleksu troponiny. Gdy jednak w otoczeniu miofilamentów wzro-

Tkanka mięśniowa

101

skurcz

stan spoczynku

rozkurcz Ryc. 6.4. Zmiany w układzie prążków sarkomeru w różnych jego stanach.

śnie stężenie jonów Ca2+ (do ok. 10–5 M) to jony te wiążąc się z podjednostką TnC troponiny powodują przez zmianę konformacji kompleksu troponiny przesunięcie tropomiozyny i odsłonięcie miejsc wiążących aktynę i połączenie się jej z główką miozyny. Wyzwolona aktywność ATP–azowa powoduje hydrolizę ATP a uwolniona energia prowadzi do zgięcia cząsteczki miozyny i przesunięcia filamentów względem siebie. Związanie się nowej cząsteczki ATP z główką miozyny powoduje jej odłączenie od aktyny i może ona wejść w nowy cykl skurczowy. Gdy zabraknie ATP związek miozyny z aktyną może, na pewien czas, ulec utrwaleniu. Jest to przyczyną stężenia pośmiertnego mięśni (rigor mortis). W czasie pojedynczego skurczu mięśnia dochodzi do wielokrotnego powtórzenia się cyklów skurczowych, a skurcz sarkomeru jest sumą tych pojedynczych przesunięć, tak jak skurcz całego mięśnia jest sumą skurczów poszczególnych sarkomerów. Przejście w rozkurcz mięśnia spowodowane jest obniżeniem stężenia jonów Ca2+ (do ok. 10–8 M), co prowadzi do zmian konformacji kompleksu troponiny, a przez to do przemieszczania cząstki tropomiozyny i zasłonięcia miejsc wiążących aktynę. Tak więc o wystąpieniu i zakończeniu skurczu decyduje stężenie jonów Ca2+. W regulowaniu ich stężenia w sarkoplazmie, bezpośrednio zaangażowana jest siateczka sarkoplazmatyczna zbudowana z błon śródplazmatycznych gładkich. Ma ona bowiem zdolność gromadzenia tych jonów. Ich uwalnianie prowadzi do skurczu, a zwrotne gromadzenie do rozkurczu. Uwalnianie jonów Ca2+ odbywa się w wyniku depolaryzacji błony siateczki sarkoplazmatycznej, co spowodowane jest przez depolaryzację sarkolemy pod wpływem bodźca nerwowego. Gdy depolaryzacja siateczki sarkoplazmatycznej ulegnie zakończeniu zaczyna ona gromadzić jony Ca2+ drogą aktywnego transportu przy pomocy tzw. „pompy wapniowej”.

Rozdział 6

102

Aby skurcz mięśnia był efektywny wszystkie zawarte w nim sarkomery powinny kurczyć się jednocześnie. Zapewnia to system kanalików poprzecznych (T), związanych z odpowiednim układem błon siateczki sarkoplazmatycznej. Kanaliki T to palczaste wpuklenia sarkolemy wnikające do wnętrza włókna, opasujące włókienka mięśniowe, dwukrotnie na długości każdego sarkomeru, wzdłuż granicy prążków I/A i tworzące w ten sposób system kanalików wewnątrz włókna mięśniowego (ryc. 6.3). Z kanalikami tymi błona komórkowa miofibryla

poprzeczne kanaliki T utworzone przez wpuklenie błony komórkowej retikulum sarkoplazmatyczne

(A)

spolaryzowana błona kanalika T

błona retikulum sarkoplazmatycznego

potencjał czynnościowy

35 nm

(B) Ryc. 6.5. Kanaliki T i retikulum sarkoplazmatyczne. (A). Rysunek dwóch systemów błonowych, które przekazują sygnał do skurczu z mięśniowej błony komórkowej do wszystkich miofibryli w komórce. (B) Diagram pokazujący, jak kanał uwalniający jony wapnia w błonie retikulum sarkoplazmatycznego (rianodynowy), jest otwierany przez transbłonowe białka zależne od potencjału, zlokalizowane w przylegającym kanaliku T.

Tkanka mięśniowa

103

kontaktują się z obu stron cysterny siateczki sarkoplazmatycznej. Na przekroju poprzecznym (w ME) układ ten widoczny jest jako trzy przekroje koliste, nazywane triadą mięśniową. Układ kanałów poprzecznych T i związanych z nimi cystern siateczki sarkoplazmatycznej na wysokości każdego sarkomeru zapewnia dotarcie fali depolaryzacji biegnącej po sarkolemie do wszystkich sarkomerów jednocześnie, a przez to jednoczesne uwolnienie jonów Ca2+ i wystąpienie skurczu. Depolaryzację sarkolemy wyzwala bodziec nerwowy, który przekazywany jest z włókna nerwowego do mięśnia w płytce motorycznej, która ma charakter synapsy aksono-mięśniowej (ryc. 6.6). Wypustka komórki nerwowej – akson w miejscu zetknięcia z sarkolemą tworzy kolbkowate rozszerzenie zawierające liczne mitochondria oraz drobne pęcherzyki z acetylocholiną. W momencie dotarcia do zakończenia aksonu bodźca nerwowego zawartość pęcherzyków, drogą egzocytozy zostaje uwolniona do szczeliny pomiędzy błoną komórki nerwowej a sarkolemą. Acetylocholina wiąże się z receptorami kanałów sodowych na powierzchni sarkolemy co prowadzi do jej depolaryzacji, która z błyskawiczną szybkością przebiega po powierzchni włókna mięśniowego i wnika do jego wnętrza poprzez kanaliki T.

jednostka motoryczna mięśnia akson

nerw

mielina

płytka motoryczna

szczelina synaptyczna pęcherzyki synaptyczne

endomysium jądro

kanalik poprzeczny T

kurcz

rozkurcz

kanalik poprzeczny T

SR siateczka sarkoplazmatyczna

Ryc. 6.6. Unerwienie mięśni szkieletowych. Budowa płytki motorycznej.

104

Rozdział 6

Jedno włókno nerwowe może unerwiać jedno włókno mięśniowe lub rozgałęziać się i unerwiać wiele włókien. Zespół włókien mięśniowych unerwionych przez tą samą komórkę nerwową nazywamy jednostką motoryczną mięśnia. Im mniej włókien mięśniowych tworzy jednostkę motoryczną tym ruchy mięśnia są precyzyjniejsze, gdyż włókno mięśniowe nie może stopniować siły skurczu, działa na zasadzie „wszystko albo nic”, a przez to natężenie siły mięśnia musi być regulowane przez zmianę liczby „włączonych” jednostek motorycznych. Energia potrzebna dla skurczu gromadzona jest w postaci ATP i fosfokreatyny oraz glikogenu, który może stanowić 0,5–1% wagi mięśnia. Energia gromadzona w ATP i fosfokreatynie pochodzi z przemian kwasów tłuszczowych i glukozy. Przy czym w czasie rozkurczu, w okresie odpoczynku po wysiłku głównym źródłem energii są kwasy tłuszczowe, które utleniane są w mitochondriach drogą oksydacyjnej fosforylacji, ze zużyciem tlenu pochodzącego z krwi i mioglobiny, białka wiążącego tlen, obecnego w mięśniach. Bardzo aktywne mięśnie szybko zużywają glukozę drogą beztlenowej glikolizy. Jak stwierdzono nie wszystkie włókna mięśniowe w jednakowy sposób uzyskują energię. Wyróżnia się trzy typy włókien: czerwone (wolne), białe (szybkie) i pośrednie. Czerwone: zawierają dużo mioglobiny dzięki czemu mają kolor czerwony. Energię czerpią głównie z oksydacyjnej fosforylacji, zawierają dużo mitochondriów. Kurczą się wolniej niż „białe”, ale wolniej się też męczą. Dużo tych włókien zawierają mięśnie odpowiedzialne za utrzymanie postawy ciała. Białe: mają mało mioglobiny i mitochondriów. Energię uzyskują głównie z beztlenowej glikolizy. Kurczą się szybko i szybko się męczą. Pośrednie: wykazują cechy zarówno „czerwonych” jak i „białych”.Mięśnie szkieletowe są zwykle mieszaniną włókien różnych typów, chociaż może być przewaga jednego z nich. O tym jakiego typu jest włókno decyduje jego unerwienie. Skurcz mięśnia szkieletowego może być izotoniczny lub izometryczny. W pierwszym przypadku skracanie się mięśnia zachodzi bez zwiększenia jego napięcia, odwrotnie w drugim przypadku gdy napięcie wzrasta bez skracania się mięśnia. Wywoływanie skurczu izometrycznego wykorzystywane jest dla zachowania sprawności mięśnia w przypadku dłuższego unieruchomienia kończyny ze wskazań ortopedycznych.

6.2. MI SIE— SERCOWY W przeciwieństwie do mięśnia szkieletowego tworzą go jednojądrzaste komórki, łączące się w szeregi poprzez złącza przyjmujące postać tzw. wstawek. W MŚ wstawki mają postać prostej lub schodkowej ciemnej linii w poprzek szeregu komórek sercowych. W ME wstawki tworzone są przez silnie pofałdowane błony stykających się komórek mięśniowych, przy czym widoczne są strefy przylegania (zonula adherens), desmosomy i połączenia szczelinowe (nexus). Mają one za zadanie silnie złączyć komórki, oraz wytworzyć sprzężenie czynnościowe (nexus). Struktura włókienek mięśniowych i sarkomerów nie różni się od mięśnia szkieletowego. Istnieje również system kanalików poprzecznych T, chociaż są one liczniejsze i większe. Cysterny siateczki sarkoplazmatycznej tworzą nie triady a diady. W sarkoplazmie widoczne są bardzo liczne mitochondria a także jądra komórkowe.

Tkanka mięśniowa

105

6.3. MI åNI”WKA G£ADKA Tworzą ją jednojądrzaste, wrzecionowate komórki (dł. 30–200 µm, szer. 5–10 µm). Zawierają liczne mitochondria, mają dobrze rozwiniętą RER i AG. W MŚ nie wykazują prążkowania. Leżą pojedynczo (tkanka łączna luźna) lub ułożone są w warstwy tworząc błony mięśniowe (naczynia, jelita, drogi moczowe, macica). Na ich powierzchni znajduje się bezpostaciowa blaszka podstawna, a na niej włókna siateczkowe. Wewnątrz cytoplazmy znajdują się skośnie przebiegające pęczki filamentów cienkich (aktynowych) i grubych (miozynowych). Pęczki te (filamenty cienkie) połączone są z sarkolemą poprzez tzw. taśmy gęste, łączą się one również z ciałkami gęstymi wewnątrz cytoplazmy. Cienkie i grube filamenty wykazują różnice w stosunku do mięśnia szkieletowego, „cienkie” nie zawierają troponiny, a „grube” mają inny układ „główek”. Ciałka gęste i taśmy gęste zawierają białko alfa–aktyninę podobnie jak linie Z w mięśniu szkieletowym. Występują także filamenty desminowe. Nie stwierdzono obecności kanalików poprzecznych, mają ich rolę pełnić tzw. jamki komórkowe – wpuklenia błony komórkowej. Mechanizm skurczu polega podobnie jak w mięśniu szkieletowym i sercowym na „ślizganiu” się filamentów, jednak wywołanie tego mechanizmu odbywa się nie przez wiązanie jonów wapnia, a przez fosforylację łańcuchów lekkich miozyny. calmodulina

wiązanie Ca 2+

aktywny kompleks kalmodulina MLCK

lekki łańcuch regulatorowy

miozyna nieaktywna

miozyna aktywna

Ryc. 6.7. Regulacja miozyny w mięśniówce.gładkiej przez fosforylację. Jony wapnia wiążą się kalmoduliną, która z kolei wiąże się z kinazą łańcuchów lekkich miozyny (MLCK). Aktywny kompleks kalmodulina-MLCK fosforyluje regulatorowy lekki łańcuch miozyny II, przeprowadzając miozynę ze stanu nieaktywnego w aktywny.

106

Rozdział 6

W mięśniu gładkim nie ma płytek motorycznych. Zakończenia nerwowe uwalniają mediatory (noradrenalina, acetylocholina) do otoczenia komórek. Skurcz m. gładkiej wywoływany jest, podobnie jak m. szkieletowego, przez wzrost stężenia jonów wapnia w cytosolu. Przy czym źródłem tych jonów nie są, jak w m. szkieletowym magazyny wewnątrz cytoplazmatyczne (SER i mitochondria) a głównie jony wapnia w płynie zewnątrz komórkowym. Wykorzystywany jest gradient stężenia jonów wapnia, które jest wyższe w przestrzeni zewnątrz komórkowej niż w cytosolu dzięki działaniu pompy wapniowej (transport aktywny). Impuls do skurczu, nerwowy lub wywołany przez związanie liganda (np. serotonina, prostaglandyny), powoduje otwarcie kanałów jonowych i napływ jonów wapnia do komórki. Jony te wiążą się z kalmoduliną (str. 67), która pełni rolę odpowiadającą troponinie w m. szkieletowym. To wywołuje powstanie kompleksów kalmodulina/kinaza łańcuchów lekkich miozyny (ryc. 6.7). Kinaza staje się w tym kompleksie aktywna i powoduje ufosforylowanie łańcuchów lekkich miozyny, co z kolei sprawia, że główki miozyny wiążą się z aktyną. Główki miozyny uzyskują aktywność ATP-azy, która hydrolizuje ATP i wywołuje ślizganie się miozyny względem aktyny. Skurcz m. gładkiej może niekiedy następować bez wzrostu stężenia jonów wapnia.

Ryc. 6.8. Mechanizm ruchu amebowatego. Polimeryzacja aktyny na wiodącym końcu komórki (lamelipodium) popycha błonę komórkową do przodu i tworzy nowe regiony kory aktynowej, zaznaczonej kolorem czerwonym. Nowe punkty zakotwiczenia są tworzone pomiędzy filamentami aktynowymi i podłożem, po którym komórka pełznie. Następnie naprężenie kory podciąga ciało komórki do przodu. W miarę jak tył komórki odczepia się od podłoża i kurczy, filamenty aktynowe w kurczącym się regionie ulegają depolimeryzacji i uwalniane cząsteczki aktyny przesuwają się do przodu poprzez cytosol do miejsc nowej polimeryzacji. Ten sam cykl powtarza się na nowo, przemieszczając komórkę do przodu ruchem kroczącym.

Tkanka mięśniowa

107

Dzieje się tak gdy czynnikiem wywołującym jest np. angiotensyna 2 (str. 213) działając na m. gładką ściany tętnic. Podobnie jak w przypadku m. szkieletowego, skurcz m. gładkiej może mieć charakter izotoniczny lub izometryczny. Ten drugi jest zwykle trwalszy i występuje w ścianach naczyń tętniczych. W mięśniu gładkim nie ma płytek motorycznych. Zakończenia nerwowe uwalniają mediatory (noradrenalinę, acetylocholinę) do otoczenia komórek.

6.4. RUCH KOM”REK NIEMI åNIOWYCH Nie tylko komórki należące do tkanki mięśniowej maja zdolność ruchu. Zdolność taką maja przede wszystkim komórki pochodzenia szpikowego – leukocyty, po opuszczeniu łożyska naczyniowego. Przy czym w mechanizmie ruchu, podobnie jak w tk. mięśniowej zasadniczą rolę odgrywają białka: aktyna i miozyna. Aktyna w postaci filamentów aktynowych skupionych pod błona komórkową (kora aktynowa), uczestniczy w ruchu amebowatym komórek (ryc. 6.8). Mechanizm tego ruchu polega na tworzeniu wypustek cytoplazmy (lamelipodiów) w wyniku tworzenia się filamentów aktynowych w kierunku ruchu komórki i depolaryzacji filamentów w tylnej części komórki co powoduje uwalnianie aktyny, która przemieszcza się do przodu. Drugim rodzajem białka uczestniczącym

Ryc. 6.9. Niektóre funkcje miozyny I i miozyny II w komórkach eukariotycznych. Krótki ogon cząsteczki miozyny I zawiera miejsca, które wiążą się z wieloma składnikami komórki, w tym z błonami. To pozwala domenie głowy przemieścić pęcherzyk po filamencie aktynowym (A) lub filament aktynowy w stosunku do błony komórkowej(C). Małe filamenty zbudowane z cząsteczek miozyny II mogą przesuwać filamenty aktynowe jeden nad drugim, co umożliwia lokalne skracanie pęczka filamentu aktynowego (B).

108

Rozdział 6

w ruchu komórek niemięśniowych jest, jak wspomniano wyżej, miozyna, która wraz z aktyną stanowi zasadniczy układ generujący ruch podobnie jak w komórkach mięśniowych. Przy czym o ile w komórkach mięśniowych występuje miozyna II, to w komórkach niemięśniowych miozyna I, która różni się od miozyny II tym, że tworzy ją jeden łańcuch polipeptydowy, chociaż również zakończony główka o właściwościach enzymatycznych podobnych jak w przypadku miozyny II. Miozyna I uczestniczy także w transporcie pęcherzyków w cytoplazmie (ryc. 6.9).

UK£AD KR•ØENIA

7

Układ krążenia tworzą: serce i naczynia krwionośne. Serce funkcjonuje jako pompa tłocząca krew do naczyń zwanych tętnicami, które rozprowadzają krew po całym organizmie, przechodząc w sieć naczyń włosowatych, poprzez ściany których odbywa się wymiana pomiędzy krwią i tkankami, z naczyń włosowatych krew zbierają żyły i odprowadzają z powrotem do serca. Powyższy opis dotyczy krążenia dużego, natomiast krążenie zwane małym tworzą: tętnica płucna wychodząca z prawej komory, sieć naczyń płucnych oraz żyły płucne wpadające do lewego przedsionka. Wspólną cechą wszystkich elementów układu krwionośnego jest to, że wysłane są one nabłonkiem jednowarstwowym płaskim – śródbłonkiem (endothelium), spoczywającym na niekiedy nieciągłej błonie podstawnej. Błona ta zbudowana jest z blaszki podstawnej i siateczkowej. Blaszka podstawna jest, z wyjątkiem niektórych narządów, jednorodna w ME i zawiera kolagen typu IV i V oraz glikoproteiny tj. fibronektyna, laminina oraz entaktyna. Blaszkę siateczkową tworzą włókna siateczkowe. Błona podstawna śródbłonków spełnia ważną rolę czynnościową gdyż warunkuje przebieg filtracji i dyfuzji przez ścianę naczyń. Przerwanie jej ciągłości przez odsłonięcie podścieliska łącznotkankowego śródbłonków powoduje przyleganie i agregację płytek krwi, co prowadzi do skrzepów przyściennych w naczyniach.

7.1. NACZYNIA W£OSOWATE Najcieńsze naczynia krwionośne zwane włosowatymi (kapilarami) mają średnicę 7–9 µm, a zasadniczym składnikiem ich ściany jest śródbłonek spoczywający na błonie podstawnej. Komórki śródbłonka mają połączenia zwarte i szczelinowate (nexus). Śródbłonek tworzący ścianę naczyń włosowatych wykazuje zróżnicowanie w budowie komórek i błony podstawnej; w mięśniach i tkance nerwowej zarówno środbłonek jak i błona podstawna są ciągłe. Natomiast w śródbłonkach naczyń występujących w nerkach, gruczołach dokrewnych, kosmkach jelitowych stwierdzono obecność porów (okienek), przy czym w kłębuszkach nerkowych są one otwarte, a w innych narządach przesłonięte cieniutką przeponą (diafragmą). Istnieje też odmiana naczyń włosowatych zwanych zatokowymi. Wyróżniają się one tym, że: 1) mają dużą średnicę (30–40 µm); 2) pomiędzy komórkami śródbłonka znajdują się szczeliny; 3) zawierają liczne pory; 4) komórkom śródbłonka towarzyszą makrofagi osiadłe; 5) brak ciągłej błony podstawnej. Naczynia tego typu występują głównie w wątrobie, szpiku kostnym i śledzionie. Po zewnętrznej stronie błony podstawnej śródbłonka leżą na naczyniu włosowatym, komórki z długimi wypustkami nazywane pericytami. Otoczone są one własną błoną podstaw-

Rozdział 7

110

ną, przez co w ME wydaje się jakby leżały wewnątrz błony podstawnej śródbłonka. Nie jest pewne, czy mają zdolność kurczenia się, wiadomo natomiast, że mogą przekształcać się w inne komórki. Sieć naczyń włosowatych to ten obszar układu naczyniowego, gdzie odbywa się wymiana pomiędzy krwią i otaczającymi tkankami. Natężenie i charakter tej wymiany zależy od budowy ściany naczynia włosowatego. Naczynia o śródbłonku ciągłym z licznymi połączeniami zwartymi występujące np. w układzie nerwowym stanowią barierę nieprzenikliwą dla większych cząstek, które przez innego rodzaju śródbłonki (z porami) mogą przenikać bez przeszkód. Przenikanie przez ściany naczynia włosowatego jest, oczywiście, znacznie łatwiejsze w naczyniu z porami, jednak błona podstawna pełni wtedy rolę filtru. Natomiast przenikanie przez ścianę naczyń zatokowych jest znacznie ułatwione nawet dla komórek (np. w śledzionie). Jednak nawet przez śródbłonki ciągłe mogą przenikać komórki poprzez złącza komórkowe, nazywamy to diapedezą. Istotną rolę w transporcie w poprzek śródbłonka odgrywa zjawisko transcytozy. Polega ono na pobieraniu pewnych substancji z jednej strony komórki, przez endocytozę i wydalaniu jej z drugiej strony przez egzocytozę. W procesie tym nie biorą udziału lizosomy tak więc pobrana substancja przenika przez komórkę śródbłonka nie ulegając zmianie. komórki m. gładkiej

żyłka

tętniczka

naczynie przedwłosowate (prekapilara)

zespolenie tętniczo-żylne

naczynie włosowate (kapilarne)

pericyt naczynie zawłosowate (postkapilarne) żyłka

Ryc. 7.1. Naczynia tworzące mikrokrążenie.

Układ krążenia

111

Naczynia włosowate tworzą sieć, którą określamy jako mikrokrążenie. Sieć ta zasilana jest przez krew z naczyń nazywanych przedwłosowatymi. Różnią się one tym od włosowatych, że w ścianie, na błonie podstawnej śródbłonka mają pojedyncze okrężnie ułożone komórki mięśniówki gładkiej, które w przeciwieństwie do tętniczek nie tworzą ciągłej warstwy. Ponieważ komórki śródbłonka mają owalne jądra ułożone, tak jak i całe komórki równolegle do długiej osi naczynia, w mikroskopie można dostrzec krzyżujące się jądra komórek śródbłonka i mięśniówki gładkiej. Przepływ krwi przez włośniczki jest wolny, a ciśnienie krwi ulega wyraźnemu spadkowi (z 35 mm Hg do ok. 15 mm Hg). Ten rozkład ciśnienia na przebiegu naczynia włosowatego powoduje, że w początkowym odcinku („tętniczym”) następuje głównie przenikanie z krwi do tkanek, a w końcowym („żylnym”) odwrotnie, ponieważ włośniczki są obustronnie przenikliwe. Mogą przez nie przenikać: woda, elektrolity, glukoza, aminokwasy, nieraz małe cząsteczki białka. Znaczenie sieci naczyń włosowatych podkreślają następujące liczby: całkowita powierzchnia tej sieci naczyń około 6 000 m2, a całkowita średnica (łączna), jest około 800 razy większa niż średnica aorty. Zrozumiałym więc jest, że o ile szybkość przepływu w aorcie wynosi przeciętnie 320 mm/s to we włośniczkach około 0,3 mm/s. Sieć kapilar porównywana jest do jeziora, do którego wpada i wypływa rzeka (w rzeczywistości bardziej odpowiada sieci irygacyjnej). Oczywiście, nie przez całą sieć naczyń włosowatych jednocześnie przepływa krew. Przepływ ten podlega regulacji i jest zależny od funkcji narządu. Istotną rolę w regulacji przepływu przez sieć kapilar odgrywają zespolenia tętniczo-żylne. Dzięki nim krew może przepływać bezpośrednio z tętnic do żył niejako omijając sieć naczyń włosowatych. Istnieją zespolenia proste i kłębkowate. Pierwsze z nich są znacznie powszechniejsze niż drugie, których występowanie ogranicza się do skóry dłoni, warg i małżowiny usznej. Zespolenie kłębkowate, zgodnie z nazwą, charakteryzują się krętym przebiegiem naczynia łączącego. W obu rodzajach zespoleń stwierdza się w naczyniu łączącym nagromadzenie komórek kurczliwych mięśniówki gładkiej lub mięśniowo – nabłonkowatych (mioepitelialnych). Są one unerwione i regulują przepływ przez zespolenie.

7.2. T TNICE Sieć naczyń włosowatych zasilana jest krwią z naczyń przedwłosowatych zwanych też prekapilarami, natomiast prekapilary otrzymują krew z tętniczek (arteriole). Są to małe naczynia o średnicy około 100 µm. Ich ściana zbudowana jest, podobnie jak wszystkich naczyń, z wyjątkiem naczyń włosowatych, z 3 zasadniczych warstw: 1) błony lub warstwy wewnętrznej (tunica intima); 2) błony lub warstwy środkowej (tunica media); 3) błony lub warstwy zewnętrznej, albo przydanki (tunica externa s.adventitia). Błona wewnętrzna w tętniczkach jest cienka i zbudowana ze śródbłonka oraz pewnej ilości włókien sprężystych. Błonę środkową tworzy 1–5 warstw okrężnie ułożonych komórek mięśniówki gładkiej. Błona ta zawiera również włókna sprężyste i jest obficie unerwiona. Błona zewnętrzna – przydanka zbudowana jest z tkanki łącznej luźnej. Tętniczki odgrywają bardzo ważną rolę w układzie krążenia, są właściwym regulatorem przepływu przez naczynia włosowate, a przez to decydują o ciśnieniu krwi w układzie tętniczym (tabela 7.1). Na odcinku naczyń określanych jako tętniczki dochodzi do największego spadku ciśnienia (z 90 mm Hg do 35 mm Hg). Dlatego też naczynia te na-

Rozdział 7

112

Tabela 7.1. Czynniki humoralne wpływające na napięcie mięśni gładkich naczyń krwionośnych Czynniki wpływające na napięcie mięśni gładkich

Źródło

Czynniki uwalniające

Eikozanoidy (pochodne kwasu arachidonowego): Prostacyklina (PGI2) Prostaglandyny typu E (PGE) Tromboksan (TXA2) Leukotrieny (LTC)

komórki śródbłonka, szczególnie naczyń płucnych, komórki tuczne

mediatory stanu zapalnego

EDRF (tlenek azotu)

komórki śródbłonka

acetylocholina (receptor M1) histamina (receptor H1) serotonina (receptor S2) noradrenalina (receptor alfa2)

znaczne zmniejszenie napięcia

EDCF1(endotelina)

komórki śródbłonka

niedotlenienie

silne zwiększenie napięcia

Efekt działania

zmniejszenie napięcia zmniejszenie napięcia zwiększenie napięcia silne zwiększenie napięcia

zywa się oporowymi, które zabezpieczają delikatną sieć naczyń włosowatych przed napływem krwi pod zbyt dużym ciśnieniem. Tętniczki zasilane są krwią przez tętnice, które ze względu na budowę błony środkowej nazywane są mięśniowymi (ryc. 7.2). Ich błona wewnętrzna (intima) utworzona jest przez śródbłonek, pod nim znajduje się cienka warstwa tkanki łącznej luźnej, którą od błony środkowej oddziela błona sprężysta wewnętrzna, zbudowana z krzyżujących się włókien sprężystych. Błona środkowa (media) tętnic mięśniowych zbudowana jest z wielu (do 40) warstw okrężnie ułożonych komórek mięśniówki gładkiej połączonych ze sobą desmosomami i strefami przylegania, błonę ich otacza warstwa proteoglikanów, oplecione są one włóknami siateczkowymi i sprężystymi. Błona zewnętrzna (adventitia) zbudowana jest z tkanki łącznej luźnej z włóknami kolagenowymi i sprężystymi, zawiera naczynia (vasa vasorum) i nerwy. Oddziela ją od błony środkowej błona sprężysta zewnętrzna. Średnice tętnic mięśniowych mieszczą się w zakresie 100 µm – 1 cm. Tętnice o średnicy większej niż 1 cm zbudowane są odmiennie niż tętnice mięśniowe. Wprawdzie ściana ich utworzona jest także z 3 błon, ale ze względu na dużą zawartość elementów sprężystych nazywane są tętnicami sprężystymi. Takiego typu tętnicą jest aorta. Błona wewnętrzna takich tętnic jest grubsza niż w tętnicach mięśniowych, zbudowana również z tkanki łącznej luźnej. Błona sprężysta wewnętrzna (membrana elastica interna) składa się z 2 blaszek: wewnętrznej i zewnętrznej. Błona środkowa zawiera niewiele komórek mięśniówki gładkiej. Jej zasadniczym składnikiem są sprężyste błony okienkowe w liczbie 40–70 (zależnie od wieku osobnika). Brak błony sprężystej zewnętrznej.

Układ krążenia

113

SL

IL EL

End

EF CT

Int SL

Med

Ext

IL V Med V IL 1 CT

EL

EF SL

O

EF CF

End BL S

S IL EF EF

2

S

CF

Ryc. 7.2. Tętnica typu mięśniowego. 1. Ściana tętnicy typu mięśniowego. Int – błona wewnęrzna, End – śródbłonek, SL – warstwa podśródbłonkowa, IL – błona sprężysta wewnętrzna, Med – błona środkowa, EF – włókna sprężyste, Ext – błona zewnętrzna, EL – błona sprężysta zewnętrzna, CT – tkanka łączna, V – naczynia naczyń (vasa vasorum). 2. Błona wewnętrzna (intima). End – komórki śródbłonka, BL – błona podstawna, SL – warstwa podśródbłonkowa, CF – włókna kolagenowe, EF – włókna sprężyste, S – mięśniówka gładka IL – błona sprężysta wewnętrzna, O – otwory.

114

Rozdział 7

Błona zewnętrzna zbudowana jest z tkanki łącznej luźnej zawierającej liczne naczynia (vasa vasorum) i nerwy. Tętnice sprężyste, przede wszystkim aorta, dzięki sprężystości ściany mogą przyjmować krew wyrzucaną pod dużym ciśnieniem z lewej komory serca i w ten sposób niejako amortyzować jej silne uderzenia. Krew, która z serca poprzez naczynia tętnicze trafia do olbrzymiej sieci naczyń włosowatych, odprowadzana jest z niej przez układ naczyń żylnych.

7.3. ØY£Y Bezpośrednio z naczyń włosowatych krew przepływa do naczyń zwanych zawłosowatymi (postkapilarne). Są one szersze od włosowatych, chociaż ściana ich niewiele się różni budową. Zawiera pojedyncze nieregularnie ułożone komórki mięśniówki gładkiej. Naczynia te przechodzą w żyłki (venulae). Mają one cienką, ale ciągłą warstwę zbudowaną z komórek mięśniówki gładkiej. Światło żyłek wysłane jest zwykle śródbłonkiem zbudowanym z komórek płaskich, istnieje jednak odmiana żyłek występujących w niektórych narządach limfatycznych np. węzłach chłonnych, których śródbłonek tworzą komórki sześcienne. Jak wykazano komórki te zawierają na swej powierzchni receptory dla limfocytów, co umożliwia im przechodzenie przez ścianę żyłki. Żyłki przechodzą w żyły małe, a te w średnie. Podobnie jak w tętnicach w ścianie tych naczyń można wyróżnić 3 błony, jednak ich budowa i grubość jest inna niż w tętnicach. Błona wewnętrzna i środkowa są stosunkowo cienkie, natomiast błona zewnętrzna jest najgrubsza i zawiera podłużnie ułożone pęczki włókien kolagenowych i komórek mięśniówki gładkiej. Błona wewnętrzna żył, szczególnie kończyn tworzy zastawki (valvulae). Zapobiegają one cofaniu się krwi żylnej. Żyły duże, do których należą: żyła główna górna i dolna oraz żyła wrotna, mają dobrze wykształconą błonę wewnętrzną i widoczną błonę sprężystą wewnętrzną. Nie posiadają zastawek. Błona środkowa jest cieńsza, natomiast błona zewnętrzna bardzo dobrze rozwinięta. Ciśnienie krwi w układzie żylnym maleje od obwodu w kierunku serca. Istotne znaczenie dla przepływu krwi żylnej w kierunku serca ma tzw. pompa mięśniowa. Skurcz mięśni szkieletowych po prostu wyciska krew żylną w kierunku serca, a zastawki zapobiegają cofaniu się jej w czasie rozkurczu mięśni. Istnieje zróżnicowanie ciśnienia krwi w naczyniach żylnych w górnej i dolnej połowie ciała (nad i poniżej serca) – w górnej jest niższe niż w dolnej. Znajduje to odbicie w budowie ściany żyły. Żyły dolnej połowy ciała mają znacznie lepiej rozwiniętą błonę wewnętrzną i środkową niż żyły górnej części ciała. Krew, która trafia do serca dużymi żyłami, przez krążenie małe (płucne) wraca do niego i tłoczona jest do układu tętniczego.

7.4. SERCE Serce, które podzielone jest na cztery jamy: dwa przedsionki i dwie komory, objęte jest workiem osierdziowym (pericardium). Pomiędzy błoną worka osierdziowego a powierzchnią serca zawarta jest jama osierdziowa wysłana błoną surowiczą. Po stronie zewnętrznej błona surowicza (mesothelium) pokrywa część ścienną osierdzia zbudowaną

Układ krążenia

115

z tkanki łącznej zbitej zawierającej włókna kolagenowe i sprężyste oraz naczynia i nerwy. Po stronie wewnętrznej błona surowicza pokrywa tkankę łączną spoczywającą bezpośrednio na mięśniu sercowym. Tę warstwę tkanki łącznej wraz z błoną surowiczą nazywamy nasierdziem (epicardium). Mięsień sercowy tworzy zasadniczą warstwę ściany serca, którą nazywamy śródsierdziem (myocardium), wyróżniamy w nim warstwy mięśniowe wspólne oraz własne przedsionków i komór. Warstwy własne leżą głębiej niż wspólne. Mięśnie tworzące przedsionki i komory podlegają rytmicznym skurczom, a bodźce wywołujące te skurcze generowane są i przewodzone w układzie przewodzącym przedsionkowo-komorowym serca. Tworzą go: węzeł zatokowo-przedsionkowy (Keith–Flacka), węzeł przedsionkowo-komorowy (Tawary) oraz odchodzący od tego węzła pęczek przedsionkowo-komorowy (Hisa), który składa się z pnia oraz odnóg prawej i lewej, a ta dzieli się na gałąź przednią i tylną. Układ ten tworzą komórki zbliżone do komórek mięśnia sercowego, jednak nie posiadające lub posiadające niewiele włókienek mięśniowych oraz siateczki sarkoplazmatycznej. Mają one zdolność samoistnej depolaryzacji błony, niezależnie od układu nerwowego i w ten sposób generowania skurczu mięśnia sercowego. Układ przewodzący serca zorganizowany jest hierarchicznie. Najwyższe piętro to węzeł zatokowo-przedsionkowy, którego rytm tworzenia bodźców skurczowych jest najczęstszy i narzucany dolnym piętrom tego układu, które również mogą samoistnie generować bodźce jednak o wolniejszym rytmie. Ujawnia się to gdy w warunkach patologicznych dochodzi do przerwania połączenia ze strukturą wyższą. Jak wspomniano komórki tworzące układ przewodzący serca różnią się od komórek mięśnia sercowego. W obrębie węzła zatokowo–przedsionkowego wyróżnia się komórki P („pacemaker” – rozrusznik) oraz komórki przejściowe. Komórki P, o wielkości 5–10 µm (małe), mają cechy strukturalne przypominające komórki niezróżnicowane – mioblasty. Leżą w skupieniach i jak nazwa wskazuje są właściwymi „rozrusznikami” serca. Komórki „przejściowe” mają strukturę przypominającą zarówno komórki P jak i mięśnia sercowego. Podobnie jak zatokowy, węzeł przedsionkowo–komorowy zawiera zarówno komórki P jak i pośrednie, przy czym tych drugich znacznie więcej. Pęczek przedsionkowo-komorowy zbudowany jest z komórek mięśniowych przewodzących serca, zwanych włóknami Purkinjego. Są większe niż komórki mięśniowe, ale mają niewiele obwodowo ułożonych włókienek mięśniowych oraz liczne ziarna glikogenu. Połączone są wstawkami między sobą jak również z komórkami mięśniowymi. Bodźce skurczowe, które docierają przez włókna przewodzące przenoszone są następnie przez komórki mięśniówki serca dzięki złączom typu nexus (szczelinowatym) znajdującym się w obrębie wstawek sercowych. Poza komórkami mięśniówki sercowej oraz komórkami układu przewodzącego w sercu, a dokładnie w ścianie prawego przedsionka stwierdzono występowanie komórek, które określono jako mioendokrynowe (mięśniowo-gruczołowe). Mają one cechy budowy zarówno komórki mięśniowej – włókienka mięśniowe, siateczka sarkoplazmatyczna, kanaliki poprzeczne, jak i komórki wydzielniczej – kuliste ziarna wydzielnicze obłonione. Ziarna te zawierają polipeptyd, który działa rozkurczowo na mięśnie gładkie naczyń krwionośnych, nazwany kardiodilatyną lub przedsionkowym czynnikiem natriuretycznym (ANF), gdyż działając na nerkę zwiększa on wydalanie jonów sodowych z moczem, a przez to i wydalanie wody, czyli diurezę. Zwiększone wydzielanie ANF wywoływane jest przez powiększenie się przedsionków w skutek zwiększonego ich wypełnienia krwią, co

116

Rozdział 7

związane bywa ze wzrostem objętości krwi w krążeniu. Tak więc wydzielanie ANF związane jest z mechanizmem regulacji objętości krwi, a przez to i z regulacją ciśnienia tętniczego. Ściana serca jest unerwiona, szczególnie silnie w okolicy węzłów układu przewodzącego. Wprawdzie bodźce nerwowe nie są konieczne dla powstawania bodźców skurczowych, ale układ nerwowy (autonomiczny) może wpływać na częstość rytmu: acetylocholina zwalnia rytm, a noradrenalina przyspiesza. Oczywiście ściana serca jest unaczyniona. Główne odgałęzienia naczyń wieńcowych biegną w nasierdziu a ich gałęzie zaginają się pod kątem prostym i przebijają śródsierdzie, rozpadając się na coraz drobniejsze gałęzie, które dochodzą do wsierdzia.

7.4.1. WSIERDZIE W obrębie wsierdzia (endocardium) wyróżniamy: śródbłonek, warstwę podśródbłonkową utworzoną z sieci włókien kolagenowych, warstwę środkową wsierdzia (mięśniowo-sprężystą), która jest silnie rozwinięta, zawiera włókna sprężyste i kolagenowe oraz komórki mięśniówki gładkiej i warstwę podwsierdziową, która zawiera tkankę łączną luźną, wraz ze splotami naczyniowymi (końcowe odgałęzienia naczyń wieńcowych), włóknami nerwowymi i komórkami tłuszczowymi. W tej właśnie warstwie wsierdzia przebiega pęczek przedsionkowo-komorowy układu przewodzącego serca. Zastawki poza strukturami typowymi dla wsierdzia zawierają wewnętrzny łącznotkankowy szkielet zbudowany z warstwy włókien kolagenowych i sprężystych. Włókna te u nasady zastawek łączą się z pierścieniami włóknistymi otaczającymi ujścia przedsionkowo-komorowe. Zastawki, które są zdwojeniem wsierdzia, odgrywają zasadniczą rolę w pracy serca jako pompy tłoczącej krew.

7.5. NACZYNIA LIMFATYCZNE Obok naczyń krwionośnych do układu naczyniowego należą naczynia limfatyczne. Układ ten zaczyna się od naczyń włosowatych mających budowę podobną do naczyń włosowatych krwionośnych jednak zaczynają się ślepo. Przechodzą one w naczynia limfatyczne małe. Naczynia te są one cienkościenne, zawierają jedynie pojedyncze komórki mięśniówki gładkiej. Posiadają zastawki. Naczynia limfatyczne średnie mają ścianę trójwarstwową. Błona wewnętrzna wysłana śródbłonkiem, zawiera tkankę łączną luźną i błonę sprężystą wewnętrzną. Błonę środkową tworzy kilka warstw komórek mięśniówki gładkiej w układzie okrężnym i podłużnym. Posiadają liczne zastawki, a siłą tłoczącą limfę jest skurcz mięśni szkieletowych. Naczynia limfatyczne duże: przewód limfatyczny prawy i przewód piersiowy, które przekazują chłonkę do układu krwionośnego w „kątach żylnych”, mają również trójwarstwową ścianę, przy czym warstwa środkowa jest najsilniej rozwinięta. I te naczynia zawierają zastawki, jednak zaczynają się ślepo.

Układ krążenia

117

7.6. CYTOFIZJOLOGIA KOM”REK NACZYNIOWYCH Jak z tego co dotąd powiedziano wynika układ naczyniowy ma za zadanie rozprowadzenie krwi tętniczej oraz zbieranie krwi żylnej i chłonki. Jednak czynność tworzących go komórek nie ogranicza się jedynie do „budowania” ścian tego układu. Komórki śródbłonka wykazują niezwykle wysoką aktywność metaboliczną. Mogą produkować składniki substancji międzykomórkowej tj. kolagen typu I, III, IV i V, glikoproteiny – laminina i fibronektyna, glikozaminoglikany – siarczan heparanu i kwas hialuronowy. Mogą one wpływać zarówno aktywująco na proces krzepnięcia krwi poprzez produkcję tromboplastyny, jak i przeciwdziałać krzepnięciu krwi poprzez przeciwdziałanie przyleganiu i agregacji płytek krwi. To ostatnie działanie komórek śródbłonka realizowane jest poprzez produkcję prostacyklin (PGI2) oraz generowanie ładunku ujemnego powierzchni komórki przez produkowane i wydzielane GAG. Komórki śródbłonka wpływają także na proces fibrynolizy poprzez produkcję aktywatora plazminogenu. Mają na swej powierzchni receptor dla składnika C1q układu dopełniacza oraz dla fragmentu Fc immunoglobulin G (patrz rozdz. 13). Jednocześnie mają zdolność inaktywowania niektórych składników dopełniacza oraz mediatorów stanu zapalnego tj. bradykinina i serotonina. Śródbłonek jest silnie immunogenny i w przeszczepach narządowych jest pierwszy atakowany przez układ immunologiczny biorcy. Immunogenność ta wynika z obecności na jego powierzchni antygenów głównego układu zgodności tkankowej (MHC) zarówno klasy I jak i II. Komórki śródbłonka biorą udział w regulowaniu ciśnienia krwi, bowiem jego komórki produkują zarówno czynniki rozszerzające naczynia tj. EDRF (ang. endothelium derived relaxing factor) będący w istocie tlenkiem azotu (NO), który zmniejsza napięcie m. gładkiej ściany naczynia jak i zwężające tj. EDCF (ang. endothelium derived contraction factor) nazywany także endoteliną (tabela 7.1). Śródbłonki wpływają na ciśnienie krwi także poprzez obecny w nich enzym konwertazę angiotensyny I. Komórki śródbłonka zawierają na swej powierzchni związaną poprzez siarczan heparanu lipazę lipoproteinową oraz receptory dla lipoprotein niskiej gęstości (LDL). Komórki śródbłonka naczyń włosowatych mogą proliferować i tworzyć nowe naczynia, proces ten nazywamy angiogenezą. Również komórki mięśniówki gładkiej nie tylko są elementem kurczliwym ściany naczyń. Mogą produkować kolagen, elastynę, proteoglikany i glikoproteidy. Komórki te mogą migrować, dzielić się i fagocytować.

UK£AD ODDECHOWY

8

Zasadniczą funkcją tego układu jest wymiana gazowa, tzn. doprowadzenie do organizmu tlenu i odprowadzenie z niego dwutlenku węgla. Wyróżniamy w tym układzie: część przewodzącą obejmującą jamę nosową, nosogardziel, krtań, tchawicę, oskrzela i oskrzeliki i część oddechową – oskrzeliki oddechowe, przewody pęcherzykowe i pęcherzyki płucne. Funkcją części przewodzącej jest doprowadzenie i odprowadzenie powietrza oraz jego klimatyzowanie. Klimatyzowanie powietrza polega na jego ogrzewaniu, nawilżaniu i oczyszczaniu.

8.1. JAMA NOSOWA Pierwszy odcinek tzw. dróg oddechowych to jama nosowa, w której wyróżniamy następujące części: przedsionek nosa, część oddechową i część węchową. Przedsionek nosa pokrywa nabłonek wielowarstwowy płaski rogowaciejący będący przedłużeniem naskórka pokrywającego nozdrza. Znajdują się tutaj włosy mające znaczenie dla wstępnego oczyszczania wdychanego powietrza. Zasadnicza część jamy nosowej to część oddechowa obejmująca także małżowiny nosowe: środkową i dolną. Wyścieła ją błona śluzowa, którą tworzy nabłonek wielorzędowy migawkowy z licznymi komórkami kubkowymi oraz leżąca pod błoną podstawną nabłonka blaszka właściwa błony śluzowej (lamina propria) zbudowana z tkanki łącznej właściwej luźnej oraz znajdujących się w tej warstwie gruczołów śluzowo-surowiczych (cewkowo-pęcherzykowych) i licznych naczyń. W błonie śluzowej małżowin nosowych znajdują się sploty żylne, zwane splotami jamistymi. Wypełniając się krwią powodują one zwężenie jamy nosowej, co sprzyja ogrzaniu i nawilżeniu powietrza. Uchodzące do tej części jamy nosowej jamy boczne nosa wysłane są podobną błoną śluzową, jednak cieńszą. Spoczywa ona podobnie jak w całej jamie nosowej na okostnej lub ochrzęstnej. Układ odpornościowy tworzy w jamie nosowej i jej rejonie system obronny określany jako: tkanka limfatyczna związana z nosem – NALT (ang. nasal associated lympoid tissue). Należą do niego grudki chłonne w błonie śluzowej jamy nosowej oraz migdałki: gardłowy i podniebienne (roz. 11.3.3). Część węchowa zajmuje górną część jamy nosowej i górną powierzchnię małżowiny górnej, obejmując w obu jamach powierzchnię ok. 6 cm2. Pokrywający błonę śluzową nabłonek jest również wielorzędowy, ale jest znacznie wyższy (60 µm) i ma inny skład komórkowy. W skład komórek tego nabłonka wchodzą: komórki węchowe, komórki podporowe i komórki podstawne. Komórki węchowe zajmują całą wysokość nabłonka, ich średnica u podstawy jest większa niż u szczytu. Szczytowa część komórki tworzy tzw.

Układ oddechowy

119

pęcherzyk węchowy i połączona jest z sąsiednimi podporowymi komórkami za pomocą desmosomów. Na szczycie komórki (pęcherzyka węchowego) znajduje się kilka (6–10) rzęsek węchowych o długości 100 µm i zawierających 9 mikrotubul, u podstawy rzęski podwójnych, wyżej pojedynczych. Rzęski te zanurzone są w warstwie śluzowo-surowiczej pokrywającej powierzchnię nabłonka. Uważa się je za receptory węchu, a komórki węchowe za dwubiegunowe neurony (komórki nerwowe), których neuryty zbierając się w pęczki i przebijając blaszkę sitową tworzą nerw węchowy. Komórki podporowe równie wysokie jak węchowe, mają na powierzchni mikrokosmki, a jądra ich leżą wyżej niż komórek węchowych. Komórki podstawne spoczywają tak jak wyżej omówione komórki na błonie podstawnej, ale nie sięgają powierzchni nabłonka. Mogą dzielić się i przekształcać w komórki podporowe. W leżącej pod nabłonkiem blaszce właściwej błony śluzowej poza typowymi składnikami tkanki łącznej są gruczoły cewkowo-pęcherzykowe zwane węchowymi. Ich wydzielina ma odgrywać rolę w percepcji zapachów (rozpuszczanie substancji chemicznych).

8.2. KRTA— Z jamy nosowej, poprzez gardło, odcinkiem wspólnym dla układu oddechowego i pokarmowego, powietrze trafia do krtani. Rusztowanie krtani stanowią chrząstki: – nieparzyste – nagłośniowa, tarczowa i pierścieniowata; – parzyste – nalewkowate, różkowate i klinowate. Chrząstki: różkowata, klinowata i nagłośniowa są sprężyste, pozostałe szkliste. Chrząstki krtani połączone są mięśniami krtani utworzonymi z włókien mięśniowych prążkowanych. Światło krtani wyścieła błona śluzowa, której blaszka właściwa zbudowana jest z tkanki łącznej właściwej luźnej i zawiera gruczoły głównie śluzowe. Błonę śluzową pokrywa nabłonek wielowarstwowy płaski lub wielorzędowy migawkowy zależnie od okolicy krtani. Nagłośnia, której „szkielet” stanowi chrząstka sprężysta, od strony językowej ma błonę śluzową pokrytą nabłonkiem wielowarstwowym płaskim, zaś od strony krtaniowej nabłonkiem wielorzędowym. Błona śluzowa spoczywa na ochrzęstnej. Poniżej nagłośni, w zwężającej się lejkowato krtani znajdują się dwa parzyste fałdy: fałdy przedsionkowe (fałdy głosowe rzekome) oraz fałdy głosowe, których brzegi nazywane są strunami głosowymi, a szpara znajdująca się pomiędzy tymi strunami nazywana jest szparą głosową. Fałdy przedsionkowe wysłane są nabłonkiem wielorzędowym migawkowym, a ich błona śluzowa właściwa zawiera liczne gruczoły surowiczo–śluzowe. Natomiast błona śluzowa fałdów głosowych, przy strunach głosowych zawiera wiązki włókien sprężystych, które nazywamy więzadłami głosowymi, natomiast nie ma tu gruczołów. Fałdy głosowe wysłane są również nabłonkiem wielorzędowym migawkowym, jedynie struny głosowe, a więc brzegi fałdów wysłane są nabłonkiem wielowarstwowym płaskim. Krtań obok funkcji przewodzenia powietrza pełni funkcję narządu głosu.

120

Rozdział 8

8.3. TCHAWICA Krtań łączy się z tchawicą. „Szkielet” tchawicy tworzą półpierścienie około 20 chrząstek szklistych, których ramiona skierowane są do tyłu i połączone błoną, zwaną ścianą błoniastą. Zawiera ona komórki mięśniówki gładkiej oraz tkankę łączną luźną. Chrząstki tchawicze znajdują się w błonie podśluzowej i połączone są ze sobą przez tkankę łączną włóknistą zawierającą włókna kolagenowe, które tworzą tzw. więzadła obrączkowate. W istocie łączą one ze sobą ochrzęstne sąsiadujących chrząstek. Od strony światła tchawicy jej błonę podśluzową zawierającą chrząstki pokrywa błona śluzowa, na powierzchni której znajduje się nabłonek wielorzędowy migawkowy. Tworzy go 6 rodzajów komórek, które spotyka się nie tylko w tchawicy, ale wszędzie tam, w drogach oddechowych, gdzie znajduje się nabłonek wielorzędowy. Najczęściej występujący rodzaj komórek to (1) komórki z migawkami (rzęskami), mające liczne mitochondria szczególnie w górnej części komórki. Także dość liczne są (2) komórki kubkowe, które w górnej części (nadjądrowej) mają liczne ziarna wydzielnicze, a w dolnej RER i AG. Obok wyżej wymienionych komórek występują komórki zwane szczoteczkowymi, z których jedne mają charakter komórek (3) niezróżnicowanych mogących prawdopodobnie przekształcać się w komórki migawkowe i kubkowe, a inne (4) kontaktują się z włóknami nerwowymi i mają dobrze rozwiniętą SER. Na błonie podstawnej nabłonka leżą komórki, które w przeciwieństwie do wyżej opisanych nie sięgają powierzchni nabłonka. Są to: (5) komórki podstawne i (6) ziarniste. Komórki podstawne są aktywne mitotycznie i wśród nich znajdują się komórki pnia tego nabłonka. Natomiast komórki ziarniste zawierają ziarnistości wydzielnicze o średnicy 100–300 nm, odpowiadające ziarnistościom zawierającym katecholaminy, prawdopodobnie odgrywają one rolę w regulowaniu aktywności wydzielniczej błony śluzowej. Błona podśluzowa i w mniejszym stopniu śluzowa tchawicy zawiera gruczoły śluzowo-surowicze. Błonę podśluzową i śluzową rozdziela blaszka sprężysta.

8.4. OSKRZELA Tchawica rozdziela się na dwa oskrzela główne: prawe i lewe. Prawe dzieli się następnie na trzy oskrzela płatowe, a lewe na dwa. Następnie każde z oskrzeli płatowych dzieli się dychotomicznie (dwudzielnie), a powstałe odgałęzienia dzielą się znowu dychotomicznie i tak dochodzi do 23 takich podziałów, przy czym średnica powstających odgałęzień staje się coraz mniejsza. Po 12 podziałach osiąga ona 1 mm. Dalsze odgałęzienia nazywamy oskrzelikami (13–23 podziałów). Oskrzela główne mają budowę bardzo zbliżoną do tchawicy, natomiast oskrzela płatowe mają już chrząstki nie w postaci półpierścieni, lecz płytek. Płytki zbudowane z chrząstki szklistej znajdują się w błonie podśluzowej oskrzela, która od wewnątrz chrząstek zawiera gruczoły śluzowo–surowicze. Na granicy błony podśluzowej i śluzowej znajduje się warstwa mięśniówki gładkiej, obejmująca całe światło oskrzeli. Komórki mięśniowe ułożone są w krzyżujące się spirale. W oskrzelach począwszy od płatowych, blaszka sprężysta (na granicy błony podśluzowej i śluzowej) rozdziela się na pasma sprężyste,

Układ oddechowy

PV

121

PA

IB BA

IV

Br BA LL PA

S

TBr

A

RBr

BA PA

AD A

A

A Pl

SV

PlV Cap

PlV LA

EF

EB TS

TSs

250 µm

Ryc. 8.1. Płacik płucny. LL – płacik płucny, Pl – opłucna płucna, S – przegroda międzypłacikowa, IB – oskrzele, Br – oskrzelik, TBr – oskrzelik końcowy, RBr – oskrzeliki oddechowe, AD – przewody pęcherzykowe, A – pęcherzyki, LA – gronko opłucne, EB – koszyczek sprężysty, PA – odgałęzienie tętnicy płucnej, Cap – siatka naczyń włosowatych, SV – żyły krótkie, PIV – żyły opłucnej płucnej, IV – żyły przegród rniędzypłacikowych, PV – żyły płucne, BA – tętnice oskrzelowe, TS – nabłonek surowiczy, TSs – tkanka podsurowicza, EF – włókna sprężyste.

122

Rozdział 8

które biegną aż do końca oskrzelików. W błonie śluzowej właściwej występują gruczoły surowiczo-śluzowe. Nabłonek jest analogiczny jak w tchawicy, chociaż w oskrzelach małych jest on niższy, a komórki kubkowe bardziej liczne. W nabłonku oskrzeli, głównie w ich rozwidleniach znajdują się zgrupowania komórek, w liczbie kilkudziesięciu, zwierających liczne ziarna wydzielnicze. Zgrupowania te nazywane są ciałkami nerwowo-nabłonkowymi, a ich komórki są chemoreceptorami rejestrującymi zmiany składu powietrza wydychanego i reagującymi przez wydzielanie peptydów i katecholamin, które wpływają na przepływ powietrza przez oskrzela a krwi przez naczynia. Jak wspomniano wraz ze zmniejszeniem się średnicy oskrzela dochodzi do zmian w budowie jego ściany, chrząstka staje się coraz mniejsza, szklistą zastępuje sprężysta. W błonie śluzowej oskrzeli i oskrzelików znajdują się komórki tuczne, opłaszczone immunoglobulinami klasy IgE. Jeśli do dróg oddechowych trafi swoisty dla immunoglobulin alergen może dojść do degranulacji komórek tucznych i uwolnienia się zawartych w nich substancji biologicznie czynnych takich jak histamina, serotonina, bradykinina, oraz wydzielania leukotrienów. Substancje te powodują skurcz oskrzeli i oskrzelików, a przez to zaburzenia w oddychaniu (dychawica oskrzelowa).

8.5. OSKRZELIKI Ściana oskrzelika nie zawiera chrząstki i gruczołów, a tworzą ją: tkanka łączna i stosunkowo gruba warstwa mięśniowa. Nabłonek jest jednowarstwowy walcowaty i nie zawiera komórek kubkowych. Tworzą go cztery rodzaje komórek: 1. migawkowe (rzęsate); 2. oskrzelikowe (Clary). Ultrastruktura tych komórek przypomina komórki wydzielnicze. Rola komórek oskrzelikowych nie jest poznana; 3. z mikrokosmkami, nieliczne, być może różnicujące się w inne komórki nabłonkowe; 4. ziarniste, również nieliczne. Ostatnie rozgałęzienie dychotomiczne oskrzelików nazywamy oskrzelikami końcowymi. Przechodzą one w tzw. oskrzeliki oddechowe, a te w przewody pęcherzykowe. Odgałęzienia jednego oskrzelika końcowego tworzą gronko płucne (acinus), otacza je cienka warstwa tkanki łącznej. Kilkanaście gronek tworzy płacik płucny (lobulus), stożek o średnicy u podstawy 1–2 cm (ryc. 8.1). Płaciki tworzą segmenty, a te płaty płucne. Na oskrzelikach końcowych kończy się część przewodząca układu oddechowego, a zaczyna część oddechowa. Następny odcinek – oskrzeliki oddechowe w ścianie swojej zawierają pęcherzyki płucne w których zachodzi już wymiana gazowa. Mają one średnicę ok. 0,3 mm. Dzielą się trzykrotnie, oczywiście dychotomicznie. Ściana ich wysłana jest nabłonkiem jednowarstwowym sześciennym migawkowym, zawiera on także komórki oskrzelikowe. W tkance łącznej pod nabłonkiem można zobaczyć błonę z mięśniówki gładkiej. Oskrzeliki oddechowe przechodzą w przewody pęcherzykowe, które dzielą się dwukrotnie. Ściany ich w istocie tworzą otwarte do przewodów pęcherzyki płucne, nimi też kończy się przewód. W ujściach pęcherzyków płucnych do przewodów mogą znajdować się pojedyncze komórki m. gładkiej.

Układ oddechowy

123

komórki śródbłonka komórka nabłonka makrofag w przegrodzie międzypęcherzykowej pory w przegrodzie

pneumocyty typu II

pneumocyty typu I

makrofag komórka śródbłonka pęcherzykowy

przegroda międzypęcherzykowa

Ryc. 8.2. Trójwymiarowy schemat pęcherzyków płucnych i budowy przegród międzypęcherzykowych.

8.6. P CHERZYKI P£UCNE Pęcherzyki płucne, o średnicy ok. 200 µm, stanowią te struktury płucne, w których zachodzi wymiana gazowa, jest ich ok. 300 milionów. Oddzielone są one od siebie przegrodami międzypęcherzykowymi, które stanowią jakby wspólną ścianę sąsiadujących pęcherzyków. Przegroda międzypęcherzykowa zawiera tkankę łączną luźną, z licznymi włóknami sprężystymi, jednak jej zasadniczym składnikiem jest sieć naczyń włosowatych. W istocie płuca to gigantyczne sieci naczyń włosowatych o łącznej powierzchni około 140 m2. Często naczynia te leżą bezpośrednio pod nabłonkiem wyściełającym pęcherzyk płucny, a wtedy błona podstawna śródbłonka łączy się z błoną podstawną nabłonka pęcherzykowego. W przegrodach spotyka się otwory zwane pęcherzykowymi. Nabłonek wyściełający pęcherzyki zawiera trzy rodzaje komórek: pneumocyty typu I, II i III.

Rozdział 8

124

4 3 5 1

2

8

cholina

aminokwasy

6

7

Ryc. 8.3. Komórka typu II nabłonka pęcherzyka płucnego. Tworzenie i wydzielanie surfaktanu. 1 – pneumocyt II typu, 2 – pneumocyt I typu, 3 – surfaktant faza lipidowa, 4 – surfaktant faza wodna, 5 – tworzenie się ciałka blaszkowatego, 6 – połączenie zamykające, 7 – makrofag, 8 – błona podstawna.

Pneumocyty typu I (inaczej płaskie): stanowią znaczną większość komórek nabłonka (ponad 90%), są znacznie spłaszczone. Łączą się połączeniami zamykającymi (occludens). Odgrywają zasadniczą rolę w wymianie gazowej. Pneumocyty typu II (inaczej duże): mają kształt zbliżony do sześcianu, okrągłe jądro. Na powierzchni mają mikrokosmki. Cytoplazma zawiera mitochondria, RER, AG, peroksysomy oraz charakterystyczne ciałka blaszkowate. Ciałka te zawierają fosfolipidy, które są składnikiem tzw. surfaktantu – czynnika powierzchniowego. Właśnie produkcja surfaktantu to zasadnicza funkcja tych komórek (ryc. 8.3). Surfaktant obok fosfolipidów zawiera również białka i węglowodany. Tworzy on warstwę pokrywającą powierzchnię nabłonka pęcherzyków. Wyróżniamy w nim dwie warstwy: hipofazę, leżącą bezpośrednio na komórkach, zawiera ona głównie hydrofilne białka oraz warstwę fosfolipidową, zawierającą głównie dwupalmitynian fosfatydylocholiny. Surfaktant zmniejsza napięcie powierzchniowe i zapobiega zapadaniu się pęcherzyków w czasie wydechu. Pneumocyty typu III – bardzo rzadkie, na powierzchni mają mikrokosmki. Są bogate w organella, zawierają dużo glikogenu. Zaobserwowano połączenia tych komórek z włóknami nerwowymi, co nasunęło przypuszczenie, że mogą pełnić funkcję chemoreceptorów. Na powierzchni nabłonka pęcherzykowego napotkać można makrofagi, występują one również wewnątrz przegród międzypęcherzykowych. Gromadzą one cząsteczki pyłów

Układ oddechowy

125

światło pęcherzyka

światło włośniczki

jądro komórki śródbłonka

CO2 surfaktant erytrocyt

nabłonek pęcherzykowy połączone błony podstawne

śródbłonek

O2

0,1–1,5 mm Ryc. 8.4. Fragment przegrody międzypęcherzykowej pokazujący barierę krew-powietrze.

docierających z powietrza do pęcherzyków i dlatego noszą nazwę komórek pyłowych. Gdy z powodu wad serca dochodzi do zastoju krwi w płucach i przechodzenia krwinek czerwonych do światła pęcherzyków, makrofagi gromadzą wtedy hemosyderynę powstałą z hemoglobiny sfagocytowanych erytrocytów i przyjmują charakterystyczny żółto-brązowy kolor. Nazywa się je wtedy komórkami wad serca. Z pęcherzyków makrofagi wędrują do oskrzelików, a potem ze śluzem do górnych części dróg oddechowych i są wydalane. Makrofagi płucne, tak jak i inne komórki należące do układu fagocytów jednojądrzastych, pochodzą ze szpiku kostnego i drogą krwi jako monocyty trafiają do płuc. Powietrze w pęcherzykach płucnych od krwinek czerwonych w naczyniach włosowatych oddziela kolejno: surfaktant – cytoplazma pneumocytów (najczęściej typu I) – błona podstawna nabłonka pęcherzykowego – błona podstawna śródbłonka – cytoplazma komórek śródbłonka. W sumie te elementy tworzą to co nazywamy barierą krew–powietrze. To przez nią odbywa się przenikanie drogą dyfuzji, dzięki różnicy ciśnień parcjalnych: tlenu ze światła pęcherzyków do naczyń włosowatych i odwrotnie dwutlenku węgla. W efekcie utlenowana i pozbawiona CO2 krew odpływa z płuc, a na jej miejsce napływa krew uboga w tlen a zawierająca duże stężenie jonów wodorowęglanowych. Część (zasadnicza) krążenia w płucach, która spełnia taką właśnie rolę określamy jako krążenie czynnościowe. Tworzą je tętnice płucne powstające z pnia płucnego, oraz odprowadzające utlenowaną krew żyły płucne. Istnieje również krążenie odżywcze, tworzą je tętnice oskrzelowe doprowadzające krew utlenowaną: odżywiają one drzewo oskrzelowe, nerwy i tkankę łączną, ich ostatnie odgałęzienia łączą się z naczyniami włosowatymi krążenia czynnościowego.

126

Rozdział 8

8.7. OP£UCNA Opłucna (pleura) zbudowana jest z dwóch blaszek: blaszki pokrywającej bezpośrednio miąższ płuca nazywanej opłucną płucną oraz blaszki pokrywającej ścianę klatki piersiowej od wewnątrz nazywanej opłucną ścienną. W okolicy wnęki płuc blaszki te łączą się ze sobą. Pomiędzy blaszkami znajduje się przestrzeń, w warunkach fizjologicznych szczelinowata z niewielką ilością płynu surowiczego, nazywana jamą opłucnej. Opłucna płucna od strony jamy wysłana jest nabłonkiem jednowarstwowym (mesothelium). Nabłonek spoczywa na błonie podstawnej pod którą znajduje się cienka warstwa tkanki łącznej włóknistej zawierającej głównie włókna kolagenowe, która łączy się z tkanką łączną miąższu płucnego, bogatą we włókna sprężyste. Opłucna ścienna wysłana jest także nabłonkiem jednowarstwowym płaskim spoczywającym na błonie podstawnej. Pod nią warstwa tkanki łącznej włóknistej zbitej.

KREW OBWODOWA

9

Krew jest odmianą tkanki łącznej, zawiera komórki otoczone przez osocze, odpowiednik substancji międzykomórkowej. Jej funkcje są różnorakie: udział w wymianie gazowej, odporności organizmu oraz jego czynnościowa integracja. Tak więc krew odgrywa zasadniczą rolę w utrzymaniu homeostazy ustroju. Dzięki temu, że przepływa przez wszystkie narządy jej skład jest odbiciem stanu całego organizmu, a jednocześnie dzięki temu, że jest łatwo dostępna bez szkody dla organizmu, stanowi zasadniczy materiał diagnostyczny. Stąd dobra znajomość budowy i funkcji składników krwi ma podstawowe znaczenie dla całej medycyny praktycznej. Krew zawierająca czynniki przeciwdziałające krzepnięciu (heparyna, cytrynian) poddana wirowaniu, tworzy dwie warstwy: dolną tworzą komórki i płytki krwi, górną osocze. W wyniku wirowania takiej krwi w probówkach o standartowych wymiarach otrzymujemy tzw. hematokryt. Informuje on jaką część odwirowanej krwi stanowią erytrocyty i leukocyty; u dorosłych mężczyzn wynosi on 40–50%, średnio 45%, u kobiet jest nieco niższy. Zmienia się z wiekiem, po urodzeniu spada, po czym pod koniec dzieciństwa zaczyna rosnąć. W diagnostyce informuje o zmianach w uwodnieniu organizmu, oraz pośrednio o utracie krwi. Jeśli pobranej krwi pozwoli się skrzepnąć, to obok skrzepu uzyskujemy surowicę, która różni się od osocza tym, że nie zawiera białek zaangażowanych w tworzenie skrzepu, głównie zaś fibrynogenu. Osocze (plasma) jest zawiesiną drobno- i wielkocząsteczkowych substancji, które stanowią ok. 10% jego objętości, w tym białka stanowią 7%, zaś sole nieorganiczne 0,9%. Odczyn osocza jest lekko zasadowy (pH = 7,35), gdyż zawiera ono układy buforowe: głównie węglany oraz fosforany. Białka osocza można rozdzielić przy pomocy elektroforezy na: albuminy oraz alfa, beta i gamma globuliny. Głównym składnikiem są albuminy i one decydują o ciśnieniu onkotycznym krwi. We frakcji alfa-globulin zawarta jest ceruloplazmina, która wiąże i transportuje jony miedzi, a we frakcji beta-globulin zawarta jest transferyna, która wiąże i transportuje jony żelaza. Natomiast we frakcji gamma-globulin zawarte są immunoglobuliny mające właściwości przeciwciał. Białka osocza biorą udział w transporcie lipidów, tworząc z nimi cząsteczki lipoproteidów. Osocze zawiera ponadto bardzo wiele różnych ważnych czynnościowo substancji (np. hormony), których stężenie ilustruje stan czynnościowy różnych układów i narządów. Składniki morfotyczne krwi, zawieszone w osoczu to krwinki czerwone – erytrocyty i krwinki białe – leukocyty. Ilościowo erytrocyty stanowią główny składnik morfotyczny – z 45% hematokrytu leukocyty stanowią tylko 1%. Oceny morfotycznych składników krwi dokonuje się w preparatach krwi zwanych rozmazami, które barwione są panchromatycznie (wielobarwnikowo), zwykle przy pomo-

128

Rozdział 9

cy mieszanin barwników May-Grünwald i Giemsy. W wyniku tego barwienia: składniki zabarwione na niebiesko określamy jako zasadochłonne (bazofilne), na różowo jako azurofilne, żółto-różowo jako kwasochłonne (eozynofilne), na łososiowo, lila jako neutrofilne.

9.1. KRWINKI CZERWONE Krwinki czerwone – erytrocyty barwią się kwasochłonnie, są eozynofilne, ze względu na zawartość zasadowego białka – hemoglobiny. W rozmazach mają kształt okrągły, u ssaków nie zawierają jądra, a ich średnica wynosi średnio 7,3 µm (6,5–8 µm). W zawiesinie (osoczu) mają kształt dwuwklęsłej soczewki, o obj. ~90 µm3 i pow. 140 µm2. Ten szczególny kształt erytrocytów zapewnia im bardzo korzystny stosunek powierzchni/objętości, co sprzyja wymianie gazowej. Obserwacje erytrocytów w naczyniach wskazują, że mogą się one odkształcać, powracając do pierwotnego kształtu. Dzieje się tak szczególnie w wąskich naczyniach włosowatych. W stanach chorobowych mogą być większe niż 9 µm (makrocytoza) lub mniejsze niż 6 µm (mikrocytoza), różnej wielkości (anizocytoza) lub różnego kształtu (poikilocytoza). Prawidłowo we krwi mężczyzn jest ich 5 milionów/µl, a u kobiet 4,5–5 milionów/µl. Błona erytrocytu zachowuje się jak błona półprzepuszczalna i gdy znajduje się on w środowisku o niskim stężeniu osmotycznym (hipotonia) dochodzi do zmiany kształtu na okrągły i ucieczki hemoglobiny do płynu. Zjawisko takie nazywamy hemolizą, a to co pozostaje po erytrocytach nazywamy cieniami erytrocytów. Cienie to błona erytrocytu oraz zawarty wewnątrz zrąb (stroma). Erytrocyty pozbawione hemoglobiny tracą 90% swojej suchej masy. Stanowi więc ona główny ich składnik. Hemoglobina jest kompleksem białka – globiny z hemem. Hem to pierścień protoporfirynowy połączony z żelazem, jest on identyczny we wszystkich rodzajach hemoglobiny, natomiast łańcuchy polipeptydowe globiny wykazują zróżnicowanie. U dorosłego osobnika 97% stanowi HbA1, 2% HbA2, a 1% HbF, które jest charakterystyczna dla okresu płodowego (u noworodka 80%). Hemoglobina wiążąc się z tlenem tworzy oksyhemoglobinę, a z CO2 karbaminohemoglobinę, są to związki odwracalne, natomiast z CO tworzy karboksyhemoglobinę, związek nieodwracalny. Dwutlenek węgla w przeciwieństwie do tlenu transportowany jest nie przez erytrocyty, a przez osocze (70%), w postaci anionu wodorowęglanowego. W tkankach CO2 wnika do erytrocytów gdzie przy udziale enzymu anhydrazy węglanowej tworzony jest kwas węglowy, który dysocjuje, a powstały anion wodorowęglanowy przechodzi do osocza wymieniany na anion chlorkowy. W płucach następuje proces odwrotny, anion wodorowęglanowy wnika do erytrocytów i powstaje kwas węglowy rozkładany przez anhydrazę węglanową na wodę i dwutlenek węgla, który przechodzi do osocza a następnie do powietrza pęcherzykowego. Erytrocyty powstają w szpiku kostnym i trafiają do krwi obwodowej zawierając niewielkie ilosci rRNA, co powoduje odmienną barwliwość niż dojrzałych erytrocytów. Nazywa się je retikulocytami, stanowią 1–2% erytrocytów. Po 24–48 godzinach dojrzewają tracąc zawarty w nich rRNA. Ich odsetek ilustruje tempo odnowy erytrocytów, które normalnie przebywają we krwi obwodowej 100–120 dni. „Stare” erytrocyty usuwane są drogą fagocytozy przez makrofagi śledziony i szpiku kostnego. Nie posiadają mitochondriów i niejako paradoksalnie energię czerpią z glikolizy beztlenowej.

Krew obwodowa

129

Na powierzchni erytrocytów znajdują się antygeny zwane grupowymi, najbardziej znane układu ABO i Rh, które są glikoproteinami.

9.2. KRWINKI BIA£E Krwinki białe – leukocyty dzielone są na dwie zasadnicze grupy: granulocyty i agranulocyty, a podstawę tego podziału stanowi obecność lub brak specyficznych ziarnistości w cytoplazmie. Granulocyty zależnie od barwliwości specyficznych ziaren dzieli się na: obojętnochłonne, kwasochłonne i zasadochłonne (tabela 9.1). Wspólną właściwością leukocytów, których prawidłowo jest 5–10 tys./µl, stanowi zdolność przechodzenia ze światła naczyń włosowatych do tkanek, drogą diapedezy.

Tabela 9.1. Zawartość ziaren w ludzkich granulocytach Komórka

Ziarna specyficzne

Ziarna azurofilne

Granulocyty obojętnochłonne

Fosfataza zasadowa Kolagenaza Laktoferyna Lizozym Fagocytna

Fosfataza kwaśna alfa–mannozydaza Arylsulfataza beta–galaktozydaza beta–glukuronidaza Katepsyna 5'–nukleozydaza Elastaza Kolagenaza Mieloperoksydaza Lizozym Kationowe białka przeciwbakteryjne

Granulocyty kwasochłonne

Fosfataza kwaśna Arylsulfataza beta–glukuronidaza Katepsyna Fosfolipaza RNA–za Peroksydaza MBP (główne białko zasadowe)

Granulocyty zasadochłonne

Czynnik chemotaktyczny dla eozynofilów Heparyna Histamina Peroksydaza

Rozdział 9

130

Tabela 9.2. Skład procentowy leukocytów krwi obwodowej oraz ich funkcje Granulocyty obojętnochłonne

60–70%

Granulocyty kwasochłonne

1–4 %

działanie cytotoksyczne i fagocytowanie kompleksów immunologicznych

Granulocyty zasadochłonne

0,5–1%

wydzielanie mediatorów zapalnych

Limfocyty

30–40%

komórki efektorowe układu odporności nabytej

T

70–80%

udział w odpowiedzi komórkowej oraz pomocniczy w odporności humoralnej, działanie regulacyjne przez wydzielanie cytokin

B

10–20%

efektorowe w odpowiedzi humoralnej, prezentowanie antygenu

NK

10%

cytotoksyczność naturalna (nieswoista) wydzielanie cytokin

Monocyty

4–8%

po wniknięciu do tkanek przekształcają się w makrofagi, które fagocytują i zabijają bakterie; należą do komórek prezentujących antygeny (APC), wydzielają cytokiny

fagocytowanie i zabijanie bakterii

9.2.1. GRANULOCYTY OBOJ TNOCH£ONNE Granulocyty obojętnochłonne stanowią większość leukocytów – 60–70%, mają kształt okrągły, średnicę ok. 12–15 µm, jądro podzielone na 2–5 płatów (segmentów) (ryc. 9.1.D). Najmłodsze postacie, które właśnie opuściły szpik mają jądro jeszcze bez płatów i nazywa się je granulocytami obojętnochłonnymi pałeczkowatymi, stanowią prawidłowo 3–5% granulocytów obojętnochłonnych (ryc. 9.1.E). Cytoplazma zawiera ziarnistości barwiące się łososiowo lub lila, o średnicy 0,3–0,8 µm, określane jako swoiste, oraz mniej liczne ziarnistości azurofilne. Ziarnistości azurofilne pojawiają się w rozwoju granulocytów wcześniej. Zawierają enzymy lizosomalne oraz peroksydazę. Ziarnistości specyficzne zawierają fosfatazę zasadową oraz bakteriobójcze białko kationowe – fagocytynę. Oba rodzaje ziarnistości powstają w AG. Granulocyty obojętnochłonne stanowią pierwszą linię obrony, szczególnie przeciw bakteriom. Mają zdolność do fagocytozy, dlatego nazywane są mikrofagami. Mają także zdolności migrowania. Niszczenie sfagocytowanych bakterii może odbywać się z udziałem tlenu lub beztlenowo. W pierwszym przypadku przyjmuje postać określaną jako wybuch tlenowy, a objawia się gwałtownym zużyciem tlenu przez komórkę. Tlen jest wykorzystywany do wytwarzania anionu ponadtlenkowego O–2, z którego przy udziale dysmutazy powstaje H2O2. Ziarna granulocytów zawierają enzym peroksydazę (enzym markerowy dla granulocytów obj.). Obecność tego enzymu powoduje przekształcenie, w obecności Cl– H2O2 w kwas podchlorowy (HOCl), wykorzystywany przez granulocyty do niszczenia sfagocytowanych bakterii. Granulocyty wykorzystują do zabijania bakterii również tlenek azotu (NO), który działa jako wolny rodnik. Do zabijania bakterii, bez

Krew obwodowa

131

Ryc. 9.1. Komórki w rozmazie krwi obwodowej (barwienie met. Wrighta). (A) mniej dojrzałe erytrocyty, (B) dojrzałe erytrocyty, (C) płytki krwi, (D) dojrzały granulocyt obojętnochłonny, (E) niedojrzały (pałeczkowaty) granulocyt obojętnochłonny, (F) granulocyt kwasochłonny, (G) granulocyt zasadochłonny, (H) monocyt, (I) granulocyt ulegający apoptozie, (J) limfocyt duży, (K) limfocyt mały

132

Rozdział 9

udziału tlenu wykorzystywane są białka i peptydy tj. lizozym, defenzyny i laktoferryna. Granulocyty wytwarzają także mediatory stanu zapalnego. Są to przede wszystkim pochodne kwasu arachidonowego: leukotrieny i lipoksyny Granulocyty obojętnochłonne znajdujące się we krwi stanowią tylko 50% populacji, reszta znajduje się w tkankach, przy czym nie wszystkie granulocyty znajdujące się we krwi krążą. Część z nich jest unieruchomiona w sieci naczyń włosowatych, głównie zatokowych, jako tzw. pula marginalna. Różne stany chorobowe wpływają na zawartość granulocytów obojętnochłonnych we krwi, powodując jej spadek (neutropenia) lub wzrost (neutrofilia). Czerpią energię zarówno z glikolizy tlenowej jak i beztlenowej. Żyją w krwi obwodowej 2–3 dni.

9.2.2. GRANULOCYTY KWASOCH£ONNE Granulocyty kwasochłonne są mniej liczne niż obojętnochłonne, stanowiąc 1–4% leukocytów, okrągłe o średnicy ok 12 µm. Jądro zwykle dwupłatowe, mało mitochondriów, słabo rozwinięty ER i AG (ryc. 9.1.F). Główna zawartość cytoplazmy to ziarnistości kwasochłonne (eozynofilne) o średnicy 0,5–1,5 µm, będące lizosomami zawierającymi kwaśną fosfatazę, katepsyny, RNAazę, ale nie zawierające lizozymu. W ziarnistościach znajdują się krystaloidy widoczne w ME. Poza enzymami zawierają silnie zasadowe białko (MBP – ang. major basic protein). Granulocyty kwasochłonne odgrywają rolę w reakcjach alergicznych i zwalczaniu pasożytów. Przyciągane są przez czynniki uwalniane przez komórki tuczne, fagocytują kompleksy antygen–przeciwciało, uwalniają enzymy, które rozkładają mediatory reakcji alergicznych, regulując natężenie tych reakcji. Wzrost zawartości granulocytów eozynofilnych (eozynofilia) świadczy o reakcjach alergicznych lub zakażeniu pasożytami.

9.2.3. GRANULOCYTY ZASADOCH£ONNE Granulocyty zasadochłonne (bazofile), są nieliczne, stanowiąc 0,5–1% leukocytów. Ich średnica wynosi ok. 12 µm. Jądro posiada 2–3 płatów, często przysłoniętych ziarnami koloru ciemnofioletowego. Ziarnistości są różnej wielkości i zawartością przypominają ziarnistości komórek tucznych (ryc. 9.1.G). Główny ich składnik to kompleksy proteoglikanów, obok nich znajdują się substancje czynne tj. histamina, heparyna, bradykinina, czynniki chemotaktyczne dla eozynofilów. Bazofile podobnie jak komórki tuczne zawierają na powierzchni receptory dla IgE, które wiążąc się z alergenami prowadzą do degranulacji, uwolnienia zawartości ziaren. Określa się to zjawisko jako degranulację swoistą. Do degranulacji może dojść również drogą nieswoistą, pod wpływem różnych substancji.

Krew obwodowa

133

9.2.4. AGRANULOCYTY 9.2.4.1. Limfocyty Limfocyty są okrągłymi komórkami o średnicy 6–8 µm, stanowią 30–40% leukocytów. Cytoplazma wąskim pasmem otacza jądro, barwiąc się lekko zasadochłonnie. Limfocyty są niewielkimi komórkami bez ziarnistości (ryc. 9.1.K), ale niewielka ich frakcja (ok. 5– 10%) wyróżnia się większą średnicą (ok. 12 µm) i obecnością ziaren azurofilnych (ryc. 9.1.J). Nazywa się je dużymi ziarnistymi limfocytami (LGL – ang. large granular lymphocyte), mają też one szczególną funkcję – są niespecyficznie cytotoksyczne (NK – Natural Killer). Limfocyty stanowią zasadniczą populację komórek układu immunologicznego o bardzo dużym zróżnicowaniu czynnościowym, co nie ma odbicia w ich wyglądzie w rozmazach krwi barwionych rutynowo. Zasadnicza odmiana limfocytów w krwi obwodowej to limfocyty T stanowiące ok. 80% limfocytów. Zaangażowane są one głównie w tzw. odporność komórkową, ale uczestniczą również w odporności humoralnej „współpracując” z limfocytami B, które przekształcając się pod wpływem antygenu w komórki plazmatyczne stanowią zasadniczy element komórkowy odporności humoralnej. Aktywne limfocyty T wydzielają substancje czynne zwane limfokinami. Limfocyty krążąc we krwi nie dzielą się, jednak poza krążeniem, pod wpływem stymulacji antygenowej mogą intensywnie się dzielić. Limfocyty podlegają recyrkulacji tzn. przechodzenia z krwi do tkanek i ponownie do krwi. Takich właściwości nie posiadają granulocyty. Czas życia limfocytów jest bardzo zróżnicowany, przy czym limfocyty T mogą żyć nawet kilka lat, natomiast limfocyty B żyją zwykle kilka dni.

9.2.4.2. Monocyty Monocyty to największe komórki spośród leukocytów (12–20 µm), stanowiące 4–8%; mają jądro nerkowate, esowate, cytoplazma zawiera mitochondria i lizosomy (ryc. 9.1.H). Są one komórkami żernymi, zdolnymi do wędrowania. Są one formą makrofagów, które właśnie opuściły szpik i po opuszczeniu krwioobiegu przyjmują postać makrofagów tkankowych, które łącznie z monocytami tworzą układ nazywany układem fagocytów jednojądrzastych (tabela 5.3). Komórki tego układu odgrywają zasadniczą rolę w odporności nieswoistej i swoistej. Monocyty/makrofagi oddziaływują na inne komórki, przede wszystkim komórki układu immunologicznego, przez wydzielanie substancji czynnych zwanych monokinami, do których m.in. należą: interleukina 1 (IL–1) oraz interferony.

9.3. P£YTKI KRWI Elementem morfotycznym, chociaż niekomórkowym krwi są płytki krwi, trombocyty. Mają one wielkość 2–5 µm i są bezjądrowymi fragmentami cytoplazmy wielkich komórek szpikowych – megakariocytów (ryc. 9.1.C). Ilość 150–300 tys./µl. Wewnątrz płytki widoczne są ziarnistości i tę ich część nazywamy granulomerem, część obwodową,

134

Rozdział 9

Tabela 9.2. Cytokiny wydzielane przez leukocyty Monocyty

IL–1, IL–8, IL–12, IFN α, PDGF, TNF α

Limfocyty T

IL–2, IL–3, IL–4, IL–5, IL–6, IL–9, IL–10, IL–13, IFN γ

Limfocyty B

IL–10, IL–12, IFN α

Komórki NK (LGL)

IL–3, IFN α, IFN γ

Granulocyty obojętnochłonne

IL–8, TNF α

Granulocyty kwasochłonne

IL–1, IL–3, IL–5, IL–6, IL–8, TNF α, TGF β

Granulocyty zasadochłonne

IL–4, TNF α

IL – interleukina, IFN – interferon, TNF – czynnik martwicy nowotworów (ang. tumor necrosis factor), TGF – transformujący czynnik wzrostu (ang. tranforming growth factor). jednorodną – hyalomerem. W ME na obwodzie widać pęczki mikrotubul, a wewnątrz mitochondria i ziarnistości oraz lizosomy. Ziarnistości trombocytów zawierają serotoninę i histaminę oraz czynnik płytkowy III. Czynnik ten uczestniczy w tworzeniu tromboplastyny, która działając na protrombinę powoduje jej przejście w trombinę, a ta przejście fibrynogenu w fibrynę, co powoduje ostatecznie powstanie skrzepu. Płytki krwi uczestniczą nie tylko w powstawaniu skrzepu, ale również w jego rozpadzie – fibrynolizie. Mają także zdolność pobudzania wzrostu komórek naczyń (angiogeneza) oraz fibroblastów biorąc w ten sposób udział w gojeniu się ran (PDGF, tabela 10.1).

SZPIK KOSTNY. ROZW”J KRWI

10

Szpik kostny jest głównym podłożem tkankowym tworzenia i rozwoju komórek krwi, przy czym jego postać aktywna krwiotwórczo to szpik czerwony, który może się przekształcać w szpik żółty. Szpik czerwony zawdzięcza swą nazwę dużej ilości erytrocytów i ich prekursorów, natomiast szpik żółty dużej ilości komórek tłuszczowych. W stanach dużego zapotrzebowania organizmu na tworzenie komórek krwi np. po wykrwawieniu szpik żółty może przekształcić się w szpik czerwony. U noworodków cały szpik kostny jest w postaci szpiku czerwonego, jednak już w dzieciństwie jego część zaczyna przekształcać się w szpik żółty, a w okresie dojrzałości szpik czerwony występuje głównie w kościach płaskich (kości miednicy, czaszki, mostek, żebra, obojczyki). W rozwoju osobniczym szpik nie jest jedynym miejscem tworzenia komórek krwi. Pierwszym miejscem tworzenia są wyspy krwi, w okolicy pęcherzyka żółtkowego, zbudowane z komórek pochodzenia mezenchymalnego. Dzieje się to w 3 tygodniu życia płodowego. Początkowo tworzone są tylko pierwotne krwinki czerwone, duże komórki jednojądrzaste. Jest to okres erytopoezy megaloblastycznej. W drugim miesiącu życia płodowego tworzenie krwi (hemopoeza) rozpoczyna się w wątrobie i śledzionie, nieco później dołącza się grasica, która jednak głównie produkuje limfocyty. W tym okresie, nazywanym okresem hemopoezy wątrobowej tworzone są także leukocyty i komórki układu płytkowego, a erytrocyty nie posiadają jąder. Okres ten trwa prawie do końca ciąży, jednak hemopoeza wątrobowa znacznie się zmniejsza od piątego miesiąca, wtedy to rozpoczyna się tworzenie krwi w szpiku kostnym, co daje początek okresowi hemopoezy szpikowej, trwającemu całe życie. Równolegle powstają obwodowe narządy limfatyczne, które stają się miejscami proliferacji limfocytów. Szpik kostny, którego otoczenie i ochronę stanowi tkanka kostna, jest bogato unaczyniony, dlatego też wyróżnia się w nim tzw. przedział śródnaczyniowy i zewnątrznaczyniowy Zasadniczy składnik przedziału śródnaczyniowego to naczynia zatokowe szpiku. Ścianę zatok tworzy śródbłonek, którego błona podstawna jeśli występuje to jest bardzo cienka i niekompletna, natomiast na śródbłonku spoczywają komórki przydankowe, zwane również przydankowo-siateczkowymi, gdyż wypustkami mogą się łączyć z komórkami siateczki zrębu szpiku. Komórki przydankowe pokrywają śródbłonek na 60% jego powierzchni. Śródbłonek wraz z komórkami przydankowymi rozdziela przedział śródnaczyniowy od zewnątrznaczyniowego, a przez to przestrzeń zawierającą tkankę krwiotwórczą od krwi krążącej, jest więc barierą, którą muszą przejść nowopowstałe komórki krwi aby trafić do krążenia. Nazywa się ją barierą szpikową i ma ona właściwości selektywne, gdyż jest nieprzepuszczalna dla krwinek niedojrzałych. Bardzo bogata sieć naczyń zatokowych szpiku zasilana jest przez dwa rodzaje tętnic: tętnice odżywcze, które wnikają do jamy szpikowej przez otwory odżywcze, oraz tętnice z okostnej, które do jamy szpikowej wnikają poprzez kanały osteonów.

Ku S

Ku L

erytrocyty

limfocyty B

komórki NK

limfocyty T

mielocyty, megakariocyty

np. erytroblasty

IL1, PDGF, FGF

monocyty

neutrofile

eozynofile

trombocyty mrofologicznie rozpoznawalne bazofile prekursory

bariera szpikowa

pro–B

pro–T

grasica

IL–4

IL–2

monokiny (IL–1, IL–6)

Ryc. 10.1. Różnicowanie krwiotwórczej komórki macierzystej (KKM). Ku L – komórka ukierunkowana, linia limfocytarna, Ku S – komórka ukierunkowana, linia szpikowa, Ku s – komórki ukierunkowane dla erytropoezy, trombopoezy, granulopoezy, monopoezy. SCF, GM-CSF, M-CSF, G-CSF – objaśnienia skrótów w tabeli 10.1.

zrąb szpiku (mikrośrodowisko)

Ku s

M–CSF, G–CSF

SCF, IL–6, GM–CSF GM–CSF

samoodtwarzanie

KKM

limfokiny (IL–3, IL–6)

136 Rozdział 10

Szpik kostny. Rozwój krwi

137

Krew z zatok szpikowych zbierana jest przez zatokę centralną, która przechodzi w żyłę odprowadzającą opuszczającą jamę szpikową przez otwór odżywczy. Przestrzeń określaną jako przedział zewnątrznaczyniowy szpiku wypełnia zrąb (stroma) szpiku oraz krew szpikowa. Zrąb szpiku to rusztowanie zbudowane z komórek i substancji międzykomórkowej, które stanowi fizyczną podporę dla komórek krwiotwórczych i wpływa na ich różnicowanie. Zrąb szpiku tworzą: od strony ściany kostnej komórki śródkostnej, komórki kościotwórcze i kostne, ale właściwe „rusztowanie” tworzą komórki siateczki wzmocnione włóknami siateczkowymi oraz komórki tłuszczowe. Komórkom zrębu zwykle towarzyszą makrofagi. Wszystkie rodzaje komórek zrębu wywodzą się ze wspólnej komórki macierzystej. Obecność tych komórek w szpiku umożliwia przekształcanie się szpiku żółtego w czerwony oraz tworzenie zrębu szpikowego wraz z tkanką kostną, po doświadczalnym przeszczepieniu szpiku np. pod torebkę nerki. Zrąb szpiku spełnia rolę strukturalną, odżywczą i regulacyjną w stosunku do komórek, z których wywodzą się wszystkie rodzaje komórek krwi tzw. krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) oraz ich „potomstwa”. KKM, zwane także komórkami pnia tkanki krwiotwórczej, wywodzą się z komórek „wysp krwi” i mimo zmiany lokalizacji zachowują zdolność do samoodtwarzania, a jednocześnie zdolność zapoczątkowywania rozwoju wszystkich linii rozwojowych komórek krwi. Cechę tą nazywamy pluri- lub wielopotencjalnością. Istnienie takich komórek do niedawna przyjmowane było hipotetycznie. Dopiero badania oparte na przeszczepianiu szpiku zwierzętom doświadczalnym, a później hodowle in vitro udowodniły istnienie tych komórek. Stwierdzono, że wyglądem przypominają limfocyty oraz, że są także obecne we krwi krążącej, chociaż w niewielkiej ilości (1/106 leukocytów). Podobieństwo z limfocytem oraz niewielka ilość spowodowały, że dopiero niedawno stwierdzono ten fakt o dużym znaczeniu dla medycyny praktycznej – możliwość odtworzenia szpiku w oparciu o krew obwodową. Uważa się, że zachowanie przez KKM wyjątkowych właściwości tzn. samoodtwarzania i wielopotencjalności przez całe życie osobnika, uwarunkowane jest oddziaływaniem mikrośrodowiska, jakie tworzy otoczenie KKM którego zasadniczym składnikiem są osteoblasty śródkostnej. Otoczenie komórki macierzystej określa się jako jej niszę. Oddziaływanie komórek mikrośrodowiska krwiotwórczego jest wysoce swoiste i najprawdopodobniej polega na wytwarzaniu i eksponowaniu na swej powierzchni czynników wzrostowych dla komórek macierzystych. Połączenie receptora komórki macierzystej z powierzchniowym czynnikiem wzrostowym powoduje jej aktywację i proliferację. Obok powierzchniowych czynników wzrostowych istnieją liczne czynniki, które sterują procesem hemopoezy. Należą do nich czynniki produkowane przez same komórki krwi (tabela 10.1). Czynnikami oddziałującymi na KKM są: interleukina 1 (IL–1) produkowana przez makrofagi, oraz interleukina 3 (IL–3) i 6 (IL–6), produkowane przez limfocyty T. Jak wykazano, pierwszy etap różnicowania KKM to powstanie komórek określanych jako ukierunkowane na linię limfocytarną i szpikową (ryc. 10.1). Linia limfocytarna następnie dzieli się na linię pre-limfocytów T, które po przejściu do krwi krążącej dalszy rozwój odbywają w grasicy oraz linię pre-limfocytów B, które znaczną część rozwoju u ssaków, w tym i człowieka, odbywają w szpiku. Natomiast linia szpikowa dzieli się na linie reprezentowane przez komórki ukierunkowane dla erytrocytów, granulocytów i monocytów (wspólna) oraz megakariocytów. Dotychczas nie wiadomo dokładnie co powoduje, że z KKM powstaje określona komórka

Rozdział 10

138

Tabela 10.1. Czynniki bezpośrednio i pośrednio regulujące wytwarzanie krwi. Nazwa czynnika

Komórki wytwarzające

Komórki reagujące

Interleukina 1 (IL–1)

makrofagi i szereg innych

limfocyty T, fibroblasty, chondrocyty, osteoklasty, wielopotencjalne komórki krwiotwórcze (KKM)

Interleukina 2 (IL–2)

limfocyty T

naturalne komórki zabijające (NK), limfocyty T i makrofagi

Interleukina 3 (IL–3)

limfocyty T

wielopotencjalne komórki krwiotwór– cze (KKM)

Interleukina 4 (IL–4)

limfocyty T

limfocyty B, T, NK i różne komórki krwiotwórcze

Interleukina 5 (IL–5)

limfocyty T

limfocyt B i komórki eozynofilopoety– czne

Interleukina 6 (IL–6) fibroblasty

limfocyty T, monocyty, limfocyty T

wielopotencjalne komórki krwiotwór– cze (KKM)

GM–CSF (czynnik pobudzający tworzenie kolonii granulocytarno– makrofagalnych)

limfocyty T, fibroblasty, komórki endotelialne, makrofagi

wielopotencjalne komórki krwiotwór– cze (KKM), komórki ukierunkowane granulo– i makrofagopoezy

G–CSF (czynnik pobudzający tworzenie kolonii granulocytarnych)

monocyty i fibroblasty

komórki ukierunkowane granulo– i makrofagopoezy

M–CSF (czynnik pobudzający tworzenie kolonii makrofagalnych)

fibroblasty i komórki endotelialne

komórki ukierunkowane makrofago– poezy

PDGF (czynnik wzrostowy pochodzenia płytkowego)

makrofagi, fibroblasty, płytki krwi

komórki mięśni gładkich

FGF (czynnik wzrostowy fibroblastów)

makrofagi

komórki endotelialne, fibroblasty

Erytropoetyna (Epo)

nerki, wątroba makrofagi

komórki erytropoetyczne, wielopoten– cjalne komórki krwiotwórcze (KKM)

SCF (czynnik stymulujący komórki macierzyste)

komórki zrębu szpiku

wielopotencjalne komórki krwiotwórcze

ukierunkowana. Przypuszcza się, że może o tym decydować oddziaływanie komórek zrębu. Zauważono mianowicie, że zgrupowaniu komórek linii erytrocytarnej w szpiku towarzyszą makrofagi, a linii granulocytarnej komórki tłuszczowe „olbrzymie”. Wiadomo natomiast z pewnością, że dalsze różnicowanie i proliferacja komórek ukierunkowanych wymagają działania odpowiednich czynników stymulujących. W odniesieniu do szeregu rozwojowego erytrocytów takim czynnikiem jest erytropoetyna, która jest hormonem

Szpik kostny. Rozwój krwi

139

Mieloblast Proerytroblast

Promielocyt Erytroblast zasadochłonny Wczesny mielocyt zasadochłonny

Wczesny mielocyt obojętnochłonny

Wczesny mielocyt kwasochłonny

Erytroblast wielobarwliwy Późny mielocyt obojętnochłonny

Erytroblast kwasochłonny

Metamielocyt obojętnochłonny

Późny mielocyt zasadochłonny

Późny mielocyt kwasochłonny

Retikulocyt

Granulocyt obojetnochłonny pałeczkowaty

Metamielocyt kwasochłonny

Erytrocyt

Dojrzały granulocyt obojętnochłonny

Dojrzały granulocyt kwasochłonny

Dojrzały granulocyt zasadochłonny

Ryc. 10.2. Stadia rozwojowe erytropoezy i granulopoezy.

Rozdział 10

140

glikoproteidowym, zawierającym stosunkowo dużo kwasu sialowego (ok. 10,5%). Erytropoetyna powstaje głównie w nerkach, a czynnikiem warunkującym natężenie jej produkcji jest prężność tlenu we krwi dopływającej do nerek. Ponieważ prężność tlenu zależy od ilości erytrocytów, w ten sposób istnieje sprzężenie zwrotne regulujące natężenie produkcji erytrocytów w szpiku. Jednak o natężeniu tej produkcji decyduje nie tylko stężenie erytropoetyny. Konieczne jest żelazo, witamina B12 i kwas foliowy. Żelazo magazynowane jest w szpiku, jak również poza szpikiem w postaci ferrytyny i hemosyderyny. Komórka ukierunkowana erytrocytarna, szczególnie we wczesnych okresach różnicowania podobna jest do KKM, a więc zbliżona jest wyglądem do limfocyta i nie można jej zidentyfikować prostym barwieniem cytologicznym.

10.1. ERYTROPOEZA

proerytloblast

stężenie (%)

Pierwszym etapem różnicowania, który ujawnia się określonymi cechami cytologicznymi jest etap prezentowany przez komórki nazywane proerytoblastami. Są to komórki duże ok. 20 µm, okrągłe z dużym jądrem stanowiącym 80% komórki, z rozproszoną chromatyną i 1–2 jąderkami. Cytoplazma zawiera mitochondria i AG, liczne polirybosomy oraz niewielkie ilości hemoglobiny. Przekształcają się one w erytroblasty zasado-

20 godzin

erytloblast zasadochłonny

20 godzin

Hemoglobina

dojrzewanie (powierzchnia jądra w µm2)

25 godzin

erytloblast wielobarwliwy

RNA

stadia, w którym zachodzą podziały 30 godzin

stadia, w których podziały nie zachodzą

erytloblast kwasochłonny 3 dni

120 dni

pyknotyn jądro erytrocyt Ryc. 10.3. Przebieg dojrzewania krwinki czerwonej – erytrocytu.

Szpik kostny. Rozwój krwi

141

chłonne. Komórki nieco mniejsze, różniące się od proerytroblastów tym, że jądro jest bardziej zbite, a jąderka niewidoczne. Cytoplazma zawiera wiele polirybosomów, dlatego barwi się zasadochłonnie. Zawiera więcej hemoglobiny. Następny etap różnicowania to erytroblast wielobarwliwy (polichromatofilny). Jądro jeszcze bardziej zbite, a cytoplazma zawiera zarówno polirybosomy, jak i już duże ilości hemoglobiny, przez co barwi się ona zarówno zasadowymi, jak i kwaśnymi barwnikami. Ma on jeszcze zdolność do dzielenia się. Erytroblast wielobarwliwy przekształca się w erytroblast kwasochłonny (ortochromatofilny), który ma zdecydowanie kwasochłonną cytoplazmę ze względu na wysoką zawartość hemoglobiny. Jego jądro ulega ostatecznemu zagęszczeniu i otoczone cienką warstwą cytoplazmy zostaje usunięte z komórki. W ten sposób powstaje retikulocyt, który po 1–2 dobach opuszcza szpik i przechodzi przez barierę szpikową do krążenia. Różni się jednak od erytrocytu, gdyż jest nieco od niego większy (ok. 9 µm) oraz zawiera pewną ilość RNA, który uwidoczniony odpowiednim barwieniem widoczny jest w postaci jakby siateczki, stąd nazwa komórki (reticulum = siateczka). Stanowią one 1–2% erytrocytów i po około dobie stają się dojrzałymi erytrocytami. Proces tworzenia erytrocytów → erytropoeza jest procesem ciągłym i wyróżnienie ww. stadiów dokonuje się dla celów dydaktycznych i diagnostycznych, zachodzi w nim: zmniejszenie się krwinek przy zachowaniu ich okrągłego kształtu, zagęszczenie jądra, które również kształtu okrągłego nie zmienia, oraz zmiany barwliwości cytoplazmy z zasadochłonnej w kwasochłonną (ryc. 10.2).

10.2. GRANULOPOEZA Wspólna komórka ukierunkowana dla granulocytów i monocytów, najpierw różnicuje się w dwie linie: granulocytarną i monocytarną. Monocytarna daje w końcu monocyty, a następnie makrofagi tkankowe, a granulocytarna trzy rodzaje granulocytów, przy czym pierwsze stadia różnicowania są wspólne dla tych trzech rodzajów. Na komórki ukierunkowane dla granulocytów i monocytów oddziałują następujące czynniki: GM–CSF (ang. granulocyte, monocyte – colony stimulating factor) produkowany przez limfocyty T i fibroblasty, oraz M–CSF produkowany przez fibroblasty i komórki śródbłonka. Pierwszym stadium, które identyfikuje się cytologicznie jest mieloblast. Duża (ok. 20 µm), okrągła lub prawie okrągła komórka o jądrze z rozproszoną chromatyną i 1–3 jąderkami, cytoplazma zawiera liczne mitochondria. Jest ona mniej zasadochłonna niż proerytroblasta, co pozwala ją od niego odróżnić. Mieloblast przekształca się w promielocyt. Jest on większy niż mieloblast (ok. 25 µm). Jądro owalne leży mimośrodkowo, cytoplazma zawiera ziarna azurofilne, które powstają w AG i zawierają enzymy lizosomalne. Promielocyt przekształca się w mielocyt, który zapoczątkowuje 3 linie granulocytarne, zawiera on bowiem obok licznych ziaren azurofilnych ziarna specyficzne, odpowiednio: obojętnochłonne, kwasochłonne i zasadochłonne. Mielocyt jest nieco mniejszy od promielocytu, jądro wyraźnie owalne lub lekko nerkowate, leżące przy błonie komórkowej. Komórki te mają zachowaną zdolność do dzielenia. Natomiast następne stadium – metamielocyty – nie dzielą się. Jądro jest wyraźnie nerkowate, a jego chromatyna zagęszczona. Liczba ziaren specyficznych wyraźnie wzrasta. Metamielocyt może już opuścić

Rozdział 10

142

szpik i w przypadku metamielocytu zasadochłonnego niewiele się różni od postaci dojrzałej. Natomiast metamielocyt obojętnochłonny przyjmuje postać granulocytu z jądrem pałeczkowatym, który stanowi 3–5% leukocytów krwi obwodowej. Przekształca się on w granulocyt z jądrem płatowatym (ryc. 10.2). Granulocyty obojętnochłonne, które stanowią największą populację leukocytów (60– 70%) zajmują w organizmie 4 przedziały czynnościowe: 1. przedział szpikowy komórek różnicujących się; 2. przedział rezerwy szpikowej; 3. przedział granulocytów krążących; 4. przedział granulocytów znajdujących się w układzie naczyniowym, ale nie krążących (pula marginalna). Liczba granulocytów we krwi krążącej jest efektem przesunięć między tymi przedziałami i zasadniczo zależy od tempa produkcji granulocytów przez szpik, gdyż żyją one krótko (od kilku godzin do 2 dni np. w tkankach). Różnicowanie i proliferacja granulocytów wszystkich 3 rodzajów wymaga obecności czynników stymulujących. Jest to grupa różnych czynni-

Tabela 10.2. Antygeny różnicowania komórek krwi szpikowej i obwodowej. Stadium rozwoju

Antygeny CD

Granulopoeza Komórka macierzysta szpikowa – CFU–GEMM Hemocytoblast Mieloblast Mielocyt obojętnochłonny Granulocyt obojętnochłonny Mielocyt kwasochłonny Granulocyt kwasochłonny Mielocyt zasadochłonny Granulocyt zasadochłonny

CD33, CD34 CD13, CD33, CD38 CD13, CD33, CD10, CD11b, CD43 CD13, CD32, CD35 CD11b, CD24, CD43 CD33 CD4, CD9, CD13, CD25

Erytropoeza Proerytroblast (BFU–E) Erytroblast zasadochłonny (CFU–E) Erytroblast kwasochłonny Reticulocyt Erytrocyty

CD33, CD34 CD36 CD36 (glikoforyna A) (glikoforyna A) CD35, CD44, (glikoforyna A)

Monocytopoeza Monoblast Promonocyt Monocyt Komórka macierzysta limfoidalna

CD13, CD14, CD15, CD33 CD13, CD14, CD33 CD13, CD14, CD36, CD64 CD10, CD38, (TdT)

CD (ang. cluster of differentiation) – numer oznacza pozycje w katalogu antygenów. Swoiste przeciwciała monoklonalne dla tych antygenów oznaczane są: anty-CD-numer.

Szpik kostny. Rozwój krwi

143

ków produkowanych przez zrąb szpiku, makrofagi, śródbłonki i pobudzone limfocyty, co wskazuje na sprzężenie czynnościowe z układem immunologicznym (tabela 10.1). W trakcie różnicowania się, komórki układu krwiotwórczego wykazują ekspresję na swojej powierzchni cząsteczek określanych jako antygeny różnicowania gdyż mogą one być wykorzystywane jako markery stopnia zróżnicowania komórek. Mogą także służyć do identyfikowania linii rozwojowej do której należą (tabela 10.2).

10.3. TROMBOPOEZA Komórki ukierunkowane linii płytkowej różnicują się w wielkie komórki nazwane megakarioblastami (15–50 µm). Mają one owalne lub nerkowate jądro, z licznymi jąderkami. Cytoplazma zawiera liczne rybosomy przez co jest silnie zasadochłonna. Komórka ta przekształca się w megakariocyt (niektórzy wyróżniają stadium promegakariocytu), który jest większy (35–150 µm) i zawiera wielopłatowe jądro. Megakariocyt jest komórką poliploidalną (16–64 n). Cytoplazma zawiera liczne ziarna azurofilne, tworzone w AG. Dojrzały megakariocyt zawiera obfitą siateczkę śródplazmatyczną, która tworzy tzw. kanały demarkacyjne. Kanały te łącząc się ze sobą wyodrębniają fragmenty cytoplazmy, które po oddzieleniu się tworzą płytki krwi. Ma to następować wewnątrz zatok szpikowych, gdyż leżące blisko ścian naczyń megakariocyty częścią cytoplazmy przechodzą do światła zatok. Istnieją dane wskazujące, że płytki krwi mogą powstawać również poza szpikiem, a mianowicie w naczyniach płucnych. Podobnie jak różnicowanie innych komórek ukierunkowanych, rozwój linii megakariocytów wymaga czynnika stymulującego. Jest nim limfokina: Mg–CSF. Natomiast dalszy rozwój w megakarioblast i przekształcenie się w megakariocyt zależny od obecności trombopoetyny, produkowanej głównie przez nerki.

UK£AD LIMFATYCZNY

11

Układ limfatyczny nazywany także chłonnym stanowi zasadnicze podłoże komórkowo-narządowe układu odpornościowego (immunologicznego). Komórki tworzące układ limfatyczny: limfocyty, komórki dendrytyczne i makrofagi wywodzą się z KKM. Stanowią one zasadniczy, z punktu widzenia budowy i funkcji, składnik narządów limfatycznych (chłonnych): centralnych i obwodowych. Centralne narządy limfatyczne to szpik i grasica, a obwodowe to węzły chłonne, śledziona, migdałki oraz grudki chłonne związane z układem pokarmowym i oddechowym (MALT). Narządy centralne stanowią miejsce namnażania, różnicowania i wstępnego dojrzewania limfocytów, natomiast narządy obwodowe to miejsce ostatecznego ich dojrzewania pod wpływem swoistego antygenu i cytokin oraz tworzenia klonów komórek skierowanych przeciw temu antygenowi.

11.1. KOM”RKI UK£ADU LIMFATYCZNEGO Limfocyty powstają w szpiku z KKM we wczesnym etapie różnicowania tej komórki, jako linia limfocytarna, która dzieli się następnie na linię prekursorów limfocytów T, NK oraz B (ryc. 10.1). Prekursory limfocytów T wcześnie opuszczają szpik i drogą krwionośną docierają do grasicy, stąd nazwa (T = Thymus), gdzie podlegają rozplemowi i dalszemu różnicowaniu. Po opuszczeniu grasicy zasiedlają tzw. grasiczozależne strefy obwodowych narządów limfatycznych. Limfocyty T odpowiadają głównie za reakcje immunologiczne typu komórkowego. Wykazano istnienie różnych subpopulacji (odmian) limfocytów T. Najważniejsze to limfocyty pomocnicze (Th ), cytotoksyczne (Tc) oraz regulacyjne (Treg). Posiadają one zarówno wspólne jak i odróżniające je od siebie „markery” (znaczniki) antygenowe na powierzchni. Omawiane one będą, podobnie jak i funkcja subpopulacji limfocytów w ramach odporności nabytej. Limfocyty B podlegają u człowieka różnicowaniu w miejscu powstania tzn. w szpiku kostnym. Nazwę B zawdzięczają torebce Fabrycjusza (bursa Fabricii), która u ptaków jest ich miejscem powstawania i różnicowania, a gdzie pierwszy raz doświadczalnie wykazano ich istnienie, jako odrębnej linii limfocytów. Wytwarzają immunoglobuliny związane z powierzchnią oraz wolne. Pod wpływem antygenu mogą przekształcać się w komórki plazmatyczne – plazmocyty. Istnieją także limfocyty, które nie należą ani do linii T, ani B i określa się je jako null (0). Do tych limfocytów należą m.in. duże limfocyty ziarniste (LGL) mające właściwości działania jako naturalne komórki cytotoksyczne (NK). Komórki dendrytyczne zawdzięczają swoją nazwę drzewiasto (gr. dendron = drzewo) rozgałęziającym się wypustkom cytoplazmatycznym. Występują w obwodowych narządach

Układ limfatyczny

145

niedojrzała komórka limfoidalna

szpik kostny i wtórne narządy limfatyczne

szpik kostny grasica

limfocyty B

limfocyty T

limfocyt T pomocniczy aktywacja

komórki NK

limfocyt T cytotoksyczny

przeciwciała

aktywacja

antygeny makrofagi

liza zainfekowanych komórek przez wirusy kompleksy immunologiczne

fagocytoza

odpowiedź odpowiedź nabyta wrodzona

Ryc. 11.1. Pochodzenie, rozwój i aktywność głównych rodzajów limfocytów.

Rozdział 11

146

limfatycznych oraz poza nimi, np. w skórze jako pająkowate jasne komórki naskórka (Langerhansa) (str. 293). Komórki dendrytyczne, obok makrofagów i limfocytów B, należą do komórek prezentujących antygen – APC (ang. antigen presenting cells), ponieważ mają zdolność wiązania do swej powierzchni antygenów bez ich fagocytowania, co zapewnia długotrwałe ich prezentowanie immunokompetentnym limfocytom. Jak już wspomniano, komórki te wywodzą się ze szpikowej KKM i tworzą dwie subpopulacje: mieloidalną, czyli szpikową i limfoidalną. Należące do pierwszej mogą tworzyć się bezpośrednio z monocytów, wydzielają dużo IL-12 i aktywują limfocyty Th1, zaś druga aktywuje głównie limfocyty Th2 (podrozdz. 13.3.6). Występują wszędzie z wyjątkiem mózgu (tabela 11.1). Ich właściwości to markery powierzchniowe CD1, CD40, CD80, obecność dużego stężenia cząsteczek MHC klasy I i II, słabe zdolności fagocytarne. Komórki dendrytyczne mogą wykazywać własności cytotoksyczne.

Tabela 11.1. Lokalizacja komórek dendrytycznych. Narządy nielimfatyczne

komórki Langerhansa w naskórku śródmiąższowe komórki dendrytyczne w tkance łącznej różnych narządów

Krążenie

komórki dendrytyczne krwi obwodowej komórki welonowate w naczyniach limfatycznych

Narządy limfatyczne

komórki dendrytyczne rdzenia grasicy komórki dendrytyczne splatające się w strefie podkorowej węzła chłonnego komórki dendrytyczne grudek limfatycznych

Tabela 11.2. Produkty sekrecyjne makrofagów. Enzymy: hydrolazy lizosomalne, lizozym, arginaza, proteinazy obojętne: aktywator plazminogenu, kolagenaza, elastaza Białka układu dopełniacza: C1, C2, C3, C4, C5, czynniki B i D Czynniki wpływające na aktywność komórek i ich proliferacje: interferony, czynniki stymulujące wzrost kolonii granulocytarnych i makrofagalnych (CSF), interleukina 1, czynniki chemotaktyczne dla granulacytów obojętnochłonnych, alfa–2–makroglobulina (inhibitor enzymów proteolitycznych) Pochodne kwasu arachidonowego: prostaglandyny, prostacykliny, leukotrieny, tromboksan

Układ limfatyczny

147

Makrofagi z miejsca swego powstania tzn. szpiku kostnego do narządów limfatycznych trafiają drogą krwionośną pod postacią monocytów. Poza naczyniami przyjmują kształt nieregularny z licznymi wypustkami. Mogą wykazywać znaczną zdolność do przemieszczania się, czyli migracji. Wykonują różnorakie funkcje, zasadnicze dla układu immunologicznego: 1. uczestniczą w prezentacji antygenów, przez co obok komórek dendrytycznych należą do „komórek prezentujących antygen” (APC); 2. wykazują silne właściwości fagocytarne, co odróżnia je od komórek dendrytycznych; 3. uczestniczą w reakcji immunologicznej przez produkcję cytokin nazywanych monokinami, substancji oddziałujących na inne komórki układu immunologicznego; 4. gromadzą się w tkankach pod wpływem czynników chemotaktycznych; 5. mogą wywierać swoisty efekt cytotoksyczny pod wpływem specjalnej limfokiny (IFNγ) wytwarzanej przez limfocyty T; 6. niszczą sfagocytowane bakterie przez wytworzenie nadtlenku wodoru i wolnych rodników (rodnik hydroksylowy), oraz za pomocą enzymów lizosomalnych i lizozymu; 7. mogą przenikać przez tkanki dzięki wydzielaniu kolagenazy, elastazy i aktywatora plazminogenu (tabela 11.2). Zależnie od lokalizacji tkankowej makrofagi, jak stwierdzono, wykazują pewne zróżnicowanie czynnościowe. Wszystkie makrofagi, zarówno znajdujące się w układzie limfatycznym, jak i poza nim, zalicza się do układu określanego jako układ fagocytów jednojądrzastych (tabela 5.1).

11.2. CENTRALNE NARZ•DY LIMFATYCZNE 11.2.1. SZPIK KOSTNY Szpik kostny jest siedliskiem KKM, które dają początek wszystkim komórkom układu limfatycznego. Jednocześnie jest miejscem różnicowania się limfocytów linii B u człowieka oraz produkcji przeciwciał.

11.2.2. GRASICA Grasica (thymus) powstaje z nabłonka endodermalnego 3 i 4 kieszonki skrzelowej, oraz napływających najpierw z wątroby i śledziony, a potem ze szpiku komórek prekursorowych limfocytów T, a także makrofagów. Nabłonek endodermalny różnicuje się w zrąb w postaci sieci utworzonej z rozgałęzionych komórek połączonych wypustkami i desmosomami. Największy stopień rozwoju osiąga w okresie pokwitania, po czem ulega procesowi zanikania – inwolucji. W okresie pełnego rozwoju, wewnątrz otoczonej torebką łącznotkankową grasicy można wyróżnić korę i rdzeń. Kora grasicy wyróżnia się luźniejszym układem komórek zrębu i jednocześnie znacznym zagęszczeniem komórek limfatycznych zwanych tymocytami, przez co cała ta strefa barwi się silnie zasadochłonnie: w rutynowym barwieniu hematoksyliną i eozyną na kolor silnie niebieski. W korze, podtorebkowo, zlokalizowane są najmniej zróżnicowane komórki, te które

148

Rozdział 11

dotarły tu ze szpiku. Zachodzi tutaj ich silna proliferacja. Mnożąc się i jednocześnie ulegając różnicowaniu, tymocyty przemieszczają się do rdzenia, tutaj komórki zróżnicowane – immunokompetentne limfocyty T przechodzą do krwioobiegu (podrozdz. 13.3.1). Jak stwierdzono tylko niewielka część powstających i różnicujących się tymocytów opuszcza ostatecznie grasicę, większość ulega w wyniku selekcji (str. 172) apoptozie i fagocytozie przez obecne w grasicy makrofagi. Rdzeń grasicy zawiera mniej tymocytów w porównaniu z korą, dlatego też barwi się jaśniej. Występują tutaj twory charakterystyczne dla narządu tzw. ciałka grasicze (Hassala). Są różnej wielkości (50–200 µm) i składają się ze spłaszczonych komórek przylegających do siebie jak płatki cebuli. Mogą ulegać w rozmaitym stopniu zrogowaceniu i wykazują wyraźną kwasochłonność, przez co barwią się eozyną na różowo. Liczba ciałek grasiczych zwiększa się z wiekiem, a ich znaczenie czynnościowe nadal jest niejasne. Grasica nie posiada naczyń limfatycznych, a układ naczyń krwionośnych wewnątrz narządu cechuje strukturalno-czynnościowa specyfika. Naczynia krwionośne łącznie z włosowatymi, szczególnie w korze otoczone są pochewką zbudowaną z płaskich komórek, ściśle do siebie przylegających, które są zmodyfikowanymi komórkami nabłonkowatego zrębu grasicy. Łącznie z ciągłym śródbłonkiem naczyń włosowatych i ciągłą ich błoną podstawną, pochewka nabłonkowa warunkuje istnienie w korze grasicy bariery krwio-grasiczej, blokującej dostęp do miąższu grasicy stosunkowo drobnych cząstek, co wykazano przy pomocy ME. Jak się uważa istnienie tej bariery ma izolować różnicujące się tymocyty od kontaktu z antygenami. Funkcja grasicy to tworzenie podłoża dla rozplemu i różnicowania tymocytów będących prekursorami limfocytów T. W procesie różnicowania ma odgrywać rolę kontakt tych komórek z komórkami zrębu, jak również funkcja wydzielnicza komórek zrębu nabłonkowego. Wyodrębniono kilka hormonów grasiczych, które są polipeptydami i noszą nazwę: tymozyna, tymopoetyna, grasiczy czynnik surowiczy oraz grasiczy czynnik X (TFX). Limfocyty T uwolnione z grasicy zasiedlają obwodowe narządy limfatyczne, a strefy miąższu tych narządów utworzone głównie z limfocytów T nazywa się strefami grasiczozależnymi. Proces zasiedlania narządów obwodowych jest szczególnie ważny w okresie okołoporodowym. Jak wykazano usunięcie grasicy (zwierzętom doświadczalnym) w tym okresie, prowadzi do zaburzeń rozwoju narządów obwodowych i znacznego obniżenia niektórych funkcji układu immunologicznego. W okresie dojrzewania płciowego grasica zaczyna podlegać inwolucji. Zanika miąższ gruczołu, szczególnie część korowa, a zastępuje go tkanka łączna, głównie tłuszczowa.

11.3. OBWODOWE NARZ•DY LIMFATYCZNE Ich pełny rozwój zależny jest od narządów centralnych oraz kontaktu organizmu z antygenami. Zwierzęta hodowane w warunkach wolnych od antygenów mają narządy obwodowe niedorozwinięte.

11.3.1. W Z£Y CH£ONNE Węzły chłonne rozprzestrzenione w całym organizmie stanowią jego pierwszą linię obrony przed inwazją różnego rodzaju mikroorganizmów, przesączają bowiem chłonkę

Układ limfatyczny

L

149

ALV

Ad

C

V

SS

E

M

LC

Cp T Ca

LyN Ca

LR

C

GC

LC L RC

FDC DR

LC IS

PCV

Cp

IC 50 µm

IC IDC

MS

MC MS

GC

LC

Ryc. 11.2. Kora węzła chłonnego. Ad – tkanka tłuszczowa, ALV – naczynia chłonne doprowadzające, V – zastawka, L – limfocyty, S – zatoka brzeżna, LC – komórki brzeżne, RC – komórki siateczki, M – makrofagi, T – beleczka łącznotkankowa, IS – zatoka promienista, MS – zatoka rdzenna, LyN – grudka chłonna, Ca – torebka, Cp – „czapka”, GC – centrum rozmnażania, LR – strefa jasna, DR – strefa ciemna, IC – kora wewnętrzna, FDC – komórka dendrytyczna, PCV – żyłka, IDC – komórka splatająca, MC – sznur rdzeniowy.

150

Rozdział 11

docierającą do nich z tkanek, są także miejscem namnażania limfocytów oraz miejscem reakcji immunologicznych. Węzeł chłonny ma kształt kulisty lub nerkowaty, różną wielkość (kilka mm – 1 cm) i otoczony jest łącznotkankową torebką, która wnika do wnętrza węzła (ryc. 11.2). Wewnątrz torebki i pomiędzy beleczkami łącznotkankowymi znajduje się zrąb węzła, który stanowi tkanka siateczkowata, w jej oczkach znajdują się przede wszystkim limfocyty oraz komórki dendrytyczne i makrofagi. Siateczka zrębu jest pod torebką oraz przy beleczkach łącznotkankowych wyraźnie luźniejsza i tędy właśnie może przez węzeł przepływać chłonka. Te obszary miąższu węzła nazywamy zatokami, odpowiednio: pod torebką – brzeżnymi, wzdłuż beleczek – promienistymi, które przechodzą w rdzenne. W miąższu węzła wyróżniamy korę i rdzeń. Kora węzła leżąca pod torebką zawiera zgrupowania limfocytów nazywane grudkami chłonnymi. Są to twory kuliste, o średnicy 1–2 mm. Część środkowa grudki barwi się jaśniej, gdyż zawiera komórki z obfitą cytoplazmą i dużym jądrem (limfoblasty), jest miejscem rozplemu limfocytów, dlatego nazywana jest centrum rozmnażania. Obok limfocytów ważnym czynnościowo składnikiem grudek są komórki dendrytyczne. Tworzące grudkę chłonną limfocyty to głównie limfocyty B, natomiast ta część kory, która graniczy z rdzeniem, określana jako strefa podkorowa, zawiera głównie limfocyty T, dlatego należy do stref grasiczozależnych. Łączy się z rdzeniem tworzącym pasma rdzenne, które obok limfocytów mogą zawierać niekiedy liczne komórki plazmatyczne. Znajdują się tu również komórki określane jako komórki splatające, które odpowiadają komórkom dendrytycznym w grudkach, a więc należą także do APC. Chłonka dociera do węzła, od jego strony wypukłej, naczyniami limfatycznymi doprowadzającymi i po przepłynięciu przez system zatok węzła opuszcza go od strony wnęki naczyniami odprowadzającymi. Naczynia krwionośne docierają do węzła chłonnego od strony jego wnęki i rozgałęziając się w beleczkach dociera do jego wnętrza, tworząc sieć naczyń włosowatych w grudkach chłonnych, w strefie podkorowej i pasmach rdzennych. Krew zbierana jest w żyłki i przez wnękę odprowadzana z węzła. Limfocyty odprowadzane przez naczynia limfatyczne z wnęki węzła trafiają do naczyń limfatycznych o coraz większej średnicy i ostatecznie do układu żylnego. Mogą one jednak wrócić do węzła, drogą krwionośną, a miejscem wniknięcia do miąższu węzła są żyłki w strefie podkorowej o charakterystycznym wysokim (sześciennym) śródbłonku, określane skrótem HEV (ang. high endothelial venule). Proces przechodzenia limfocytów z układu naczyń limfatycznych do krążenia krwi, a na obszarze węzła, poprzez HEV znowu do układu chłonnego, z szansą na powrót do krwi nazywamy recyrkulacją limfocytów. W procesie tym zasadniczą rolę odgrywają cząsteczki adhezyjne. Na limfocytach nazywne są receptorami zasiedlania, a na powierzchni śródbłonka – adresynami naczyniowymi. Receptory zasiedlania to cząsteczki: LAM– 1 i CD44, natomiast adresyny to: ICAM–1, ICAM–2, VCAM–1 oraz ELAM–1 (selektyna E).

11.3.2. åLEDZIONA O ile węzły chłonne odgrywają rolę w przesączaniu chłonki to narządem limfatycznym, który spełnia podobną rolę w stosunku do krwi jest śledziona. Podobnie jak w węźle mogą powstawać tu nowe limfocyty oraz mogą być wytwarzane przeciwciała. Ponadto

Układ limfatyczny

151

SN

CA MZ

SC MZ TA

PALS CA SN MZ

SC SS PA

T PV

Sh TV S CA SS SN 100 µm

RF

Ryc. 11.3. Miąższ śledziony. Miazga biała i czerwona. PALS – miazga biała okołonaczyniowa, CA – tętniczka środkowa, SN – grudka chłonna, SS – zatoki śledzionowe, RF – włókna siateczkowe, SC – sznury śledzionowe, MZ – strefa brzeżna, TA – tętniea beleczkowa, T – beleczka łącznotkankowa, PA – tętniczki pędzelkowe, Sh – tętniczki z osłonką, S – osłonka (Schweigger-Seidla), PV – żyła miąższowa, TV – żyła beleczkowa (z R. V. Krstić, Human microscopic anatomy, 1991).

152

Rozdział 11

niszczone są tutaj stare erytrocyty i płytki krwi. Śledzionę otacza silna torebka zbudowana z tkanki łącznej włóknistej. Tkanka ta wnika do wnętrza narządu w postaci beleczek. Miąższ śledziony tworzą tzw. miazga czerwona i miazga biała (ryc. 11.3). Zrąb śledziony stanowi tkanka siateczkowata oraz liczne komórki dendrytyczne i makrofagi. W miazdze czerwonej w oczkach zrębu znajdują się liczne erytrocyty, które nadają jej właśnie kolor czerwony. Erytrocyty przenikają do miazgi czerwonej z naczyń włosowatych zatokowych zwanych zatokami śledzionowymi. Są to szerokie (do 100 µm) naczynia, rozgałęziające się, wysłane komórkami śródbłonka o właściwościach żernych. Nie przylegają do siebie i brak jest błony podstawnej, natomiast oplatają je pętlami włókna siateczkowe. Krew dociera do zatok przez tętniczki pędzelkowe, które na pewnym odcinku nie mają w błonie środkowej komórek mięśniówki gładkiej a otoczone są osłonką (Schweiggera–Seidla) utworzoną z makrofagów. Tętniczki pędzelkowe są rozgałęzieniami tętniczek pozabeleczkowych, które są przedłużeniem tętnic beleczkowych docierających do wnęki w beleczkach łącznotkankowych. Tętniczki pozabeleczkowe otoczone są mankietem komórek tkanki limfoidalnej, przy czym komórki bezpośrednio otaczające naczynie, które nazywamy środkowym, to limfocyty T, a więc jest to strefa grasiczozależna. Obwodowo od limfocytów T znajdować się mogą grudki chłonne zawierające tak jak i w węzłach głównie limfocyty B. Otaczająca naczynia tkanka limfoidalna, zarówno zawierająca limfocyty T jak i B to miazga biała śledziony. Od tętniczki centralnej przebiegającej przez zgrupowania miazgi białej, odchodzą unaczyniające tę miazgę naczynia włosowate, które na obwodzie miazgi przechodzą w naczynia zatokowe tworzące tzw. strefą brzeżną. Tutaj ma, podobnie jak w HEV węzłów, następować powrót limfocytów z krążenia do tkanki limfatycznej. Krew z zatok śledzionowych zbierana jest przez żyłki, które przechodzą do żył beleczkowych biegnących do wnęki narządu.

11.3.3. MIGDA£KI Grudki chłonne występują w organizmie licznie również poza węzłami chłonnymi i śledzioną. Ich nagromadzenie w błonie śluzowej obserwujemy w układzie pokarmowym oraz na jego „skrzyżowaniu” z układem oddechowym. Tworzą one w gardle oraz nosogardzieli migdałki. Parzyste migdałki podniebienne, będące największym nagromadzeniem grudek, pokryte są nabłonkiem wielowarstwowym płaskim, który to nabłonek wnika w głąb migdałka tworząc tzw. krypty, często rozgałęzione; migdałek językowy, zlokalizowany na nasadzie języka to nieduże nagromadzenie grudek, pokryte nabłonkiem wielowarstwowym płaskim, natomiast również pojedynczy migdałek gardłowy, zlokalizowany na górnej ścianie gardła pokrywa nabłonek wielorzędowy migawkowy. Składniki układu chłonnego, głównie grudki chłonne związane z błonami śluzowymi określane są skrótem MALT (od ang. mucosa – associated lymphoid tissues), obejmuje on składniki układu chłonnego związane z układem oddechowym określane skrótem NALT (od ang. nasal – associated lymphoid tissues) i BALT (od ang. bronchus – associated lymphoid tissues) oraz związane z układem pokarmowym GALT (od ang. gut – associated lymphoid tissues). Podobnie składniki układu chłonnego związane ze skórą określa się skrótem SALT (od ang. skin – associated lymphoid tissues) lub SIS (od ang. skin immune

Układ limfatyczny

153

system). Składniki układu chłonnego związane z błonami śluzowymi oraz ze skórą ze względu na lokalizację, stanowią wraz z pokrywającymi nabłonkami zasadniczą barierę zabezpieczającą wnętrze organizmu przed inwazją mikroorganizmów i pasożytów. Ilościowo stanowią również istotną część układu chłonnego, określaną także jako jego część nieotorbiona.

ODPORNOå∆ WRODZONA

12

Odporność to zdolność organizmu do obrony przed mikroorganizmami i pasożytami, zapewniająca jego niewrażliwość (łac. immunitas) na ich działanie chorobowórcze. Odróżnia się odporność wrodzoną oraz odporność nabytą. Zasadnicza różnica polega na tym, że odporność wrodzona, filogenetycznie starsza, działa na zasadzie odróżniania jedynie komórek obcych od własnych, natomiast odporność nabyta uwzględnia indywidualne właściwości obcej komórki. Dlatego odporność wrodzona nazywana jest także nieswoistą, a nabyta swoistą. Ponadto odporność nabytą różni od wrodzonej zdolność zapamiętywania obcej komórki, a ściślej związanego z nią charakterystycznego związku chemicznego określanego jako antygen, co objawia się znacznie silniejszą i szybszą reakcją na powtórne wtargnięcie antygenu, czego nie obserwuje się w odporności wrodzonej. Jak z tego wynika, odporność: wrodzona i nabyta wykorzystują różne mechanizmy reagowania, które jednak działają w tym samym kierunku niejako uzupełniając się. Odporność wrodzoną zapewnia organizmowi istnienie: barier tkankowych i narządowych, zdolności do fagocytozy, czynników humoralnych, komórek cytotoksycznych oraz układu dopełniacza (tabela 12.1).

12.1. BARIERY TKANKOWE I NARZ•DOWE Bariery tkankowe i narządowe stanowią zaporę dla obcych organizmów dzięki szczelności nabłonków oraz mechanicznej odporności ich podścieliska łącznotkankowego , co ma szczególne znaczenie w odniesieniu do skóry. Dodatkowymi czynnikami, które wspomagają barierowe działanie nabłonków jest obecność na ich powierzchni wydzielin, które działają bakteriostatycznie lub nawet bakteriobójczo. W przypadku naskórka jest to wydzielina gruczołów łojowych, która z jednej strony przez swój lipidowy charakter zapewnia szczelność naskórka dla roztworów wodnych, a z drugiej dzięki kwasom tłuszczowym powoduje niskie pH powierzchni skóry, co hamuje rozwój bakterii np. gronkowców. W utrzymaniu niskiego pH powierzchni skóry uczestniczy także wydzielina gruczołów potowych dzięki obecności w nich kwasu mlekowego. Kwas mlekowy jest także istotnym czynnikiem hamującym rozwój bakterii chorobotwórczych w pochwie kobiety, a produkowany jest przez symbiotyczne pałeczki kwasu mlekowego. Niskie pH ma także istotne znaczenie w niszczeniu bakterii zawartych w treści pokarmowej znajdującej się w żołądku. Zapewnia je obecność kwasu solnego wydzielanego przez komórki okładzinowe błony śluzowej żołądka. W dalszych odcinkach układu pokarmowego duże znaczenie ma lizozym wydzielany przez komórki Panetha znajdujące się w dnie gruczołów jelitowych. Lizozym to enzym hydrolityczny, który powoduje rozpuszczenie błon bakteryj-

Odporność wrodzona

155

Tabela 12.1. Zasadnicze składniki odporności wrodzonej. Składniki

Zaangażowane komórki

Mechanizm działania

bariery tkankowe i narządowe

komórki nabłonka

szczelność, oczyszczenie przez spłukiwanie przez wydzieliny gruczołów, niskie pH wy– dzielin, lizozym zawarty w wydzielinach, rzęski na powierzchni nabłonka

fagocyty

makrofagi i mikrofagi (granulocyty obojętnochłonne)

fagocytoza, zabijanie przy pomocy: anio– nów ponadtlenkowych, nadtlenku wodoru, tlenu singletowego, rodników hydroksylo– wych, białka kationowego BPI, katepsyny G, defenzyn i lizozymu, trawienie przez enzymy lizosomalne

czynniki humoralne: interferony α, β i γ interleukiny 1, 6, 8 białka ostrej fazy, czynnik martwiczy nowotworów (TNF)

makrofagi, hepatocyty, komórki śródbłonka, komórki NK

stymulowanie makrofagów do fagocytozy, aktywowanie komórek NK, aktywowanie makrofagów do wydzielania monokin

komórki cytotoksyczne

komórki NK

nieswoista reakcja cytotoksyczna z udzia– łem perforyn, granzymów oraz NKCF

granulocyty kwasochłonne

nieswoista reakcja cytotoksyczna z udzia– łem białka zasadowego MBP oraz peroksydazy

produkcja składników: hepatocyty, makrofagi komórki śledziony, komórki efektorowe: makrofagi

uszkodzenie komórki przez kompleks ata– kujący błonę – MAC, powodujące jej śmierć lub zniszczenie przez fagocytozę; tworzenie czynników chemotaktycznych: C3a i C5a

układ dopełniacza aktywowany drogą alternatywną

nych umożliwiając w ten sposób działanie na bakterie czynników bakteriobójczych oraz ułatwiając fagocytozę bakterii. Lizozym jest także obecny w wydzielinie gruczołów łzowych i ślinianek. W układzie oddechowym istotnym elementem bariery jest obecność rzęsek na powierzchni komórek nabłonkowych. Dzięki ich ruchowi wydzielina pokrywająca powierzchnię nabłonka, a zawierająca zwykle różne, dostające się z powietrzem oddechowym, ciała obce może być usuwana z szybkością 1–2 cm/min. Dlatego też uszkodzenie rzęsek jakie powoduje palenie tytoniu oraz wdychanie skażonego powietrza znacznie osłabia działanie bariery w układzie oddechowym. Jak duże znaczenie dla zdrowia organizmu ma prawidłowe działanie rzęsek nabłonka dróg oddechowych wskazuje znaczna wrażliwość na zakażenia osobników z zespołem Kartagenera spowodowanym genetycznie uwarunkowanym brakiem ruchomości rzęsek. Działanie rzęsek polegające na usuwaniu wydzielin z powierzchni nabłonka można zaliczyć do mechanizmu oczyszczania przez spłukiwanie. Określenie to jeszcze bardziej odpowiada działaniu wydzielin w stosunku do innych nabłonków: łez w stosunku do spojówek, śliny w stosunku do nabłonków jamy ustnej, wydzielin licznych gruczołów jamy nosowej w stosunku do nabłonków

156

Rozdział 12

wyściełających tę jamę, moczu w stosunku do nabłonków dróg wyprowadzających mocz, nasienia, zawierającego działające bakteriostatycznie: sperminę i spermidynę, w stosunku do nabłonków przewodów wyprowadzających nasienie, mleka, zawierającego działającą bakteriostatycznie laktoperoksydazę, w stosunku do nabłonków przewodów wyprowadzających gruczołu mlekowego. Zrozumiałe więc, że wszystkie czynniki powodujące ograniczenie lub zahamowanie przepływu wydzielin powodują znaczne osłabienie działania bariery stanowiącej istotny element odporności wrodzonej.

12.2. FAGOCYTOZA Fagocytoza to zdolność komórek zwanych fagocytami (od gr. phagos – pożerający + kytos – komórka) do pochłaniania komórek zarówno zwierzęcych, jak i bakteryjnych, a także dużych cząstek oraz ich trawienia z udziałem układu lizosomalnego. Jest ona formą endocytozy (patrz podrozdz. 1.5). Komórkami zdolnymi do fagocytozy są granulocyty obojętnochłonne, zwane też mikrofagami oraz makrofagi tworzące w organizmie układ fagocytów jednojądrzastych (patrz tabela 5.1). Fagocytoza stanowi mechanizm wykorzystywany zarówno w odporności wrodzonej, jak i nabytej. Zwykle podjęcie fagocytozy przez komórki żerne poprzedza działanie na te komórki czynników zwanych chemotaktycznymi. Powodują one ruch komórki żernej w kierunku źródła tych czynników. Znanych jest wiele takich czynników. Należą do nich: formylowane peptydy uwalniane przez bakterie, interleukina 1 (IL–1) wydzielana przez aktywowane monocyty i makrofagi oraz leukotrien LTB4 wydzielany przez aktywowane granulocyty obojętnochłonne. Dzięki działaniu czynników chemotaktycznych fagocyty gromadzą się tam, gdzie są bakterie i gdzie już zachodzi ich fagocytoza. W procesie fagocytozy można wyróżnić kilka etapów: 1. chemotaksja, 2. przyleganie, 3. aktywowanie błony, 4. endocytoza, 5. powstanie fagosomu, 6. powstanie fagolizosomu, 7. zabicie i trawienie mikroorganizmu, 8. wydalenie niestrawionych resztek. Przyleganie, a następnie wiązanie się bakterii z błoną komórki żernej odbywa się poprzez jej receptory, które wiążą oligosacharydy na powierzchni bakterii. Związanie się bakterii z receptorami prowadzi do aktywowania błony fagocyta, co objawia się otaczaniem przez nią fagocytowanej bakterii, która jakby zapada się we wnętrzu fagocyta. Ostatecznie fagocytowana bakteria zostaje otoczona błoną, a powstały pęcherzyk nazywamy fagosomem, który po połączeniu się z lizosomem tworzy fagolizosom. W jego wnętrzu dochodzi najpierw do zabicia bakterii a następnie do jej strawienia. W zabijaniu bakterii uczestniczą mechanizmy zależne i niezależne od tlenu. Te pierwsze wykorzystują aniony ponadtlenkowe, nadtlenek wodoru, tlen singletowy oraz rodniki hydroksylowe. Mechanizmy tlenowe są szczególnie wykorzystywane przez mikrofagi. Natomiast efektorami w mechanizmach niezależnych od tlenu są bakteriobójcze białka tj. białko

Odporność wrodzona

157

kationowe BPI, katepsyna G, defenzyny, lizozym oraz laktoferryna. Trawienia zabitej bakterii dokonują enzymy lizosomalne.

12.3. CZYNNIKI HUMORALNE Najbardziej rozpowszechniony czynnik humoralny to wspomniany już lizozym produkowany przez różnego rodzaju komórki. Inne czynniki humoralne to: interferony, interleukina 1 (IL–1) i 6 (IL–6), produkowane przez wątrobę pod wpływem tych interleukin białka ostrej fazy, należąca do małych cytokin – interkryn interleukina 8 (IL–8) oraz czynnik martwicy nowotworu (ang. tumor necrosis factor – TNF) (tabela 12.2).

12.3.1. INTERFERONY Interferony to grupa glikoprotein dzielona na trzy podstawowe rodzaje: alfa, beta i gamma. Interferony alfa (IFN α) produkowane są przez zakażone wirusem leukocyty, a IFN β przez zakażone wirusem fibroblasty. Jednak zarówno IFN α jak i IFN β mogą być produkowane także pod wpływem endotoksyn bakteryjnych. Głównym źródłem IFN γ są limfocyty T oraz komórki NK. Zasadnicza rola interferonów, szczególnie alfa i beta to działanie przeciwwirusowe, jednak ich efekt działania, a szczególnie IFN γ to działanie stymulacyjne zarówno w zakresie odporności wrodzonej jak i nabytej. Jeśli chodzi o odporność wrodzoną to polega ona na: wzmaganiu cytotoksyczności komórek NK, aktywacji makrofagów, wzmaganiu fagocytozy oraz stymulowaniu produkcji innych cytokin m.in. IL–1, IL–6 oraz TNF. Interferony mają jednocześnie hamujący wpływ na proliferację i różnicowanie wielu rodzajów komórek, w tym komórek krwiotwórczych; np. IFN γ hamuje powstawanie w szpiku monocytów.

12.3.2. INTERLEUKINA 1 IL–1 wydzielana jest głównie przez monocyty i makrofagi pod wpływem endo- i egzotoksyn bakteryjnych, IFN-u gamma oraz TNF-u. Efektem jej działania jest: aktywacja komórek układu immunologicznego, w tym limfocytów B i T oraz makrofagów, a także osteoklastów, fibroblastów, komórek śródbłonka oraz pobudzanie komórek wątrobowych do produkcji białek ostrej fazy. Ważne dla funkcji układu immunologicznego działanie IL–1 to stymulacja szpiku kostnego do produkcji granulocytów i monocytów (tabela 12.2).

12.3.3. INTERLEUKINA 6 IL–6 produkowana jest przez monocyty i makrofagi pod wpływem podobnych jak IL– 1 czynników stymulujących. Ma także dość szeroki zakres działania, jednak wydaje się, że jej głównym narządem docelowym jest wątroba, która pod wpływem IL–6 produkuje białka ostrej fazy.

Rozdział 12

158

Tabela 12.2. Cytokiny. Rodzaj cytokin

Źródło

Efekt stymulujący

interleukiny: IL–1

makrofagi, fibroblasty

proliferacja aktywowanych limfocytów B i T; indukcja IL–6, IFN β, białek ostrej fazy

IL–2

limfocyty T

aktywowanie limfocytów B, T i NK

IL–3

limfocyty T, komórki tuczne

wzrost i różnicowanie komórek krwiotwórczych

IL–4

limfocyty T CD4, komórki tuczne

proliferacja prekursorów aktywowanych limfocytów B i T oraz komórek tucznych; indukowanie ekspresji cząsteczek MHC klasy II

IL–5

limfocyty T CD4, komórki tuczne

proliferacja aktywowanych limfocytów B; produkcja IgM i IgA

IL–6

limfocyty T CD4, makrofagi, komórki tuczne, fibroblasty

wzrost i różnicowanie limfocytów B i T oraz komórek krwiotwórczych

IL–7

komórki zrębu szpiku

proliferacja limfocytów pre–B oraz T CD4 i CD8, aktywowanie dojrzałych limfocytów T

IL–8, IL–10, IL–12, IL–13

monocyty

chemotaksja i aktywowanie granulocytów obojętno– chłonnych, chemotaksja limfocytów T

makrofagi, limfocyty T limfocyty CD4

cytotoksyczność wobec komórek nowotworowych, kacheksja indukcja białek ostrej fazy aktywność przeciwwirusowa, aktywowanie fagocytów, indukcja IFN γ, TNF α, IL–1, IL–6

leukocyty fibroblasty limfocyty T, makrofagi

działanie przeciwwirusowe działanie przeciwwirusowe działanie przeciwwirusowe, aktywowanie makrofagów, różnicowanie limfocytów Tc, synteza IgG przez aktywowane limfocyt B

czynnik martwi– czy nowotworu: TNF α TNF β

interferony: IFN α IFN β IFN γ

transformujący czynnik wzrostu TGF–β

płytki krwi, hamowanie proliferacji limfocytów B i T, chemotaksja łożysko, nerki, makrofagów, hamowanie aktywności komórek NK, kości, komórki hamowanie syntezy IgG i IgM, stymulowanie syntezy IgA zarażone wirusem, komórki nowotworowe

Odporność wrodzona

159

12.3.4. BIA£KA OSTREJ FAZY Białka ostrej fazy produkowane są, jak już wspomniano, przez wątrobę pod wpływem IL–1 oraz IL–6 kiedy dochodzi do zakażenia lub uszkodzenia organizmu. Do białek ostrej fazy należą: białko C–reaktywne (ang. C–reactive protein, CRP), alfa 1–anty–trypsyna, alfa 2–makroglobulina, fibrynogen, ceruloplazmina oraz składniki układu dopełniacza – C i czynnik B. Zasadnicze znaczenie CRP polega na wiązaniu się z powierzchnią bakterii, co ułatwia jej fagocytozę oraz aktywuje układ dopełniacza. Pozostałe białka ostrej fazy także ułatwiają fagocytozę. Wzrost stężenia fibrynogenu oraz białek frakcji globulin w osoczu w stanach zapalnych jest przyczyną przyspieszonego opadania erytrocytów w odczynie Biernackiego (OB).

12.3.5. INTERLEUKINA 8 IL–8 należy do tzw. małych cytokin zwanych także interkrynami. Podobnie jak IL–1 i IL–6 produkowana jest przez monocyty i makrofagi, ale również przez komórki śródbłonka. Główną komórką docelową dla IL–8 jest granulocyt obojętnochonny, który pod wpływem tej interleukiny podlega chemotaksji oraz wzmaga działanie cytotoksyczne. IL–8 działa także na wiele innych rodzajów komórek, m.in. wzmaga proliferację komórek naskórka – keratynocytów.

12.3.6. CZYNNIK MARTWICY NOWOTWORU (TNF) Czynnik ten nazywany jest także kachektyną, gdyż z nim wiąże się powstawanie kacheksji – wyniszczenia u chorych z zaawansowaną chorobą nowotworową. Na tą nazwę zasługuje jednak tylko jedna z dwóch odmian TNF-u a mianowicie TNF alfa. TNF alfa produkowany jest przez monocyty i makrofagi pod wpływem endotoksyn bakteryjnych, w tym lipopolisacharydu (LPS). Wytwarzanie TNF α stymulowane jest przez IFN γ. TNF β produkowany jest przez limfocyty B i T. TNF działa chemotaktycznie na monocyty i granulocyty obojętnochłonne i aktywuje te komórki. Aktywuje także komórki NK. Wzmaga uwalnianie różnego rodzaju cytokin, m.in. IL–1, IL–6 oraz IFN β. Jak wynika z jego nazwy, TNF wywiera działanie cytotoksyczne na komórki nowotworowe. Jak już wspomniano, powoduje wyniszczenie (kacheksję) przez wpływ na metabolizm lipidów. TNF stymuluje proliferację fibroblastów, pobudza angiogenezę, indukuje produkcję kolagenu, aktywuje osteoklasty.

12.4. KOM”RKI CYTOTOKSYCZNE Należą do nich komórki wykazujące naturalną cytotoksyczność – NK (od ang. Natural Killers) oraz granulocyty kwasochłonne.

160

Rozdział 12

12.4.1. KOM”RKI NK Komórki NK stanowią jeden z zasadniczych skadników odporności wrodzonej, gdyż wykazują właściwości cytotoksyczne bez wcześniejszej immunizacji, a więc nieswoiste. Niszczą one komórki zakażone wirusem oraz transformowane nowotworowo. Stanowią około 10% limfocytów krwi obwodowej człowieka, a wyróżnia je to, że są większe niż inne limfocyty oraz, że zawierają ziarnistości. Dlatego też określa się je jako duże ziarniste limfocyty (ang. large granular lymphocytes, LGL). Wyróżnia je także obecność na ich powierzchni antygenów CD16 i CD56. Zawarte w nich ziarnistości zawierają obok enzymów lizosomalnych także perforyny i granzymy (proteazy serynowe), oba te rodzaje białek odgrywają zasadniczą rolę w reakcji cytotoksycznej, czyli w zabijaniu komórki atakowanej przez limfocyt NK. Ziarna zawierają również TNF β oraz siarczan chondroityny A, który ma chronić komórki NK przed własnymi czynnikami cytotoksycznymi. Komórki NK wydzielają także toksyny określane jako czynniki cytotoksyczne komórek NK (ang. NK cytotoxic factor, NKCF). Komórki NK mogą być stymulowane przez IL–2 oraz IFN γ, chociaż obecność tych cytokin nie jest konieczna dla cytotoksycznego działania komórek NK. Nie wymagają więc wstępnej stymulacji, co ma znaczenie dla szybkości ich działania i co jest jedną z istotnych cech odporności wrodzonej. Aktywność cytotoksyczna komórek NK może być hamowana przez obecne na ich powierzchni receptory KIR (ang. killer cell inhibitory receptors). Receptory te wiążą własne antygeny MHC klasy I, przez co odróżniają komórki własne od obcych. Jeśli komórka własna straci ekspresję tych antygenów to podlega zniszczeniu przez własne komórki NK. Tak się dzieje w przypadku komórek zakażonych wirusem lub transformowanych nowotworowo. Jeśli jednak komórka nowotworowa zachowa ekspresję antygenów MHC klasy I to unika eliminacji przez komórki NK. Może to być przyczyną niepowodzenia immunoterapii onkologicznej. Obok działania cytotoksycznego komórki NK mają także odgrywać rolę w regulowaniu odpowiedzi immunologicznej oraz krwiotworzenia.

12.4.2. GRANULOCYTY KWASOCH£ONNE Granulocyty kwasochłonne, nazywane także eozynofilami, stanowią zaledwie 1–4% leukocytów krwi obwodowej, jednak odgrywają zasadniczą rolę w niszczeniu pasożytów, które ze względu na swoją wielkość nie poddają się fagocytozie. Eozynofile podobnie jak i inne granulocyty powstają w szpiku kostnym i po kilku godzinach krążenia w układzie naczyniowym trafiają do tkanek przenikając przez ściany naczyń włosowatych. Obecne w ich cytoplazmie ziarna są lizosomami, które obok charakterystycznych dla tych organelli komórkowych enzymów hydrolitycznych zawierają białko zasadowe (ang. major basic protein, MBP) stanowice około 50% białek zawartych w ziarnach i odpowiadające za eozynofilię tych ziaren. MBP tworzy krystaliczny rdzeń ziarna widoczny w ME. Zasadowe białko MBP wraz z peroksydazą także obecną w ziarnach wydzielone poza komórkę wywierają silne działanie cytotoksyczne. Poza czynnikami zawartymi w ziarnach eozynofile wydzielają także leukotrien LTC4 oraz czynnik aktywujący płytki (ang. platelet activating factor, PAF), który ma działanie chemotaktyczne dla granulocytów obojętnochłonnych i monocytów.

Odporność wrodzona

161

Tak więc komórki NK i eozynofile zabijają komórki docelowe przez kontakt i wydzielenie czynników toksycznych, w przeciwieństwie do fagocytów, które najpierw pochłaniają, a dopiero potem zabijają pochłoniętą komórkę.

12.5. UK£AD DOPE£NIACZA Układ dopełniacza, inaczej komplementu, obejmuje około 30 białek osocza i płynów tkankowych, które działając na siebie w określonej sekwencji ostatecznie wywierają efekt polegający na: uszkadzaniu błony atakowanej komórki, ułatwianiu jej fagocytozy, działaniu chemotaktycznym oraz powodowaniu degranulacji komórek tucznych i granulocytów zasadochłonnych. Aktywowanie układu dopełniacza może odbywać się dwoma drogami: klasyczną i alternatywną. Pierwsza wymaga obecności swoistych przeciwciał i należy przez to do odporności nabytej, natomiast aktywowanie drogą alternatywną ma charakter nieswoisty i należy do odporności wrodzonej. Droga alternatywna jest pierwotna filogenetycznie, ale odkryta została w drugiej kolejności, stąd jej nazwa. Układ dopełniacza funkcjonujący zarówno w zakresie odporności wrodzonej jak i nabytej stanowi łącznik pomiędzy oboma tymi rodzajami odporności. Białka stanowiące składniki dopełniacza oznaczane są zwykle dużą literą C (od ang. Complement). Produkowane są one głównie przez komórki wątrobowe, ale część z nich także przez inne komórki m.in. przez makrofagi i komórki śledzionowe.

12.5.1. ALTERNATYWNA DROGA AKTYWOWANIA DOPE£NIACZA Aktywatorami tej drogi są polisacharydy błon bakteryjnych, grzyby, pierwotniaki oraz niektóre komórki nowotworowe. Szczególne znaczenie tej drogi aktywacji polega na tym, że działa szybciej niż droga klasyczna gdyż nie wymaga wcześniejszej odpowiedzi immunologicznej. Składnikiem od którego zaczyna się droga alternatywna jest składnik C3 o m.cz. 195 kDa i obecny w osoczu w stężeniu 1.2 mg/ml (ryc. 12.1). Składnik C3 bardzo wolno ale stale ulega aktywowaniu przez proteazy obecne w osoczu, które polega na rozpadzie na składniki C3a i C3b. W obecności jonów magnezu produkt C3b może tworzyć kompleksy z innym składnikiem układu dopełniacza nazywanym czynnikiem B. Kompleks ten (C3bB) ulega rozszczepieniu przez enzym osoczowy (czynnik D) i powstaje z niego C3bBb. Kreska nad skrótem oznacza, że powstały składnik ma właściwości enzymatyczne. Nazywany jest konwertazą C3, gdyż może rozszczepiać składnik C3 na C3a i C3b. Litera „a” oznacza, w odniesieniu i do innych skadników dopełniacza, że powstała część jest mniejsza od części „b”. Powstała konwertaza C3 może więc niejako wzmacnia początkowy, spontaniczny, ale bardzo wolny proces aktywowania układu dopełniacza. Jednak C3bBb jest w roztworze niestabilny, gdyż czynnik B w kompleksie zastępowany jest przez czynnik H, a nowo powstały kompleks wiąże czynnik I, który powoduje, że konwertaza C3 staje się nieaktywna i ulega degradacji przez proteazy obecne w płynach tkankowych. Dlatego też właściwa aktywacja układu dopełniacza zaczyna się dopiero wtedy, gdy w wyniku związania z powierzchnią bakterii konwertaza C3 (C3bBb) ulegnie stabilizacji przez polisacharydy błony bakteryjnej chroniące ją przed czynnikiem H. Dalszą

Rozdział 12

162

Aktywacja spontaniczna

Aktywacja przez stabilizację konwertazy C3

związanie z powierzchnią bakterii + properdyna konwertaza C3 konwertaza C3, C5

stabilizacja czynniki H, I osoczowe enzymy proteolityczne inaktywacja czynnik B

degradacja

czynnik D

czynnik B

Ryc. 12.1. Układ dopełniacza – aktywacja drogą alternatywną.

Odporność wrodzona

163

stabilizację konwertazy C3 powoduje białko osoczowe properdyna zwana także czynnikiem P. Związana z powierzchnią bakterii konwertaza C3 powoduje powstawanie następnych kompleksów C3bBb, które również wiążą się z powierzchnią bakterii. Kompleksy te wiążą następnie składnik C5 i powodują jego rozłożenie na składniki C5a i C5b. Tak więc kompleks C3bBb po związaniu C5 staje się jego konwertazą. Składnik C5b tworzy następnie kompleksy ze składnikami C6 i C7, który poprzez składnik C8 wiąże się z błoną komórkową. Kompleks C5b678 powoduje zmiany konformacyjne w składniku C9, które umożliwiają mu wnikanie w błonę komórkową atakowanej komórki. Kolejne wnikające cząsteczki składnika C9 powodują powstanie w błonie kanału o dość znacznej średnicy (do 12 nm). Powstały ostatecznie kompleks C5b6789 nazywany jest kompleksem atakującym błonę (ang. membrane attack complex, MAC), chociaż wynikiem jego powstania jest raczej atak na komórkę, która poprzez utworzony kanał, w wyniku różnic w ciśnieniu osmotycznym wchania wodę i jony sodu, a także lizozym, a traci jony potasu oraz większe cząsteczki, m.in. ATP. Końcowym efektem jest śmierć komórki. Jednak tworzenie MAC to nie jedyny mechanizm, który wykorzystuje układ dopełniacza do usuwania komórek. Wiązanie się składnika C3b z powierzchnią komórki bakteryjnej powoduje jej sfagocytowanie, ponieważ fagocyty mają receptory dla składnika C3b. Dodatkowo komórki żerne aktywowane są przez małe peptydy C3a i C5a powstające w wyniku rozszczepienia i aktywowania skadników C3 i C5. Peptyd C5a ma także właściwości chemotaktyczne dla granulocytów obojętnochłonnych, a oba peptydy C3a i C5a wyzwalają degranulację komórek tucznych i granulocytów zasadochłonnych. Uwolnione z tych komórek mediatory stanu zapalnego powodują zwiększoną przepuszczalność ścian naczyń, co z kolei zwiększa wnikanie do tkanek składników osocza oraz komórek. Tak więc odporność wrodzona stanowi jakby pierwszą linię obrony organizmu, działa szybko, ale niezbyt wybiórczo i nie ulega wzmocnieniu przy powtórnym wniknięciu ciała obcego. Te braki odporności wrodzonej wyrównuje odporność nabyta, która stanowi drugą, lepiej zorganizowaną linię obrony organizmu.

ODPORNOå∆ NABYTA

13

Odporność nabyta działa na zasadzie odróżniania nie tylko „obcego” od „własnego”, co jest podstawą działania odporności wrodzonej, ale ponadto jest w stanie odróżniać indywidualne cechy cząsteczek wnikających do organizmu. Cząsteczki, które są nośnikami tych cech określane są przez immnunologów jako antygeny. Dzięki właściwości odróżniania antygenów odpowiedź immunologiczna w ramach odporności nabytej ma charakter swoisty, a zależnie od działających efektorów odpowiedzi jest to odpowiedź humoralna lub komórkowa. Zwykle w ramach odporności nabytej oba te rodzaje odpowiedzi działają wspólnie. Poza swoistością odporność nabytą cechuje zdolność „zapamiętywania” antygenu, co powoduje, że odpowiedź w przypadku jego ponownego wniknięcia, jest zarówno szybsza jak i zwykle znacznie silniejsza. Te właśnie cechy odporności nabytej zostały wykorzystane w najstarszej z metod immunoterapii jaką jest szczepienie, które okazało się niezwykle skuteczną metodą zapobiegania wielu groźnym chorobom zakaźnym np. ospie.

13.1. ANTYGENY Antygen to substancja, najczęściej białko lub polisacharyd, która jest zdolna wywołać swoistą odpowiedź immunologiczną i reagować z produktem tej odpowiedzi. Substancja o takich właściwościach nazywana jest także immunogenem. Natomiast substancja, zwykle drobnocząsteczkowa, która może swoiście wiązać produkty odpowiedzi np. przeciwciała, ale nie jest zdolna wywołać odpowiedzi immunologicznej, nazywana jest haptenem. Jednak hapten po związaniu się z białkiem, określanym w tym wypadku jako nośnik, może stać się pełnowartościowym antygenem czyli immunogenem. Różnica pomiędzy antygenem i haptenem wynika z tego, że nie cała cząsteczka antygenu decyduje o jego swoistości. Ta część antygenu, która decyduje o jego swoistości, obecna także w haptenie, a więc nie wystarczająca do wywołania odpowiedzi immunologicznej nosi nazwę determinanty antygenowej lub epitopu. Cząsteczka antygenu może zawierać więcej niż jeden epitop i wtedy mówimy o wielowartościowości antygenu. Mogą to być epitopy o identycznej lub różnej swoistości. W tym drugim przypadku zwykle jeden z nich jest immunodominujący. Jeżeli o swoistości epitopu decyduje jedynie sekwencja np. reszt aminokwasowych w polipeptydzie, to mówimy o epitopie sekwencyjnym, natomiast jeśli o swoistości epitopu decyduje układ przestrzenny cząsteczki, jej konformacja, to mówimy o epitopie konformacyjnym. Epitopy konformacyjne łatwiej niż sekwencyjne tracą swoistość w wyniku działania różnych czynników fizycznych i chemicznych. Immunogenność antygenu, która zależy także od innych niż epitop części jego cząsteczki, o czym już

Odporność nabyta

165

wspomniano, może mieć różną siłę. Stwierdzono, że decydują o niej takie cechy antygenu jak: obcość, zależna od „odległości” ewolucyjnej organizmu reagującego i źródła antygenu, wielkość cząsteczki oraz złożoność struktury chemicznej – im większa i bardziej złożona tym bardziej immunogenna. Należy jednak pamiętać o tym, że immunogenność zależy także od stanu organizmu reagującego na antygen. Stwierdzono, że ma znaczenie zarówno budowa genetyczna organizmu – osobnicy silnie i słabo reagujący na ten sam antygen, oraz jego wiek – im starszy tym zwykle reakcja słabsza, chociaż małe dzieci też słabo reagują. Oczywiście znaczenie mają takie czynniki jak stan odżywienia organizmu oraz jednoczesne działanie różnych immunogenów. Antygeny mogą wiązać się swoiście z receptorami na komórkach układu immunologicznego lub z przeciwciałami produkowanymi przez te komórki. Wiązanie się antygenów z przeciwciałami stanowi istotę odpowiedzi humoralnej a przeciwciała stanowią zasadniczy efektor tej odpowiedzi. Wyróżnia się tzw. antygeny egzogenne i endogenne. Te pierwsze znajdują się na patogenach, które wnikają do organizmu, natomiast drugie to białka wytwarzane przez komórki zakażone wirusem, które pod kontrolą genomu wirusa wytwarzają białka jego otoczki.

13.2. ODPOWIEDè IMMUNOLOGICZNA HUMORALNA 13.2.1. PRZECIWCIA£A Funkcję przeciwciał pełnią w układzie immunologicznym białka należące do globulin, które ze względu na ich funkcję nazywane są immunoglobulinami. Występują one w osoczu i płynach tkankowych wszystkich kręgowców.

13.2.1.1. Budowa czπsteczek immunoglobulin Cząsteczki wszystkich immunoglobulin (Ig) zbudowane są z czterech łańcuchów polipeptydowych: dwóch lekkich (ang. light, L) oraz dwóch ciężkich (ang. heavy, H) (ryc. 13.1). Istnieje pięć rodzajów łańcuchów ciężkich: alfa (α), delta (δ), epsilon (ε), gamma (γ), mi (µ). Dana cząsteczka Ig zawiera zawsze dwa tego samego rodzaju łańcuchy ciężkie, a ich rodzaj decyduje o przynależności Ig do określonej klasy, których to klas jest więc tyle, ile rodzajów łańcuchów ciężkich: IgA, IgD, IgE, IgG i IgM. Łańcuchy lekkie (L) występują w dwóch odmianach: kappa (κ) i lambda (λ). W cząsteczce Ig oba łańcuchy L są zawsze tej samej odmiany, a dana odmiana może się wiązać z każdym z rodzajów łańcuchów ciężkich. Jednak jak stwierdzono, większość cząsteczek Ig ma łańcuchy κ. Immunoglobuliny mogą występować w formie monomerycznej (IgD, IgE, IgG), dimerycznej (IgA) oraz pentamerycznej (IgM). Formy polimeryczne mają dodatkowy łańcuch polipeptydowy łączący J (od ang. joinig) o m.cz. 15 kDa, zawierający 8 reszt cysteinowych. W łańcuchach lekkich i ciężkich wyróżnia się część zmienną (V) i część stałą (C) (ryc. 13.1). Cząsteczka IgG poddana trawieniu papainą rozpada się na dwa identyczne fragmenty mające zdolność wiązania antygenów o tej samej swoistości, określane jako Fab (od ang. fragment antigen binding) oraz jeden fragment nie mający zdolności wiąza-

Rozdział 13

166

miejsca wiążące antygeny NH2 CDR1 CDR2

VL V region

CDR3 VH

FR1 FR2

NH2

FR3 FR4

CL Fab S CH1

S S COOH

S

←⎯ papaina

region zawiasowy S S

C region CH2

←⎯ pepsyna Fc

CH3

COOH

COOH

Ryc. 13.1. Budowa cząsteczki immunoglobuliny IgG. V = część zmienna, C = część stała, L = łańcuch lekki, H = łańcuch ciężki, CDR = regiony nadzmienne, FR = regiony zrębowe, CH, CL = domeny części stałej, NH2 = koniec aminowy, COOH = koniec karboksylowy, S–S = mostki dwusiarczkowe, – polisacharydy.

nia antygenu określany jako Fc (od ang. fragment crystalizable). Natomiast trawienie pepsyną powoduje powstanie trzech fragmentów, jeden wiążący dwie cząsteczki antygenu o identycznej swoistości określany jako F(ab’)2 oraz dwóch fragmentów pFc’. Różny efekt trawienia papainą oraz pepsyną wynika z różnego miejsca działania tych enzymów oraz określonej struktury cząsteczki immunoglobuliny. Każdy z łańcuchów lekkich łączy się z jednym z łańcuchów ciężkich mostkiem dwusiarczkowym a łańcuchy ciężkie między sobą

Odporność nabyta

167

łączą się również mostkami dwusiarczkowymi mniej więcej w połowie swojej długości, w regionie zwanym zawiasowym H (od ang. hinge). Nazwa regionu wiąże się z tym, że właśnie w tej części łańcucha może dojść do jego zgięcia. Trawienie papainą następuje po stronie końca N w stosunku do wiązania dwusiarkowego (S–S) i dlatego powstają dwa fragmenty Fab, każdy mający cały łańcuch L i część łańcucha H oraz jeden fragment Fc zawierający części dwóch łańcuchów ciężkich nadal połączone mostkami dwusiarczkowymi. Natomiast trawienie pepsyną następuje po stronie końca C w stosunku do wiązania dwusiarkowego (S–S) C’ i efektem jest jeden fragment F(ab’)2 oraz dwa fragmenty pFc’. Swoistość wiązania przeciwciała z antygenem zależy od części zmiennej cząsteczki Ig. Cała część zmienna (V) znajduje się w obrębie fragmentu Fab, który zawiera także fragment części stałej (C). Fragment Fc tworzony jest jedynie przez część stałą. Fragment Fc chociaż nie uczestniczy w wiązaniu antygenu odgrywa jednak istotną rolę gdyż w tej części immunoglobuliny znajdują się domeny wiążące ją z receptorami na komórkach, a także domeny odpowiedzialne za aktywowanie układu dopełniacza na drodze klasycznej. Swoistość wiązania części zmiennej zależy od jej struktury przestrzennej i jest ona charakterystyczna dla przeciwciała określonej swoistości. Struktura przestrzenna, a więc i swoistość wiązania epitopu warunkowana jest sekwencją aminokwasów w łańcuchu lekkim i tej części łańcucha ciężkiego, która należy do części zmiennej Ig. Tak więc określenie tej części Ig jako zmiennej wynika z jej różnorodności odpowiadającej różnorodności antygenów. Jak stwierdzono w obrębie części zmiennej istnieją trzy regiony określane jako nadzmienne (ang. complementarity – determining regions, CDR) oraz rozdzielające je cztery regiony określane jako zrębowe (ang. framework regions, FR). Właśnie regiony CDR decydują o swoistości przeciwciała i tworzą wspólnie miejsce wiązania

Tabela 13.1. Charakterystyka klas immunoglobulin człowieka. Właściwości

IgG

IgA

IgM

IgD

IgE

stężenie w surowicy (mg/dL)

1.350

200

150

5

0.1

80

13

6

0–1

0.002

23

6

5

3

3

procent wśród immunoglobulin średni czas półtrwania (dni) masa cząsteczkowa

150.000 400.000 950.000 170.000 190.000 (monomer) (dimer) (pentamer) (monomer) (monomer)

aktywacja dopełniacza

+

(+)

+ (silnie)

?

(+)

wiązanie się z komórkami tucznymi

–

–

–

–

+

przechodzenie przez łożysko

+

–

–

–

–

obecność w wydzielinach

–

+

–

–

–

dominujące w odpowiedzi pierwotnej

–

–

+

–

–

dominujące w odpowiedzi wtórnej

+

–

–

–

–

168

Rozdział 13

epitopu nazywane paratopem. Wiązanie się epitopu z paratopem odbywa się na zasadzie dopasowywania, co przypomina oddziaływanie centrum aktywnego enzymu z substratem. W tworzeniu układu przestrzennego paratopu uczestniczą wspólnie regiony nadzmienne obu łańcuchów – lekkiego i ciężkiego, a więc sześć. W oddziaływaniu paratopu z epitopem uczestniczą wiązania chemiczne czterech rodzajów: siły Van der Waalsa, wiązania wodorowe, siły elektrostatyczne oraz oddziaływania hydrofobowe. Siła wiązania epitopu z paratopem zależy od ich dopasowania i określana jest jako powinowactwo (ang. affinity). Natomiast siła wiązania antygenu z przeciwciałem zależy także od liczby epitopów w cząsteczce antygenu i nie jest zwykłą sumą siły wiązań epitopów i paratopów, a określana jest jako zachłanność (ang. avidity). Tak więc z punktu widzenia funkcji przeciwciała można w jego cząsteczce wyróżnić część rozpoznającą i wiążącą antygen (V) a mogącą wiązać dwa epitopy oraz część wiążącą przeciwciało z komórkami, a także aktywującą skadniki dopełniacza (C). Omówione wyżej cechy immunoglobulin są wspólne dla wszystkich pięciu klas jednak poszczególne klasy wykazują dość istotne różnice w wielkości cząsteczki, stężeniu w jakim występują w osoczu oraz czasie półtrwania a także pewne różnice w czynności (tabela 13.1).

13.2.2. GENETYCZNE MECHANIZMY GENEROWANIA WIELKIEJ R”ØNORODNOåCI PRZECIWCIA£ Odmiennie, niż to początkowo uważano obecnie przyjmuje się, że organizm może dysponować dostateczną liczbą przeciwciał o różnej swoistości, co umożliwia mu wiązanie praktycznie wszystkich antygenów. Takie twierdzenie wynika z teorii selekcji klonów komórkowych sformułowanej przez Burneta w roku 1959. Ostatecznie o słuszności tej teorii przesądziło wyjaśnienie mechanizmów genetycznych pozwalających na tworzenie wielkiej liczby przeciwciał o różnej swoistości. U człowieka geny dla łańcucha lekkiego kappa zlokalizowane są w chromosomie 2, a dla łańcucha lambda w chromosomie 22, natomiast dla łańcuchów ciężkich w chromosomie 14. Przy czym część zmienna łańcuchów L kodowana jest przez dwa geny: V (od ang. variable) i J (od ang. joining) a część zmienna łańcuchów H kodowana jest przez trzy geny: V, D (od ang. diversity) oraz J. W komórkach niezróżnicowanych są one oddalone od siebie a także od genu C dla części stałej. Ponadto występują w liczbie większej niż jeden. Tak więc w chromosomie 14 zawierającym geny dla łańcucha ciężkiego znajduje się w komórkach niezróżnicowanych, będących prekursorami limfocytów B, kilkaset genów V, kilkadziesiąt genów D oraz kilka genów J a także kilka genów C. Podobna sytuacja dotyczy chromosomów 2 i 22, jednak chromosom 2 zawiera tylko jeden gen C dla łańcucha kappa a chromosom 22 cztery geny C. W trakcie różnicowania prekursorów limfocytów B (tabela 13.2), w procesie nazywanym rekombinacją lub rearanżacją genów dochodzi do łączenia się po jednym z każdego rodzaju genów dla części zmiennej, w wyniku czego transkrypt (m–RNA) zawiera ciągłą sekwencję odpowiadając genom: VJ dla łańcucha L i VDJ dla łańcucha H. W trakcie procesu składania m–RNA dołącza do tej sekwencja odpowiadająca genowi C (ryc. 13.2, 13.3). Ostatecznie w wyniku translacji m–RNA powstaje łańcuch lekki lub ciężki immunoglobuliny. Przypadkowe łączenie się w trakcie rekombinacji różnych

antygeny: CD19, CD20, CD21, HLA–DR antygeny: CD19, CD20, CD21, HLA–DR

krew obwodowa, narządy limfatyczne

grudki chłonne

niedojrzały limfocyt B

dojrzały limfocyt B spoczynkowy

dojrzały limfocyt B aktywowany antygenowo

antygeny: CD19, CD20, CD21, CD69, CDw70

antygeny: CD9,CD10 CD19, CD20, CD24, CD38, HLA–DR

Pre–B

antygeny: CD19, CD34, CD38, HLA–DR aktywność TdT

Pro–B

antygen CD34

Marker

antygeny: CD10, CD34, CD38, HLA–DR niska aktywność TdT

szpik kostny

Lokalizacja

ukierunkowana komórka limfoidalna

krwiotwórcza komórka macierzysta (KKM)

Stadium limfocyta B

Tabela 13.2. Różnicowanie limfocytów B.

zmiana klas IgM/IgG lub IgE, IgA

po rekombinacji genów: V, D, J

po rekombinacji genów: V, D, J oraz zmianie klas IgM/IgD

po rekombinacji genów: V, D, J

w znacznym odsetku po rekombinacji

w trakcie rekombinacji

początek rekombinacji w końcowym okresie tego stadium

przed rekombinacją

Stan genów dla Ig

IgG lub IgE lub IgA FcR HLA–DR komórka pamięci

IgM IgD FcR CR2

IgM FcR CR2

–

–

–

–

Receptory

plazmocyt

wydzielanie najpierw IgM potem: IgG lub IgE lub IgA

powierzchnia IgM, IgD

powierzchnia IgM

cytoplazma IgM

–

–

–

Wydzielanie Ig

Odporność nabyta

169

170

Rozdział 13

Ryc. 13.2. Rekombinacja genów i powstawanie mRNA dla łańcucha ciężkiego immunoglobulin.

wariantów genów V, D i J powoduje generowanie znacznej liczby kombinacji. Nie wystarcza to jednak dla uzyskania tak wielkiej różnorodności przeciwciała. Istnieją jednak jeszcze inne mechanizmy zwiększające tę różnorodność. Pierwszy z nich określany jest jako zmienność na złączach, a polega na tym, że w trakcie rekombinacji różnych wariantów genów V, D i J dochodzi na końcach łączących się łańcuchów DNA do delecji – usuwania pewnej liczby nukleotydów lub insercji – ich dodania. W tym drugim procesie uczestniczy enzym: transferaza nukleotydów terminalnych (ang. terminal deoxynucleotidyl transferase, TdT), będący jednym z markerów prekursorowych limfocytów B. Ta jakby niedoskonałość łączenia się sekwencji genowych powoduje, że w efekcie powstaje znacznie więcej różniących się swoistości przeciwciał, gdyż odjęcie lub dodanie nukleotydów powoduje, że zmienia się sekwencja nukleotydów DNA a więc i zapis genetyczny w nim zawarty. Jeżeli weźmie się pod uwagę, że rekombinacje części zmiennych łańcuchów H i L przebiegają niezależnie oraz, że w tworzeniu miejsca wiążącego antygen (paratopu) uczestniczą części zmienne obu rodzajów łańcuchów zrozumiała staje się tak wielka różnorodność przeciwciał. Tym bardziej, że istnieje jeszcze dodatkowy mechanizm powodujący zwiększoną różnorodność przeciwciał jeśli chodzi o ich swoistość. Polega on na mutacjach somatycznych, zwykle punktowych, już zrekombinowanych genów. Zachodzą one w trakcie proliferacji i różnicowania limfocytów B, już po ich aktywacji, w grudkach chłonnych.

Odporność nabyta

171

Ka ppa Kappa

La mbda Lam

Ryc. 13.3. Rekombinacja genów i powstawanie mRNA dla łańcuchów lekkich immunoglobulin.

172

Rozdział 13

13.2.3. SYNTEZA IMMUNOGLOBULIN Jak stwierdzono pierwszy w komórce syntetyzowany jest łańcuch ciężki, a pierwsza jego cząsteczka powoduje zatrzymanie dalszej rekombinacji łańcuchów ciężkich oraz zapoczątkowanie rekombinacji genów jednego z rodzajów łańcuchów lekkich. W trakcie syntezy łańcuch ciężki trafia do cysterny RER gdzie łączy się z łańcuchem lekkim. Cząsteczka Ig przechodzi do AG gdzie ulega glikozylacji. Należy dodać, że immunoglobuliny są w istocie glikoproteinami, gdyż węglowodany mogą stanowić, zależnie od klasy Ig 2–14% ich cząsteczki. Dalsze losy oraz klasa immunoglobuliny zależą od tego, na jakim etapie różnicowania znajduje się syntetyzujący ją limfocyt B (tabela 13.2). Pierwsze w procesie różnicowania limfocytów B syntetyzowane są łańcuchy ciężkie µ, które pozostają w cytoplazmie, a komórki syntetyzujące je nazywamy pre–B. Natomiast komórki będące prekursorami pre–B nazywamy pro–B, w których zachodzi rekombinacja genów V, D i J. Następnie immunoglobulina IgM pojawia się na powierzchni limfocyta tworząc jego receptor. Taki limfocyt B nazywamy wczesnym lub niedojrzałym. Podejmuje on następnie syntezę łańcuchów ciężkich δ, a w efekcie tego na powierzchni limfocyta pojawiają się również receptory IgD o identycznej swoistości jak wcześniej syntetyzowane IgM. Limfocyt taki, posiadający na powierzchni receptory IgM oraz IgD nazywamy limfocytem B dojrzałym. Obok wymienionych już receptorów posiada on jeszcze receptory dla fragmentu Fc przeciwciał (FcR) oraz dla składników dopełniacza (CR). Gdy dojrzały limfocyt B zetknie się ze swoistym dla siebie antygenem, a więc wiązanym przez jego receptory Ig, ulega on aktywowaniu i podlega transformacji blastycznej. Transformacja blastyczna polega na zmianach morfologicznych komórki, która staje się większa a chromatyna jej jądra ulega znacznemu rozproszeniu. Zmiany morfologiczne są odbiciem procesów jakie zachodzą w komórce, a są związane z wejściem limfocyta w cykl komórkowy, z przejściem z fazy G0 w fazę G1. Po kolejnych podziałach tak przekształconego limfocyta powstaje klon komórek mogących produkować przciwciała o identycznej swoistości. Najpierw produkowane są i wydzielane immunoglobuliny IgM a następnie IgG. Limfocyt B intensywnie produkujący immunoglobuliny przybiera postać określaną jako plazmocyt. Na proces różnicowania i proliferacji limfocytów B mają wpływ cytokiny: interleukiny 1, 2, 4, 5, 6 i 7 oraz IFN γ i TGF β (tabela 12.2). Jak z tego co wyżej napisano wynika, w trakcie różnicowania limfocyta B produkowane są przeciwciała o tej samej swoistości, ale należące do różnych klas. Zjawisko to nazywane jest zmianą klas (ang. class switching), a przebiega ta zmiana w określonej kolejności. Kolejność zmian zdeterminowana jest układem genów odpowiednich klas w obrębie genu C (µ, δ, γ, ε, α). Natomiast wybór odpowiedniej klasy odbywa się drogą rekombinacji. Tak więc w trakcie różnicowania gen dla części zmiennej (V, D, J) łączy się kolejno najpierw z genem dla łańcucha µ, a następnie δ, a potem, już pod wpływem antygenu z γ, ε lub α. W pierwszej fazie aktywacji limfocytów B dochodzi do syntezy przeciwciał klasy IgM i IgD, a następnie IgG lub innej. Dochodzi do tego w ośrodku rozmnażania grudek chłonnych. Udział w tym mają limfocyty pomocnicze Th, przez bezpośredni kontakt jak też przez wydzielane cytokiny. Interleukiny 4 i 13 indukują syntezę IgE, a TGF beta i IL-10 syntezę IgA, natomiast interferon gamma indukuje IgG.

Odporność nabyta

173

13.2.4. PRZECIWCIA£A JAKO EFEKTORY ODPOWIEDZI HUMORALNEJ Efektorami odpowiedzi humoralnej są przeciwciała obecne jako wolne w osoczu, chłonce i płynach tkankowych oraz związane z powierzchnią komórek jako przeciwciała cytofilne. W wydzielinach śluzowo–surowiczych gruczołów układu oddechowego i pokarmowego oraz w żółci, a także w pocie i łzach są obecne immunoglobuliny IgA. Cząsteczka IgA w osoczu w 80% ma postać monomeryczną, reszta to dimery i trochę form wyżej spolimeryzowanych. Dimer IgA powstaje w wyniku łączenia dwóch cząsteczek przez łańcuch J. W błonie komórek nabłonków wydzielających IgA znajduje się, od strony błony podstawnej, receptor dla tego łańcucha. Powstały kompleks dimer IgA–J–receptor ulega internalizacji a następnie egzocytozie na wolnej powierzchni komórki nabłonka. Wtedy nadal związany w kompleksie receptor łańcucha J staje się fragmentem sekrecyjnym SC (od ang. secretory component). Część pentamerów IgM także związanych łańcuchem J wydzielana jest w podobny sposób. Tak więc swoiste IgA i IgM wzmacniają nieswoistą barierę tkankową i narządową będąc elementem odporności nabytej. Jest to bardzo silne wzmocnienie. Przeciwciała IgA działają nawet w treści jelitowej, gdyż w przeciwieństwie do przeciwciał IgG są oporne na działanie zawartych w niej enzymów. Immunoglobuliny IgE odgrywają kluczową rolę w reakcjach alergicznych, gdyż wiązane są przez receptory na komórkach tucznych oraz granulocytach zasadochłonnych. Dlatego też obecność antygenu–alergenu swoistego dla związanego przeciwciała IgE powoduje gwałtowną degranulację tych komórek i uwalnianie mediatorów stanu zapalnego zawartych w ziarnach oraz wytwarzanie i uwalnianie eikozanoidów: prostaglandyn i leukotrienów, również uczestniczących w reakcji alergicznej. Ze względu na to, że stanowią zdecydowaną większość (tabela 13.1), zasadniczą rolę w odpowiedzi humoralnej odgrywają immunoglobuliny IgG. Jest to jedyna klasa immunoglobulin, które przechodzą przez łożysko, a przez to zabezpieczają noworodka przez pierwsze miesiące życia. Przeciwciała IgG wiązane są przez receptory dla fragmentu Fc makrofagów umożliwiając im wykonywanie funkcji cytotoksycznej. Ponadto receptory FcR makrofagów wiążą bakterie pokryte przeciwciałami IgG, które w tym wypadku nazywane są opsoninami, co z kolei prowadzi do sfagocytowania związanych z błoną bakterii. Wiążąc się z antygenem przeciwciała tworzą kompleksy, które aktywują układ dopełniacza. Ponieważ przeciwciała są swoiste, także ta droga aktywowania, zwana klasyczną ma charakter odpowiedzi swoistej.

13.2.5. KLASYCZNA DROGA AKTYWOWANIA UK£ADU DOPE£NIACZA Klasyczną drogę aktywowania układu dopełniacza rozpoczyna związanie się jego składnika C1q z przeciwciałem tworzącym kompleks z antygenem na powierzchni bakterii (ryc. 13.4). C1q to cząsteczka poliwalentna względem przeciwciał, a związane są z nią dwa inne składniki: C1r i C1s oraz cząsteczka inhibitora. Związanie się C1q z przynajmniej dwoma przeciwciałami powoduje odłączenie się cząsteczki inhibitora i aktywowanie składników r i s, a przez to i całego kompleksu C1qrs. Wtedy wiąże się z nim składnik C4 i podlega rozszczepieniu przez C1s. Powstający C4b łączy się z błoną komórki, a następnie wiąże składnik C2, który pod wpływem C1s rozpada się na C2a i C2b.

174

Rozdział 13

Ryc. 13.4. Układ dopełniacza – aktywacja drogą klasyczną.

Ryc. 13.5. Droga lityczna układu dopełniacza. C5b wiąże C6 i C7 powodując tym samym powstanie C5b67 – hydrofobowej cząsteczki, mającej miejsce umożliwiające przyłączenie kompleksu do błony komórkowej – blisko miejsca reakcji. C8 wiąże się z tym kompleksem i przenika przez błonę komórkową, gdzie może polimeryzować wiele cząsteczek C9 tworząc kompleks atakujący błonę (MAC).

Odporność nabyta

175

Ryc. 13.6. Analogie pomiędzy klasyczną i alternatywną drogą aktywacji układu dopełniacza. W sekwencji klasycznej składowa C1s jest aktywowana przez przeciwciało w kompleksie i rozczepia zarówno C4 jak i C2. Małe fragmenty C4a i C2b znikają, a duże tworzą C4b2a. Na drodze alternatywnej związany z powierzchnią C3b (inicjowany przez powolną aktywację spontaniczną) wiąże czynnik B, który po rozpadzie uwalnia mały fragment Ba. Duży fragment Bb pozostaje związany i tworzy C3bBb. W ten sposób większa ilość C3 ulega konwersji, tworząc dodatnie sprzężenie zwrotne. Powierzchnie aktywujące, np. na mikroorganizmach, stabilizują C3b poprzez ułatwienie jego wiązania z czynnikiem B. To promuje aktywację drogi alternatywnej. Konwertaza C3 obu dróg przyłączając C3b prowadzi do powstania konwertazy C5 oraz aktywacji składowej C5. Na drodze klasycznej konwertazą C5 jest C4b2a3b, na drodze alternatywnej C3bBb3b.Obydwie drogi uczynniają konwertazę C3 – C4b2a (droga klasyczna) oraz C3bBb (droga alternatywna)

176

Rozdział 13

W efekcie powstaje związany z błoną kompleks C4b2a o właściwościach konwertazy C3 i C5. Przy czym C4b2a ma właściwości konwertazy C5, gdy jest w kontakcie ze związanym z błoną składnikiem C3b. Powstający składnik C5b przyłącza kolejno składniki: C6, C7, C8 i C9. Ostateczny efekt jest podobny jak w wyniku aktywowania drogą alternatywną, gdyż powstaje kompleks atakujący błonę (MAC) o charakterze kanału błonowego. Również, tak jak w wyniku aktywowania drogą alternatywną, komórka, z którą wiążą się składniki dopełniacza staje się szybko obiektem fagocytozy. Dzieje się tak, gdyż zarówno mikro- jak i makrofagi wyposażone są w receptory dla składników dopełniacza. W receptory dla składników dopełniacza wyposażone są również i inne komórki m.in. komórki tuczne i granulocyty zasadochłonne. Związanie się składników dopełniacza z receptorami na tych komórkach powoduje ich degranulację i uwolnienie mediatorów stanu zapalnego.

13.2.6. KOMPLEKSY IMMUNOLOGICZNE Jeżeli antygen nie jest związany tzn. znajduje się w roztworze to powstający kompleks zwany kompleksem immunologicznym także może aktywować układ dopełniacza. Antygeny wielowartościowe a więc takie, które mają wiele epitopów mogą dzięki dwuwartościowości cząsteczki Ig tworzyć duże kompleksy w postaci sieci molekularnej, podlegające precypitacji. Tworzeniu się tak dużych kompleksów i ich wytrącaniu się zapobiega usuwanie kompleksów immunologicznych przez komórki posiadające recptory dla fragmentu Fc przeciwciała, który to fragment pozostaje odsłonięty w kompleksie immunologicznym. Jeśli jednak mechanizm ten okaże się nieskuteczny, odkładanie się kompleksów immunologicznych w tkankach i aktywowanie przez nie układu dopełniacza może powodować lokalne stany zapalne.

13.2.7. SUBPOPULACJE LIMFOCYT”W B Dojrzały limfocyt B, wiążąc przez receptory immunoglobulinowe swoisty dla niego antygen, ulega aktywowaniu i podejmuje produkcję efektorów odpowiedzi humoralnej, czyli przeciwciał. Uważa się, że w trakcie różnicowania i związanej z nim rekombinacji genów immunoglobulinowych limfocyt B uzyskuje zdolność reagowania swoistego na tylko jeden antygen i produkowania przeciwciał o swoistości ograniczonej tylko do jednego antygenu. Tak więc to, co w istocie różni dojrzałe limfocyty B, to swoistość w stosunku do antygenów. Wyjątkiem ma być subpopulacja limfocytów B, którą charakteryzuje antygen powierzchniowy CD5 mająca zdolność do produkowania przeciwciał głównie klasy IgM, o niskim powinowactwie do antygenów i wielospecyficznych. Uczestniczą wyłącznie w odpowiedzi pierwotnej.

13.2.8. AKTYWOWANIE LIMFOCYT”W B Aktywowanie limfocytów B przebiega w ten sposób, że po związaniu antygenu przez receptor na powierzchni komórki, który to receptor ma charakter immunoglobuliny, najczę-

Odporność nabyta

177

aktywowanie przez limfocyty Th

aktywacja MHC II antygen

proliferacja

TCR

limfocyt pomocniczy T

aktywny limfocyt B

różnicowanie

komórki plazmatyczne

Ryc. 13.7. Limfocyt pomocniczy T aktywowany przez makrofaga wydziela interleukiny, które aktywują limfocyt B do proliferacji i różnicowania.

limfocyty B pamięci

przeciwciała

komórka B pamięci CD4

IL 5 TCR Ag proliferacja komórka komórka Th2 B MHC II IL-2R Ig receptory antygenowe

komórka B

potomstwo

komórka B

komórka plazmatyczna

różnicowanie

prz ec iwc iał a

IL 4

Ryc. 13.8. Prezentacja antygenu (Ag) przez limfocyta B limfocytowi Th2. Proliferacja i różnicowanie limfocytów B.

ściej klasy IgG, dochodzi do internalizacji kompleksu antygen–receptor drogą endocytozy, co staje się sygnałem do aktywowania limfocyta B. W wypadku antygenu określanego jako grasiczoniezależny sygnał ten jest wystarczający, w przeciwieństwie do antygenu określanego jako grasiczozależny. W tym wypadku potrzebna jest kooperacja z limfocytem Th, któremu limfocyt B prezentuje związany przez siebie antygen, w powiązaniu z cząsteczką MHC klasy II. Limfocyt Th oddziałuje na limfocyt B przez wydzielane przez siebie limfokiny: IL– 2, IL–4 i IL–5 (ryc. 13.8). Efektem skutecznej aktywacji limfocyta B jest proces transformacji blastycznej oraz proliferacja prowadząca do powstania klonu limfocytów B o tej samej swo-

Rozdział 13

178

istości w stosunku do antygenu, który wywołał powstanie tego klonu. Następnie limfocyty B podejmują produkcję i wydzielanie immunoglobuliny odpowiadającej swoistością receptorowi komórki wyjściowej, przyjmując postać komórki plazmatycznej – plazmocyta. Jednak część komórek powstałego klonu nie przekształca się w plazmocyty i pozostaje w fazie G0 cyklu komórkowego gotowa do reagowania na powtórne wniknięcie swoistego dla siebie antygenu. Dlatego też nazywane są one komórkami pamięci immunologicznej. Tabela 13.3. Różnicowanie limfocytów T Procesy komórkowe i narządowe

Lokalizacja

Stadium rozwoju

Markery

szpik kostny, krew obwodowa

Pro–T

TdT

przechodzenie do krwi i osiedlanie się w grasicy (antygen CD44, tymotaktyna)

kora grasicy strefa podtorebkowa

Pro–tymocyty

TdT, CD2, CD7 CD1, CD2, CD3, CD5, CD7

rekombinacja genów dla TCR

Pre–T

receptor TCR1 lub TCR2 CD4–, CD8–

kora głęboka

niedojrzałe T

CD1, CD2, CD3, CD5, CD7 TCR2 CD4 lub TCR2 CD8 TCR1 CD4–, CD8–

selekcja na reagujące i niereagujące z własnymi antygenami

rdzeń

dojrzałe limfocyty T

antygeny: CD1, 2, 3, 5, 7 TCR1 CD4–, CD8– TCR2 CD4+, CD8– TCR2 CD4–, CD8+

eliminacja tymocytów skierowanych przeciwko własnym antygenom

krew obwodowa

immunokom– petentne limfocyty T: pomocnicze Th oraz cytotoksyczno/ supresorowe Tc/s

antygeny: CD1, 2, 3, 5, 7 TCR1 CD4–, CD8– TCR2 CD4+, CD8– TCR2 CD4–, CD8+

zasiedlanie stref grasiczozależnych obwodowych narządów limfatycznych

13.3. ODPOWIEDè IMMUNOLOGICZNA KOM”RKOWA 13.3.1. R”ØNICOWANIE LIMFOCYT”W T Efektorami odpowiedzi komórkowej są limocyty T. Podobnie jak i wszystkie komórki krwi wywodzą się one ze szpikowej krwiotwórczej komórki macierzystej, która przekształcając się w ukierunkowaną komórkę limfoidalną zapoczątkowuje szereg rozwojo-

Odporność nabyta

179

wy limfocytów. Komórka ukierunkowana różnicuje się następnie w komórkę pro–B i pro– T (ryc. 10.1). Pierwsza z nich kontynuuje różnicowanie w szpiku kostnym (tabela 13.2), natomiast komórka pro–T drogą krwionośną trafia do grasicy (tabela 13.3). Wędrówka limfocytów pro–T rozpoczyna się już w okresie płodowym, ale kontynuowana jest, chociaż z mniejszym natężeniem, także po urodzeniu. Po dotarciu do grasicy zasiedlają one podtorebkową strefę jej kory. Nazywane pro–tymocytami wykazują aktywność enzymu TdT oraz obecność antygenów powierzchniowych CD2 i CD7, a także cytoplazmatycznego antygenu CD3. Podlegają one w grasicy proliferacji i różnicowaniu. W trakcie różnicowania powstaje linia tymocytów z receptorem TCR (od ang. T cell receptor) typu 1 zbudowany z łańcuchów γ i δ oraz linia z receptorem TCR typu 2, zbudowanym z łańcuchów α i β. Tymocyty z receptorem TCR1, po selekcji i wyeliminowaniu tymocytów reagujących z własnymi antygenami, w czym uczestniczą obecne w grasicy makrofagi, opuszczają grasicę i zasiedlają obwodowe narządy limfatyczne. Tymocyty te stanowią nieduży odsetek wszystkich tymocytów. Tymocyty z receptorem TCR2 uzyskują antygeny powierzchniowe CD4 i CD8, a następnie rozdzielają się na linii tymocytów posiadających albo antygen CD4 albo CD8. Wtedy, podobnie jak tymocyty z receptorem TCR1 podlegają selekcji i eliminacji komórek reagujących z własnymi antygenami. Następnie po opuszczeniu grasicy, co odbywa się na terenie jej rdzenia, trafiają do krwioobiegu i zasiedlają strefy zwane grasiczozależnymi w obwodowych narządach limfatycznych. Jednak tylko niewielka część tymocytów opuszcza grasicę jako dojrzałe – immunokompetentne limfocyty T. Zdecydowana większość tymocytów ginie na terenie grasicy, ulegając apoptozie. Tak więc wśród limfocytów T opuszczających grasicę znajdują się komórki z receptorem TCR1 antygenowo CD4–, CD8– stanowiące niewielki odsetek limfocytów T opuszczających ten narząd oraz limfocyty T z receptorem TCR2 antygenowo CD4+, CD8– ze względu na pełnioną w układzie immunologicznym funkcję nazywane pomocniczo–indukcyjnymi, a oznaczane Th (od ang. helper) oraz limfocyty także z receptorem TCR2, ale antygenowo CD4– ,CD8+ pełniące funkcje cytotoksyczną. Limfocyty T mogą pełnić także funkcje supresorowe, określa się je jako limfocyty T regulatorowe (Treg). Mogą one należeć zarówno do limfocytów CD4 jak i CD8. Odgrywają rolę w hamowaniu aktywności autoreaktywnych limfocytów T, a także w tolerancji transplantacyjnej.

13.3.2. RECEPTORY LIMFOCYT”W T Podobnie jak limfocyty B, również limfocyty T mają na swojej powierzchni receptory wiążące swoiste dla nich antygeny. Gdy jednak receptor limfocytów B jest monomeryczną immunoglobuliną, receptor TCR jest heterodimerem zbudowanym z dwóch łańcuchów, które nie są produktami genów immunoglobulinowych (ryc. 13.11.C). Łańcuchy mają m.cz. 40–50 kDa. Jak już wyżej wspomniano są dwa typy receptorów TCR charakterystycznych dla dwóch różnych linii limfocytów T. Receptor TCR1 zbudowany jest z łańcucha γ i łańcucha δ oraz receptor TCR2, obecny na większości limfocytów T (około 90%), zbudowany z łańcuchów: α i β. Łańcuchy obu rodzajów receptorów (TCR1 i 2) tworzą kompleksy z błonową strukturą CD3 składającą się z pięciu łańcuchów. Tak więc struktura CD3 jest markerem wszystkich limfocytów T. W łańcuchach receptorów TCR można wyróżnić część o niewielkiej zmienności oraz część zmienną, o właściwościach

180

Rozdział 13

wiązania antygenu, a więc odpowiadającą fragmentowi Fab immunoglobuliny. Podobnie jak część zmienna Ig, część zmienna łańcuchów TCR musi swoją różnorodnością odpowiadać różnorodności potencjalnych antygenów. Mechanizmy genetyczne prowadzące do tak wielkiej różnorodności receptorów TCR pod względem swoistości, są bardzo zbliżone do tych, które zapewniają różnorodność przeciwciał. Geny dla łańcuchów TCR znajdują się w chromosomie 7 (β, γ) oraz 14 (α, δ). Łańcuch α kodowany jest w niezróżnicowanych komórkach (pro–tymocytach) przez około 100 genów V i 50 genów J, natomiast łańcuch β przez 30 genów V, 12 J oraz 2 D. Geny te podlegają rekombinacji. Zachodzi też zmienność na złączach, natomiast nie stwierdzono mutacji somatycznych. Podobnie jak w przypadku immunoglobulin w tworzeniu miejsca wiązania antygenu uczestniczą części zmienne obu łańcuchów. Dlatego też zmienność wynika także z przypadkowego łączenia się łańcuchów o różnej strukturze co daje ogromną liczbę kombinacji. Podobnie jak w przypadku limfocytów B, wyżej opisane procesy zachodzą w trakcie różnicowania się limfocytów T (tabela 13.3).

13.3.3. WI•ZANIE ANTYGENU PRZEZ TCR Mimo podobieństwa, budowy i działania mechanizmów genetycznych warunkujących różnorodność, pomiędzy receptorami TCR a immunoglobulinami, mechanizm wiązania antygenu przez TCR jest różny od wiązania przez receptory immunoglobulinowe limfocytów B. Różny jest także proces aktywowania komórki wiążącej antygen. O ile limfocyty B mogą wiązać antygeny rozpuszczalne, to limfocyty T wiążą antygeny już wcześniej związane z błoną komórki prezentującej i połączone z cząsteczkami MHC. Ponadto w działaniu receptora TCR uczestniczą, tworząc z nim kompleksy, wspomniana wcześniej struktura CD3 oraz CD4 (limfocyty Th) lub CD8 (limfocyty Tc).

13.3.4. PREZENTOWANIE ANTYGENU Prezentowanie antygenu jest procesem dość złożonym, określanym jako obróbka antygenu. Polega ona najczęściej na rozfragmentowaniu cząsteczki antygenu dzięki czemu prezentacji podlegają pojedyńcze epitopy. Jeśli jest to antygen egzogenny, to podlega on najpierw fagocytozie, następnie nadtrawieniu przez enzymy lizosomalne i ostatecznie jest prezentowany na powierzchni komórki prezentującej (ang. antigen presenting cell, APC) w połączeniu z cząsteczką MHC klasy II. Natomiast antygeny endogenne, są to najczęściej białka wirusowe, podlegają obróbce w cytosolu przy udziale proteasomów i następnie prezentowane są na powierzchni komórki w połączeniu z cząsteczką MHC klasy I. Rozpoznawanie antygenu jedynie w połączeniu z cząsteczką MHC nazywane jest restrykcją MHC. Ponieważ cząsteczki MHC klasy I występują na wszystkich komórkach organizmu, dlatego każda komórka zakażona wirusem może podlegać reakcji ze strony układu immunologicznego. Reakcja ta polega na działaniu limfocytów T cytotoksycznych i zabiciu zakażonej komórki. Tak więc prezentacja przy udziale cząsteczek MHC klasy I dotyczy tylko limfocytów Tc. Natomiast prezentacja antygenów z udziałem cząsteczki MHC klasy II dotyczy limfocytów Th i odbywa się na powierzchni tylko niektórych rodzajów komórek zwanych prezentującymi, wyposażonych

Odporność nabyta

181

Ryc. 13.9. Prezentacja antygenu. Fagocyty jedniojadrzaste (u góry), komórki B (w środku) i komórki dendrytyczne (u dołu) mogą prezentować antygen komórkom T pomocniczym (Th) zależnym od MHC klasy II. Makrofagi wychwytują antygeny poprzez nieswoiste receptory lub jako kompleksy immunlogiczne. Antygen jest przetwarzany i w postaci fragmentów wraca na powierzchnię komórki związany z białkami MHC klasy II. Aktywowane komórki B wychwytują antygen poprzez Ig powierzchniowe i prezentują go komórkkom T w kontekście antygenów MHC klasy II. Komórki dendrytyczne, które stale mają ekspresję cząsteczek klasy II pobierają antygen w drodze pinocytozy.

Ryc. 13.10. Cząsteczki biorące udział w prezentacji antygenu. Cząsteczki biorące udział w interakcji pomiędzy limfocytami T a komórkami APC, obok receptorów TCR i cząsteczek MHC klasy II. Uczestniczą w tym także cytokiny a ich działanie ma różny kierunek.

Rozdział 13

182

właśnie w cząsteczki klasy MHC klasy II, są to: makrofagi, komórki dendrytyczne i limfocyty B. Komórki te wykazują pewne różnice w sposobie prezentowania antygenów. Komórki dendrytyczne, które występują głównie w układzie chłonnym, ale również we krwi, tkance łącznej i naskórku są wyposażone w wiele cząsteczek MHC II. Nie fagocytują i prezentują antygeny dłużej niż inne APC. Prezentacja przez limfocyty B potrzebna jest im do uzyskania stymulacji ze strony limfocytów Th. Makrofagi spoczynkowe nie posiadają na swej powierzchni cząsteczek MHC II, ale pobudzone syntetyzują je. Makrofagi dzięki zdolności do fagocytozy odgrywają szczególną rolę w prezentowaniu antygenów związanych z dużymi cząstkami tj. bakterie. Poza komórkami zaliczanymi do APC również inne komórki mogą prezentować antygeny przy udziale MHC II jeśli zostaną poddane stymulacji przez IFN γ. Należy zaznaczy, że w procesie prezentacji antygenu uczestniczą także cząsteczki adhezyjne LFA i ICAM.

13.3.5. G£”WNY UK£AD ZGODNOåCI TKANKOWEJ Główny układ zgodności tkankowej (ang. major histocompatibility complex, MHC) został odkryty w trakcie badań nad odrzucaniem przeszczepów, stąd jego nazwa. Natomiast produkty genów stanowiących ten układ, obecne na powierzchni komórek określono jako antygeny transplantacyjne lub zgodności tkankowej. Ponieważ sytuacja, w której cząsteczki MHC ujawniają się jako antygeny tzn. po przeszczepieniu tkanek jest

A)

B)

C)

łańcuch alfa

łańcuch alfa

łańcuch alfa

łańcuch beta

H2N

M α2

NH2 S S

S S

β1

α1

NH2

H2N

α3

α2

łańcuch beta NH2

Vα

Vβ

NH2 β2

przestrzeń pozakomórkowa

Cα

Cβ

przestrzeń pozakomórkowa

HOOC

błona komórkowa

błona komórkowa CYTOSOL

CYTOSOL

COOH

COOH

COOH

COOH

COOH

glikoproteina MHC klasy I

glikoproteina MHC klasy II

receptor antygenowy limfocyta T (TCR)

Ryc. 13.11. Budowa antygenów głównego układu zgodności tkankowej (MHC) klasy I (A) i klasy II (B). Budowa receptora antygenowego limfocyta T (TCR).

Odporność nabyta

183

sztuczna, bo w naturze nie występuje, zdawano sobie sprawę, że ich rola w istocie nie polega na utrudnianiu przeszczepiania tkanek. Rzeczywiście, dalsze badania wykazały, że ich zasadniczą rolą w organizmie jest udział w prezentowaniu antygenów a przez to w indukowaniu odpowiedzi immunologicznej. Kompleks genów MHC najlepiej poznany u myszy określany jest skrótem H–2, natomiast u człowieka HLA (od ang. human leukocyte antigen), gdyż antygeny zgodności tkankowej u człowieka odkryto najpierw na leukocytach. Kompleks genów MHC zlokalizowano u człowieka w chromosomie 6. Geny te wykazują znaczny polimorfizm tzn. występują w wielu odmianach allelicznych, dziedzicząc się kodominacyjnie. Produkty tych genów – cząsteczki MHC, nazywane także antygenami MHC, gdyż, jak już wspomniano, w przeszczepach ujawniają się właściwości antygenów, są glikoproteidami związanymi z błoną komórkową. Cząsteczki MHC należące do klasy I występują na powierzchni wszystkich komórek jądrzastych, natomiast cząsteczki MHC klasy II występują głównie na limfocytach B, makrofagach oraz komórkach dendrytycznych. Jednak pod wpływem IFN γ mogą ujawniać się także na innych komórkach takich jak: limfocyty T, komórkach śródbłonka, keratynocytach.

13.3.5.1. Czπsteczki MHC klasy I Cząsteczki MHC klasy I zbudowane są z dwóch podjednostek: β–mikroglobuliny (m.cz. 15 kDa) oraz łańcucha ciężkiego (m.cz. 44 kDa) (ryc. 13.7.A). Gen dla β–mikroglobuliny znajduje się poza kompleksem MHC i zlokalizowany jest w chromosomie 15. Łańcuch ciężki α ma trzy części: krótką wewnątrzkomórkową, krótką hydrofobową wewnątrzbłonową i najdłuższą (80% łańcucha) zewnątrzkomórkową. Ta ostatnia zawiera trzy domeny, które tworzą podobnej długości pętle: α1, α2, α3. Zewnętrzne domeny: α1 i α2 kodowane są przez różne allele i wykazują duży polimorfizm. To one decydują o różnicach pomiędzy osobnikami w zakresie antygenów zgodności tkankowej. Trzecia domena (α3), leżąca bliżej błony, podobnie jak β–mikroglobulina nie wykazują polimorfizmu. Badania budowy przestrzennej cząsteczek MHC I wykazały, że w obrębie tej cząsteczki znajduje się rowek, w którym lokowane są prezentowane antygeny.

13.3.5.2. Czπsteczki MHC klasy II Cząsteczki MHC klasy II zbudowane są z dwóch łańcuchów o podobnej budowie: α (33 kDa) i β (29 kDa). Każdy z łańcuchów, w części zewnątrzkomórkowej zawiera dwie domeny: α1, α2 oraz β1, β2. Geny dla domen najbardziej zewnętrznych: α1 i β1 wykazują największy polimorfizm. Budowa przestrzenna zbliżona jest do budowy cząsteczek MHC I, cząsteczki MHC II także zawierają rowek, w którym lokowany jest prezentowany antygen (ryc. 13.11.B).

13.3.5.3. Geny uk≥adu MHC cz≥owieka Układ MHC człowieka określany jest, jak już wyżej wspomniano, jako układ HLA. Układ ten tworzą geny, w kolejności: dla cząsteczek MHC klasy II – HLA–DP, HLA–

Rozdział 13

184

Klasa II

Klasa III

Klasa I

Kilozasad Ryc. 13.12. Kompleks genów głównego układu zgodności tkankowej (MHC) na chromosomie 6 człowieka.

DQ i HLA–DR, dla cząsteczek MHC klasy III, które nie uczestniczą w prezentowaniu antygenu oraz dla cząsteczek MHC klasy I – HLA–A, HLA–B i HLA–C. Kompleks HLA obejmuje również kilkanaście pseudogenów (ryc. 13.12). Geny układu HLA dziedziczone są w sprzężeniu, a rekomobinacje zdarzają się rzadko. Tak więc znaczne zróżnicowanie populacji ludzkiej pod względem antygenów HLA, ważne w transplantologii, jest wynikiem znacznego polimorfizmu genów tego układu. Szczególnie geny HLA–B (MHC I) oraz HLA–DR (MHC II) obejmują znaczną liczbę różnych alleli. Wykazano istnienie powiązania pomiędzy występowaniem określonych antygenów (alleli) z częstością występowania niektórych chorób np. obecność allelu HLA–B27 silnie koreluje z występowaniem zesztywniającego zapalenia stawów kręgosłupa, podobnie jak celiakii (choroba glutenowa)) z allelem HLA–DR3. Dlatego też identyfikowanie antygenów HLA jest ważne nie tylko w transplantologii, ale również dla określania ryzyka występowania niektórych chorób. Ma też znaczenie poza medyczne np. przy dochodzeniu ojcostwa oraz identyfikowaniu śladów tkankowych w kryminalistyce.

13.3.6. EFEKTORY ODPOWIEDZI KOM”RKOWEJ Efektorami odpowiedzi komórkowej są limfocyty T działające za pośrednictwem cytokin lub przez działanie cytotoksyczne. Działanie za pośrednictwem cytokin wywierają limfocyty T należące do subpopulacji określanej jako pomocnicze (ang. helper) – Th. Właśnie za pośrednictwem cytokin limfocyty Th kooperują z limfocytami B oraz działają na prekursory innej subpopulacji limfocytów T – cytotoksycznych (Tc). Jak stwierdzono najpierw u myszy, a ostatnio również u ludzi, inna subpopulacja limfocytów Th kooperuje z limfocytami B, określana jako Th2, a inna, określana jako Th1, oddziałuje na prekursory limfocytów T, będące głównymi efektorami odpowiedzi komórkowej. Limfocyty Th1 produkują głównie IL–2, stymulując limfocyty Tc oraz IFN γ aktywujący makrofagi. Natomiast limfocyty Th2 wydzielają głównie IL–4 oraz IL–5 działające na limfocyty B. Należy wyjaśnić, że ilość wydzielanej cytokiny, w tym wypadku określanej jako limfokina, przez produkującą ją komórkę jest bardzo mała. Dlatego też zasięg jej dzia-

Odporność nabyta

185

Ryc. 13.13. Cytotoksyczność typu komórkowego. Trzy różne rodzaje wiązania komórek cytotoksycznych z komórkami docelowymi. Cytotoksyczne limfocyty Tc (CD8) wiążą komórki docelowe prezentujące antygeny endogenne w kontekście antygenów MHC klasy I oraz komórki docelowe prezentujące antygeny egzogenne w kontekście antygenów MHC klasy II. Komórki NK rozpoznają brak autologicznych antygenów MHC klasy I i obecność ligandów na komórkach nowotworowych. Komórki K rozpoznają fragment Fc przeciwciała IgG związanego z antygenem na komórki docelowej.

Ryc. 13.14. Interakcje pomiędzy limfocytami Tc a komórkami docelowymi. Obok receptora TCR i antygenu endogennego prezentowanego w kontekście antygenu MHC klasy I w interakcji uczestniczą ze strony limfocytu Tc cząsteczka CD8, CD 2 i cząsteczka adhezyjna LFA-1, a ze strony komórki docelowej cząsteczki adhezyjne: ICAM-1 oraz LFA-3.

186

Rozdział 13

łania jest bardzo ograniczony, a więc lokalny, a przez to ma charakter parakrynii, czasami nawet autokrynii. Limfocyty Th mają charakterystyczny dla nich antygen CD4, a ich receptor TCR2 rozpoznaje antygeny zwizane z cząsteczką MHC II. Natomiast limfocyty Tc charakteryzują się obecnością na ich powierzchni antygenu CD8 a ich receptor TCR2 rozpoznaje antygeny w połączeniu z MHC I. Rozpoznawanie antygenu jedynie w połączeniu z cząsteczką MHC, jak już wspomniano, określa się w immunologii jako restrykcję MHC. Dotyczy ona odpowiedzi komórkowej, jak również humoralnej wobec antygenów grasiczozależnych. Reakcja cytotoksyczna komórek NK takiej restrykcji nie podlega. Natomiast sam przebieg reakcji cytotoksycznej wywieranej przez limfocyt Tc jest zbliżony do reakcji cytotoksycznej komórek NK. Również głównym obiektem ataku są komórki zakażone wirusem. Jednak na obce cząsteczki MHC obecne na przeszczepianych tkankach reagują głównie limfocyty Tc .

13.3.7. CYTOTOKSYCZNOå∆ KOM”RKOWA ZALEØNA OD PRZECIWCIA£ Cytotoksyczność komórkowa zależna od przeciwciał (ang. antibody–dependent cellular cytotoxicity, ADCC), jak wynika z nazwy wymaga z jednej strony obecności przeciwciał, a z drugiej komórek cytotoksycznych. Jest więc mechanizmem efektorowym łączącym elementy odpowiedzi humoralnej i komórkowej, a nawet odporności wrodzonej i nabytej. Przeciwciała, głównie IgG, zapewniają swoistość wiązania się z antygenem na powierzchni komórki docelowej, natomiast komórkami zaangażowanymi w tą reakcję mogą być: komórki NK, monocyty, makrofagi, a także granulocyty obojętnochłonne i kwasochłonne. Uczestniczyć może w reakcji ADCC także pewna część limfocytów T. Są to limfocyty T CD4–, CD8– wyposażone w receptor TCR1 (γ, δ), których nie dotyczy restrykcja MHC.

13.4. PRZEBIEG ODPOWIEDZI IMMUNOLOGICZNEJ W odpowiedzi immunologicznej, zarówno humoralnej jak i komórkowej można wyróżnić dwie zasadnicze fazy: indukcyjną i efektorową. Fazę indukcyjną rozpoczyna rozpoznanie antygenu przez swoisty dla niego, immunokompetentny limfocyt. Antygen musi być prezentowany przez komórkę APC. Następnie przy udziale limfocytów Th (nie dotyczy to antygenów grasiczo–niezależnych) dochodzi do transformacji blastycznej, proliferacji oraz różnicowania się komórek efektorowych, a także komórek pamięci. Komórki efektorowe w odpowiedzi humoralnej to limfocyty B przekształcone w plazmocyty. W trakcie fazy efektorowej limfocyty B, w postaci plazmocytu produkują i wydzielają swoiste przeciwciała, a limfocyty Tc atakują komórki noszące swoiste dla nich antygeny. Zarówno faza indukcyjna jak i efektorowa podlegają skomplikowanym mechanizmom regulacyjnym, które nie są omawiane gdyż ich nawet pobieżne przedstawienie znacznie poszerzyłoby objętość tego rozdziału. Odróżnia się odpowiedź immunologiczną pierwotną i wtórną. Pierwotna odpowiedź rozwija się wtedy, gdy do organizmu antygen wnika po raz pierwszy. W ramach odpowiedzi pierwotnej powstają komórki efektorowe i komórki pamięci, o czym już wcześniej

Odporność nabyta

187

wspomniano. Obecność tych drugich powoduje, że odpowiedź na powtórne wniknięcie antygenu przebiega inaczej niż po pierwszym jego wniknięciu. Generalnie odpowiedź wtórna przebiega szybciej i ma większe natężenie. Główną przyczyną tego jest znacznie większa liczba limfocytów swoistych dla wnikającego powtórnie antygenu, stanowiących klon komórkowy powstały w efekcie odpowiedzi pierwotnej. W odpowiedzi humoralnej wtórnej stwierdza się ponadto znacznie większy udział przeciwciał klasy IgG niż w odpowiedzi pierwotnej. Zdolność organizmu do reagowania w sposób charakterystyczny dla odpowiedzi wtórnej można uzyskać sztucznie przez szczepienie, polegające na wprowadzeniu odpowiednio przygotowanego antygenu.

JAMA USTNA

14

Jama ustna to pierwszy odcinek przewodu pokarmowego, w którym pokarm poddawany jest rozdrobnieniu i następnie trawieniu. Wysłana jest błoną śluzową, którą tworzy nabłonek wielowarstwowy płaski oraz tkanka łączna właściwa luźna, określana jako blaszka właściwa błony śluzowej (lamina propria). Błona śluzowa poszczególnych rejonów jamy ustnej wykazuje zróżnicowanie, co w największym stopniu dotyczy górnej powierzchni języka.

14.1. WARGI I POLICZKI Wejście do jamy ustnej otaczają wargi. Ich zewnętrzną powierzchnię pokrywa skóra owłosiona z gruczołami łojowymi i potowymi. W strefie przejścia w błonę śluzową pokrywającą wewnętrzną powierzchnię warg skóra ulega zmodyfikowaniu przyjmując postać tzw. czerwieni wargowej. Nabłonek wielowarstwowy płaski pokrywający czerwień wargową jest cieńszy niż skóry warg. Błona śluzowa właściwa wpukla się w ten nabłonek w postaci brodawek, zawiera ona liczne naczynia i nerwy, natomiast nie zawiera gruczołów łojowych i potowych. Obecność licznych naczyń krwionośnych oraz cienkość nabłonka decydują o charakterystycznej barwie. Błona śluzowa policzków pokryta jest grubym nabłonkiem wielowarstwowym płaskim nierogowaciejącym spoczywającym na blaszce właściwej, która przechodzi w błonę podśluzową. Błona podśluzowa policzków zawiera małe gruczoły surowiczo–śluzowe zwane gruczołami policzkowymi. Tkanka łączna błony podśluzowej łączy się z mięśniami policzka oraz przechodząc pomiędzy nimi łączy się z tkanką podskórną zewnętrznej strony policzków.

14.2. PODNIEBIENIE I DZI•S£A Sklepienie jamy ustnej tworzy podniebienie twarde (2/3) oraz miękkie (1/3). Podniebienie twarde pokrywa nabłonek wielowarstwowy płaski rogowaciejący leżący na blaszce właściwej zawierający dużo elementów włóknistych. Blaszka właściwa przechodzi w błonę podśluzową a ta łączy się z okostną kości podniebienia. Błona śluzowa podniebienia przechodzi w błonę śluzową dziąseł. W strefie przejścia występują małe gruczoły śluzowe zwane podniebiennymi. Dziąsła tworzy błona śluzowa pokrywająca wyrostki zębodołowe szczęki oraz żuchwy. Nabłonek dziąseł jest wielowarstwowy płaski rogowaciejący i spoczywa na włóknistej

Jama ustna

189

blaszce właściwej błony śluzowej, która łączy się z okostną bez pośrednictwa błony podśluzowej. Włókna błony śluzowej wiążą dziąsło z wyrostkami zębodołowymi. Podniebienie miękkie to włóknisto-mięśniowy fałd będący przedłużeniem twardego. Na powierzchni zwróconej do jamy ustnej pokryte jest nabłonkiem wielowarstwowym płaskim nierogowaciejącym, a od strony jamy nosowej wielorzędowym nabłonkiem migawkowym. Blaszka właściwa błony śluzowej przechodzi w błonę podśluzową, która zawiera liczne gruczoły śluzowe.

14.3. Z BY Zęby ułożone są w dwa łuki – w szczęce i żuchwie, oba zawierające u osoby dorosłej po 16 zębów. Zasadnicza część zęba to korona – część zęba wystająca ponad dziąsło oraz korzeń znajdujący się w zębodole. Ząb tworzą: szkliwo, zębina i cement oraz miazga (ryc. 14.1). Zasadniczym składnikiem zęba jest zębina, którą w koronie pokrywa szkliwo, a w korzeniu cement. Wewnątrz zębiny znajduje się komora, która kształtem odpowiada kształtowi zęba i poprzez kanał w korzeniu oraz otwór w jego szczycie łączy się z przestrzenią okołozębną zwaną ozębną.

14.3.1. Z BINA Zębina podobnie jak kość jest w znacznym stopniu zmineralizowana, sole wapnia hydroksyapatytu, w postaci kryształów, stanowią 80% suchej masy. Składniki organiczne to włókna kolagenowe (kolagen typu I) oraz glikozaminoglikany. Syntetyzowane są przez komórki zębinotwórcze – odontoblasty, leżące na wewnętrznej powierzchni zębiny oddzielającej ją od miazgi. Odontoblasty są wrzecionowatymi spolaryzowanymi komórkami gdyż wydzielają syntetyzowane składniki organiczne jedynie od strony zębiny. Zawierają rozbudowany AG i RER. W kierunku zębiny każda komórka zębinotwórcza wysyła wypustkę biegnącą przez całą szerokość zębiny w wąskim kanaliku zwanym kanalikiem zębinowym. Zębina wykazuje wrażliwość na zmiany temperatury i urazy mechaniczne. W wypadku uszkodzenia może być odtworzona nawet w ostatecznie wykształconym zębie.

14.3.2. SZKLIWO Zębinę, w części zęba określanej jako korona, pokrywa szkliwo. Jest ono najtwardszym składnikiem organizmu. Sole wapnia stanowią aż 97% szkliwa. Substancja organiczna nie zawiera włókien. Szkliwo tworzone jest jedynie w okresie powstawania korony zęba, przez komórki szkliwotwórcze – ameloblasty. Ameloblasty są pochodzenia ektodermalnego, a więc innego niż odontoblasty, które pochodzą z mezenchymy wywodzącej się z grzebienia nerwowego. Składnikiem strukturalnym szkliwa są biegnące przez całą jego szerokość heksagonalne kolumny zwane pryzmatami szkliwnymi. Zespala je bez-

190

Rozdział 14

postaciowa substancja organiczna silnie uwapniona. Ponieważ komórki szkliwotwórcze giną po wyrżnięciu się zęba, uszkodzone szkliwo nie ulega naprawie.

14.3.3. MIAZGA Z BA Wewnątrz zęba, otoczona poprzez zębinę, znajduje się komora zęba wypełniona miazgą. Na granicy zębiny i miazgi znajduje się warstwa omówionych już komórek zębinotwórczych. Zasadniczy składnik miazgi to tkanka łączna luźna zawierająca cienkie włókna kolagenowe i siateczkowe oraz liczne fibroblasty. Miazga jest silnie unaczyniona i unerwiona przez naczynia i nerwy docierające przez otwór w korzeniu zęba. Nerwy tworzą splot pod warstwą odontoblastów z którego gałązki wnikają do kanalików zębinowych. Strukturami, które zapewniają umocowanie zęba w zębodole są: cement, ozębna i dziąsło.

14.3.4. CEMENT Cement pokrywa zębinę korzenia zęba. Jest w budowie zbliżony do kości, podobnie jak kość zawiera komórki w jamkach połączonych kanalikami. Nazywane są te komórki cementocytami. Podobnie jak kość cement ulega ciągłej wymianie, a uszkodzenie ozębnej może spowodować jego resorbcję.

14.3.5. OZ BNA Do cementu wnikają pęczki włókien kolagenowych, które z drugiej strony umocowane są w kości zębodołu. Pęczki włókien kolagenowych to zasadniczy składnik ozębnej, decydujący o umocowaniu zęba, a jednocześnie zapewniający amortyzowanie nacisku na ząb. Tworzą one aparat więzadłowy zęba. W okolicy szyjki zęba, a więc na wysokości granicy pomiędzy koroną i korzeniem, pęczki włókien ułożone są okrężnie i tworzą więzadło okrężne zęba. Zabezpiecza ono umocowanie dziąsła do zęba. Dziąsło przylega do szkliwa zęba poprzez swój nabłonek, a komórki nabłonka łączące się ze szkliwem tworzą liczne półdesmosomy. Przyleganie dziąsła do szyjki zęba zabezpiecza ozębną przed kontaktem z zawartością jamy ustnej. Poza więzadłami, ozębną tworzy tkanka łączna luźna zawierająca naczynia krwionośne i limfatyczne oraz włókna nerwowe, a także komórki ozębnej. Są to komórki związane z tworzeniem kości, cementu i włókien kolagenowych a więc: osteoblasty, osteoklasty, cementoblasty i fibroblasty. Występują tu także makrofagi i komórki tuczne.

14.3.6. ROZW”J Z B”W Zawiązki zębów powstają około 6 tygodnia życia płodowego w postaci listewek zębowych (ryc. 14.1A). Listewki zębowe to wypuklenia nabłonka ektodermalnego w me-

Jama ustna

2 1

A. Liste wka zębo wa (6 tyg.) Listewka zębow 1 – zagęszczenie zęba stałego 2 – zawiązek zęba stałego 3 – warga dolna 4 – listewka zębowa 5 – język 6 – żuchwa

5

3

191

4

6

4 3

B. Pącz ek zębo wy (8 tyg.) ącze zębowy 1 – żuchwa 2 – brodawka zębowa 3 – pączek zębowy 4 – warga dolna 5 – listewka zębowa

5

2 1

6 5 3 4

2

1

Ryc. 14.1. Rozwój zęba.

7

C. Narząd szkliw otwór czy (3 mies.) szkliwotwór otwórczy 1 – żuchwa 2 – brodawka zębowa (miazga) 3 – zębina 4 – szkliwo 5 – narząd szkliwotwórczy 6 – listewka zębowa 7 – zawiązek zęba stałego

192

Rozdział 14

D. Narząd szkliw otwór czy (5 mies.) szkliwotwór otwórczy 1 – miazga 2 – zębina 3 – szkliwo 4 – narząd szkliwotwórczy 5 – pozostałości listewki zębowej 6 – pączek zęba stałego 7 – miazga zęba

5 4

3 2

6

1

7

E. Ząb mleczn y wyrzynający się (1 rok) mleczny 1 – miazga zębowa 2 – zębina 3 3 – szkliwo 2 1

ząb mleczny

ząb stały

3 2 1

F. Ząb stały wyrzynający się (po 6 roku) 1 – osteoklasty 2 – miazga zębowa 3 – zębina 4 – szkliwo

ząb mleczny

4 3 2 1

ząb stały

4 3 2

Ryc. 14.1. Rozwój zęba cd.

Jama ustna

193

zenchymę tworzącą łuki przyszłej szczęki oraz żuchwy. W miejscach przyszłych zębów mlecznych w listewkę zębową wpukla się mezenchyma wytwarzając 20 pączków zębowych (ryc. 14.1B). Następnie pączki zębowe przekształcają się w narządy szkliwotwórcze kształtem przypominające dzwon. Wnętrze tego narządu wypełnia zagęszczona mezenchyma określana jako brodawka zębowa, a będąca zawiązkiem zębiny i miazgi zęba. Ścianę zewnętrzną narządu szkliwotwórczego tworzy jednowarstwowy nabłonek sześcienny, natomiast ścianę wewnętrzną a więc bezpośrednio przylegającą do brodawki zębowej tworzy jednowarstwowy nabłonek walcowaty. Komórki tego nabłonka określane są jako szkliwotwórcze – ameloblasty, gdyż to one wytwarzają szkliwo zęba. Pomiędzy nabłonkami zewnętrznym i wewnętrznym narządu szkliwotwórczego znajdują się komórki gwiaździste tworzące miazgę narządu. Rozwojowi narządu szkliwotwórczego towarzyszą zmiany w obrębie brodawki zębowej. Polegają one na wyodrębnieniu się komórek, które układają się pod nabłonkiem wewnętrznym narządu szklistego. Ze względu na ich rolę w rozwoju zęba nazywa się te komórki zębinotwórczymi – odontoblastami. Również mezenchyma otaczająca narząd szkliwotwórczy ulega zmianom polegającym na jej zagęszczeniu co przybiera postać tzw. woreczka zębowego. Jest ona zawiązkiem cementu i ozębnej. Około 3 miesiąca życia płodowego od listewki zębowej łączącej narząd szkliwotwórczy z ektodermą odpączkowują zawiązki zębów stałych (ryc. 14.1C). Proces tworzenia zawiązków zębów stałych, w sumie 32, trwa do 5 roku życia. Tworzenie szkliwa odbywa się przez jego odkładanie pomiędzy podstawą komórek szkliwotwórczych a błoną podstawną oddzielającą te komórki od komórek zębinotwórczych (ryc. 14.1D). W wyniku tego komórki szkliwotwórcze oddalają się od swojej błony podstawnej i tworzą pod nią szkliwo. Zębina, najpierw w postaci prezębiny, tworzona jest przez komórki zębinotwórcze, które także oddalają się od granicy ze szkliwem. Jednak pozostawiają ze sobą wypustkę (Tomesa), która znajduje się w kanaliku zwanym kanalikiem zębiny. Wraz z zakończeniem tworzenia szkliwa narząd szkliwotwórczy przekształca się w oszkliwie, które po wyrżnięciu się zęba ulega zniszczeniu, a przez to szkliwo traci zdolność do odtwarzania się. Tworzenie się szkliwa i pod nim zębiny prowadzi do powstania korony zęba. Natomiast korzeń zęba tworzony jest przez odontoblasty poprzez odkładanie zębiny na podłożu nabłonkowej pochewki korzenia (Hertwiga) będącej przedłużeniem narządu szkliwotwórczego, a ściślej połączonych ze sobą nabłonków: zewnętrznego i wewnętrznego, tego narządu. Odkładanie się zębiny, a przez to tworzenie korzenia, odbywa się od granicy szkliwa, a więc szyjki w kierunku wierzchołka korzenia (ryc. 14.1E). Powoduje to, wraz z jego wydłużaniem ruch korony zęba w kierunku powierzchni dziąsła, a w efekcie wyrżnięcie się jej ponad tą powierzchnię. Wyrzynanie się zębów stałych (ryc. 14.1F) następuje po 6 roku życia i kończy wyrżnięciem ostatnich zębów trzonowych tzw. zębów mądrości około 20 roku życia.

14.4. J ZYK Język, którego zasadniczym składnikiem są mięśnie, pokrywa na powierzchni grzbietowej błona śluzowa tworząca małe wyniosłości nazywane brodawkami językowymi. Są one wyniosłościami zarówno nabłonka jak i blaszki właściwej. Odróżniamy brodawki: a) nitkowate, mające kształt stożkowaty, pokrywające prawie całą powierzchnię języka;

194

Rozdział 14

b) grzybowate, zgodnie z nazwą kształtem przypominają grzyb, na powierzchni górnej mają kubki smakowe, są nieregularnie rozmieszczone pomiędzy brodawkami nitkowatymi; c) liściaste, liczne na tylno-bocznej powierzchni języka, zawierają liczne kubki smakowe; d) okolone, największe, w liczbie 7–12 ułożone są na tylnej części języka, wzdłuż linii przyjmującej kształt „V”. Mają one kształt grzyba, otoczonego rowem do którego uchodzą liczne gruczoły śluzowe i surowicze. Funkcja tych gruczołów polega na spłukiwaniu powierzchni nabłonka wyściełającego rów okalający brodawkę, a zawierającego liczne kubki smakowe. Kubki smakowe, które występują w jamie ustnej nie tylko w brodawkach języka, ale również w podniebieniu miękkim i nagłośni, utworzone są przez trzy rodzaje komórek ułożonych w twór o kształcie beczułeczki, znajdującej się wewnątrz wielowarstwowego nabłonka. Komórki tworzące kubek smakowy to: komórki podstawne, podporowe i czuciowe. Komórki czuciowe jak stwierdzono mają krótki czas życia (10–12 dni) i zastępowane są przez komórki powstające z podziału komórek podstawnych, a komórki podporowe mają stanowić stadium pośrednie. Zarówno komórki podporowe jak i czuciowe mają na swojej powierzchni mikrokosmki. Bodźce chemiczne odbierane przez komórki czuciowe są przekazywane zakończeniom nerwowym poprzez uwalnianie neurotransmiterów. Jama ustna jako pierwszy odcinek przewodu pokarmowego narażona jest szczególnie na zakażenia różnego rodzaju mikroorganizmami. Dlatego też środowisko jamy ustnej musi zabezpieczać jej błonę śluzową przed zagrożeniem. Bardzo istotną rolę w tym względzie spełniają gruczoły ślinowe – ślinianki, których wydzielina stabilizuje środowisko jamy ustnej biorąc jednocześnie udział we wstępnym trawieniu pokarmu.

14.5. åLINIANKI Ślinę produkują trzy rodzaje ślinianek: przyuszne, podżuchwowe i podjęzykowe (ryc. 14.2).

14.5.1. åLINIANKI PRZYUSZNE Ślinianki przyuszne zawierają jako część wydzielniczą wyłącznie pęcherzyki surowicze, które tworzą około 90% masy gruczołu. Pęcherzyki tworzą stożkowate komórki, o strukturze typowej dla komórek wydzielniczych. Zawierają liczne ziarna wydzieliny, o dużej zawartości białka i wykazującej aktywność amylazy. Komórki pęcherzyka od zewnątrz, ale w obrębie błony podstawnej, otaczają komórki mioepitelialne. Mają one kształt gwiazdkowaty i zdolność do kurczenia się. Wydzielina z pęcherzyków trafia do wstawek, które są krótkimi, rozgałęzionymi przewodami wysłanymi jednowarstwowym nabłonkiem kostkowym. Z nich wydzielina przechodzi do przewodów prążkowanych. Nazwa ich pochodzi z widocznego w MŚ prążkowania u podstawy walcowatych komórek tworzących ten przewód. Prążkowanie to powodują liczne w tej części, równolegle do siebie ułożone mitochondria. Ich obecność związana jest z dużą aktywnością trans-

Jama ustna

195

ED

ED CC

2

1 BC

IlD SD

8

PG

ID

BL

SmG

SlG

Ac

ED IlD 3

IlD SD

5

7 ID

ID

BL Ac

Ac

BL ED Lo

MT

SeD

SD

IlD SD ID

BS Ac 6 BL

4

MT

SeD Lo

Ryc. 14.2. Gruczoły ślinowe. 1. Główne gruczoły ślinowe. PG – ślinianka przyuszna, SmG – ślinianka podżuchwowa, SIG – ślinianka podjęzykowa; 2. Ślinianka przyuszna. Ac – pęcherzyk, ID – wstawka, SD – przewód prążkowany, Lo – płacik, IlD – przewód międzypłacikowy, ED – przewód wyprowadzający; 3. Ślinianka podżuchwowa. Ac – pęcherzyk, MT – cewka śluzowa, SD – przewód prążkowany, ID – wstawka, SeD – półksiężyc surowiczy, IlD – przewód międzypłacikowy, ED – przewód wyprowadzający; 4. Ślinianka podjęzykowa. MT – cewka śluzowa, Ac – pęcherzyk, ID – wstawka, SD – przewód prążkowany, IlD – przewód międzypłacikowy, ED – przewód wyprowadzający; 5. Wstawka. BL – błona podstawna; 6. Przewód prążkowany. BS – prążkowanie, SG – ziarna wydzieliny, BL – błona podstawna; 7. Przewód międzypłacikowy. BL – błona podstawna; 8. Przewód wyprowadzający. CC – komórki walcowate, BC – komórki podstawne, BL – błona podstawna.

196

Rozdział 14

portową komórek. W przewodach prążkowanych odbywa się zwrotne wchłanianie z pierwotnej śliny jonów sodu oraz wydalanie jonów potasu, co powoduje że ślina staje się hipoosmotyczna. Z przewodów prążkowanych ślina trafia do przewodów międzypłacikowych, a z tych do przewodów wyprowadzających. Pomiędzy przewodami wewnątrz– i zewnątrzpłacikowym znajduje się tkanka łączna luźna, a w niej liczne plazmocyty produkujące immunoglobuliny klasy IgA, które trafiają poprzez ścianę przewodów (przy udziale cząsteczki sekrecyjnej– SC) do wypływającej śliny i wraz z lizozymem zabezpieczają jamę ustna przed bakteriami.

14.5.2. åLINIANKI PODØUCHWOWE Zakończenia wydzielnicze ślinianek podżuchwowych są typu cewkowo–pęcherzykowego, a wydzielina ma charakter śluzowo–surowiczy. Cewki śluzowe tworzą walcowate komórki z jądrem u podstawy, spłaszczonym. Cytoplazma ponadjądrowa zawiera bardzo liczne ziarna wydzieliny, która w trakcie wykonywania preparatów histologicznych zostaje wypłukana przez co komórki te są bardzo jasne. Pęcherzyki surowicze nie różnią się od tych, które tworzą śliniankę przyuszną. Cechą charakterystyczną tej ślinianki są zakończenia wydzielnicze mieszane. Wygląda to w ten sposób, że na końcu cewki śluzowej znajduje się grupa komórek surowiczych, które na przekroju dają obraz półksiężyca, dlatego też nazywa się je półksiężycami surowiczymi (Gianuzziego). Komórki te tworzą wydzielinę zawierającą lizozym, który ma zdolność hydrolizowania ścian bakteryjnych. U ludzi zakończenia surowicze tworzą 80% miąższu ślinianki podżuchwowej a czysto śluzowe 5%.

14.5.3. åLINIANKI PODJ ZYKOWE Zasadniczym składnikiem wydzielniczym ślinianek podjęzykowych są cewki śluzowe, stanowią one 60% komórek.

ØO£•DEK I JELITA

15

Przewód pokarmowy poczynając od przełyku wykazuje pewne wspólne cechy budowy. Jest to cewa o zmiennej średnicy, której ściana zbudowana jest z błony śluzowej, błony podśluzowej oraz błony mięśniowej. Na znacznej długości błona mięśniowa pokryta jest błoną surowiczą – otrzewną. Błonę śluzową tworzą: 1. nabłonek; 2. blaszka właściwa zawierająca tkankę łączną luźną z licznymi naczyniami krwionośnymi i limfatycznymi oraz 3. blaszka mięśniowa błony śluzowej, cienka warstwa mięśniówki gładkiej, oddzielająca błonę śluzową od błony podśluzowej. Błona podśluzowa zawiera tkankę łączną luźną oraz liczne naczynia krwionośne i limfatyczne, a także splot nerwowy podśluzowy (Meissnera). Może także zawierać gruczoły i tkankę limfatyczną. Błona mięśniowa utworzona jest przez komórki mięśniówki gładkiej ułożone w dwie warstwy: – wewnętrzną – z układem okrężnym komórek mięśniowych; – zewnętrzną – z komórkami ułożonymi podłużnie. Pomiędzy warstwami znajduje się tkanka łączna luźna z naczyniami, a w niej splot nerwowy mięśniowy (Auerbacha). Błonę surowiczą tworzy cienka warstwa tkanki łącznej luźnej z naczyniami oraz jednowarstwowy nabłonek płaski.

15.1. PRZE£YK Przełyk stanowi ten odcinek przewodu pokarmowego, którego funkcja polega na transportowaniu pokarmu z jamy ustnej do żołądka. Jego ściana zbudowana jest z wcześniej omówionych warstw, przy czym nabłonkiem pokrywającym blaszkę właściwą błony śluzowej jest nabłonek wielowarstwowy płaski nierogowaciejący. Blaszka właściwa w części bliskiej wpustowi żołądka zawiera gruczoły przełykowo–wpustowe. Blaszka mięśniowa błony śluzowej jest stosunkowo gruba i zawiera komórki mięśniowe gładkie ułożone podłużnie. Błona podśluzowa zawiera gruczoły śluzowo – surowicze zwane przełykowymi. Błona mięśniowa przy wejściu do przełyku zawiera mięśniówkę prążkowaną, a w pobliżu wpustu żołądka gładką, natomiast w części środkowej mieszaną. Błona mięśniowa blisko żołądka pokryta jest błoną surowiczą, a pozostała część przełyku pokryta jest na zewnątrz warstwą tkanki łącznej określanej jako przydanka, która łączy się z otaczającą tkanką łączną śródpiersia.

198

Rozdział 15

15.2. ØO£•DEK Z przełyku pokarm trafia do żołądka, poszerzonego odcinka przewodu pokarmowego, o objętości 1–1,5 litra, która może być zwiększona 3–4 krotnie. W żołądku pokarm ulega przekształceniu w papkę, w wyniku zmieszania z sokiem żołądkowym, oraz częściowemu strawieniu. Ściana żołądka wykazuje zróżnicowanie w budowie histologicznej szczególnie w warstwie błony śluzowej. Wyróżnia się dość wąską okolicę wpustową, stanowiące zasadniczą część – trzon wraz z dnem, oraz część odźwiernikową (ryc. 15.1). Błonę śluzową wszystkich okolic żołądka wyścieła podobny jednowarstwowy nabłonek walcowaty. Tworzą go komórki produkujące śluz, z jądrem u podstawy, które odmiennie niż w komórkach kubkowych jest okrągłe. Wydzielany przez te komórki śluz zawiera glikoproteidy, które pokrywając powierzchnie żołądka chroni ją przed działaniem enzymów trawiennych w silnie kwaśnej treści żołądkowej. Zróżnicowanie wymienionych okolic żołądka dotyczy przede wszystkim gruczołów zawartych w blaszce właściwej błony śluzowej. Błona śluzowa wpustu zawiera nierozgałęzione lub rozgałęzione gruczoły cewkowe. Uchodzą one do zagłębień nabłonka powierzchniowego zwanych dołeczkami żołądkowymi. Cewki, które przy końcach mają przebieg kręty utworzone są przez komórki wydzielające śluz. Towarzyszą im pojedyncze komórki okładzinowe i główne. Gruczoły te mają identyczną budowę jak gruczoły przełykowo-wpustowe. Błona śluzowa trzonu i dna zawiera bardzo liczne, leżące blisko siebie (silnie upakowane) gruczoły cewkowe nierozgałęzione. Wyróżniamy w gruczole, zwanym gruczołem właściwym żołądka następujące części: cieśń gruczołu uchodzącą do dołeczka, trzon gruczołu łączący się z cieśnią szyjką oraz dno sięgające granicy błony śluzowej, którą stanowi blaszka mięśniowa błony śluzowej. Gruczoł żołądkowy właściwy utworzony jest z sześciu typów komórek: komórki śluzowe szyjki, komórki główne, komórki okładzinowe, komórki enteroendokrynowe, komórki kępkowe, komórki niezróżnicowane. Komórki niezróżnicowane znajdujące się w cieśni gruczołu, odpowiadają komórkom macierzystym i zapewniają odnowę nabłonka żołądka. Komórki śluzowe szyjki mają spłaszczone jądro u podstawy i cytoplazmę wypełnioną wydzieliną śluzową. Komórki główne mają kształt piramidalny, jądro okrągłe ułożone centralnie lub przypodstawnie, w cytoplazmie ziarna pepsynogenu, który po wydzieleniu przekształca się w aktywny enzym pepsynę trawiącą białka. U noworodków komórki te produkują podpuszczkę (reninę) enzym ścinający kazeinę mleka. U dorosłych produkują także lipazę żołądkową. Ze względu na funkcję wydzielniczą mają dobrze rozwinięty RER i AG. Występują głównie w trzonie i dnie gruczołu. Komórki okładzinowe zlokalizowane są głównie w cieśni i szyjce gruczołu, a nazwę swoją zawdzięczają położeniu w stosunku do innych komórek gruczołu, odsunięte są one od jego światła i przez to leżą na obrzeżu, okładając niejako inne komórki, leżąc zwykle pojedynczo pomiędzy nimi. Mają kształt kulisty lub owalny, jedno lub dwa okrągłe jądra. Błona komórkowa wpukla się od szczytu do wnętrza komórki, co daje obraz w ME rozgałęzionych kanalików. Cytoplazma zawiera bardzo liczne mitochondria, o gęsto upakowanych grzebieniach. Silnie rozbudowana jest SER, natomiast AG i RER są

Żołądek i jelita

wpust

199

przełyk dno dołek

dołek

wpust

gruczoł blaszka właściwa gruczoł

trzon pylorus dwunastnica zwieracz odźwiernik odźwiernika dołek

cieśń szyjka szyjka trzon

odźwiernik

gruczoł blaszka właściwa dno grudka chłonna mięśniówka błona podśluzowa

trzon i dno

Ryc. 15.1. Budowa histologiczna różnych okolic żołądka.

słabo rozwinięte. Te cechy budowy komórki związane są z jej funkcją, którą jest produkcja kwasu solnego, a ściślej wydzielanie jonów wodorowych (H+) oraz chlorkowych – (Cl– ). Jony wodorowe powstają w wyniku rozkładu kwasu węglowego tworzonego przy udziale

Rozdział 15

200

Kanalik

Desmosom

Tran spo akty rt wny H+

Anhydraza węglanowa CO2 + H2O —> H+ + HCO3–

Transport aktywny

Dyfuzja

H2 O CO2

HCO3–

Cl–

Ryc. 15.2. Mechanizm tworzenia kwasu solnego przez komórki okładzinowe żołądka.

enzymu anhydrazy węglanowej (ryc. 15.2). Powstające również aniony wodorowęglanowe (HCO3–) docierające poprzez naczynia włosowate pod nabłonek pokrywający błonę śluzową żołądka przyczyniają się do neutralizowania odczynu powierzchni tego nabłonka. Zarówno jony wodorowe jak i chlorkowe są aktywnie transportowane poza komórkę, a źródłem energii jest ATP produkowany przez liczne mitochondria. Wpuklenia błony komórkowej do wnętrza komórki zwiększają powierzchnię wydzielniczą. Ponadto komórki okładzinowe są źródłem tzw. czynnika wewnętrznego (Castle’a) wiążącego witaminę B12 . Komórki enteroendokrynowe występujące w żołądku są typu G, EC, D, D1. Odpowiadają podobnym komórkom występującym w jelitach (tab. 15.1). Komórki kępkowe niedawno stwierdzone, występują także w innych odcinkach przewodu pokarmowego. Przypisuje się im funkcję receptorową, ze względu na obecność długich mikrokosmków oraz braku cech komórek wydzielniczych. Błona śluzowa odźwiernika posiada głębokie dołeczki, do których uchodzą cewkowate, rozgałęzione gruczoły, tworzone przez komórki śluzowe oraz nieliczne komórki en-

Żołądek i jelita

201

teroendokrynowe typu G (gastrynowe). Oprócz gruczołów blaszka właściwa błony śluzowej żołądka zawiera tkankę luźną, która szczególnie w trzonie i dnie jest bardzo skąpa, gdyż blaszkę właściwą wypełniają gruczoły. Znajdują się tutaj naczynia krwionośne oraz samotne grudki chłonne leżące przy blaszce mięśniowej błony śluzowej. Blaszka ta utworzona jest z dwóch warstw komórek mięśniówki gładkiej: wewnętrznej okrężnej oraz zewnętrznej podłużnej. Błona podśluzowa żołądka jest cienka. Tworzy ją tkanka łączna luźna z licznymi naczyniami krwionośnymi i limfatycznymi, oraz włókna nerwowe i komórki zwojowe, tworzące sploty podśluzówkowe. Spotyka się także grudki chłonne samotne. Błonę mięśniową odmiennie niż w innych odcinkach przewodu pokarmowego tworzą 3 a nie 2 warstwy. Najbardziej wewnętrzną jest skośna, środkowa okrężna i zewnętrzna podłużna. Grubość tych warstw jest różna w różnych okolicach żołądka, np. warstwa środkowa – okrężna jest szczególnie rozwinięta w okolicy wpustu i odźwiernika. Błonę mięśniową żołądka pokrywa otrzewna.

15.3. JELITO CIENKIE Treść pokarmowa z żołądka poprzez odźwiernik trafia do jelita cienkiego, a ściślej do pierwszego jego odcinka – dwunastnicy, stąd do jelita czczego a potem do krętego. Jelito cienkie to najdłuższy odcinek przewodu pokarmowego mierzący około 6 m. Zasadnicza funkcja jelita cienkiego to dokończenie trawienia pokarmu oraz wchłanianie. Na całej długości jelito cienkie ma ścianę zbudowaną z czterech zasadniczych, wyżej omówionych warstw. Błona podśluzowa tworzy fałdy poprzeczne w stosunku do długiej osi jelita, zwane fałdami okrężnymi. Natomiast pokrywająca te fałdy błona śluzowa tworzy palczaste wypustki zwane kosmkami jelitowymi. Pomiędzy kosmkami, u ich podstawy uchodzą proste, nierozgałęzione, cewkowate gruczoły sięgające dnem do blaszki mięśniowej błony śluzowej zwane gruczołami jelitowymi (ryc. 15.3). Powierzchnię błony śluzowej, a więc kosmki i ich podstawy pokrywa nabłonek jelitowy walcowaty. Nabłonek pokrywający kosmki zawiera jako zasadniczy typ komórek, komórki określane jako jelitowe – enterocyty. Cechą charakterystyczną tych komórek jest obecność na ich powierzchni mikrokosmków, które w MŚ widoczne są jako rąbek prążkowany. W błonie komórkowej tworzącej mikrokosmki stwierdza się aktywność enzymów hydrolitycznych biorących udział w trawieniu, a także enzymów zaangażowanych w aktywny transport. Komórki te zespolone są ze sobą obwódkami zamykającymi i przylegania. Zasadnicza funkcja enterocytów to wchłanianie pokarmu. Pomiędzy enterocytami w nabłonku pokrywającym kosmki występują komórki kubkowe, jednak znacznie mniej liczne (około 5%). Zrąb kosmka stanowi tkanka luźna, mająca jednak cechy przypominające tkankę siateczkową. Zawiera bowiem obok włókien kolagenowych także włókna siateczkowe oraz komórki przypominające komórki siateczki, a także fibroblasty, limfocyty, granulocyty, makrofagi, plazmocyty oraz komórki tuczne. Występuje też bogata sieć naczyń krwionośnych i limfatycznych. Znajdują się tu także komórki mięśniówki gładkiej ułożone głównie w długiej osi kosmka, ale tworzące również pasma poprzeczne. Komórki mięśniowe umożliwiają samodzielne ruchy kosmków, ułatwiające przepływ chłonki. Nabłonek gruczołów jelitowych (krypta), który przechodzi w nabłonek kosmków jest bardziej zróżnicowany. Obok enterocytów, które jednak różnią się mniejszym stopniem

Rozdział 15

202 kosmki

Ryc. 15.3. Błona śluzowa jelita cienkiego. A – jelito cienkie pod małym powiększeniem; B – gruczoł jelitowy; C – kosmek jelitowy.

mięśniówka błony śluzowej blaszka właściwa komórki kubkowe

podziały

komórki Panetha

gruczoły jelitowe

mięśniówka gładka

komórki złuszczające się naczynia chłonne

rąbek komórki enteroen- prążkowany dokrynowe

limfocyty

mięśniówka gładka

mięśniówka gładka naczynia krwionośne komórki kubkowe

limfocyty

zróżnicowania od enterocytów kosmków, występują niezbyt liczne komórki kubkowe oraz komórki niezróżnicowane odpowiadające komórkom macierzystym, które są źródłem odnowy komórkowej gruczołu jak i kosmka. Proces odnowy jest bardzo intensywny, gdyż czas życia komórek jelitowych wynosi tylko kilka dni, bowiem na szczycie kosmka następuje stałe ich złuszczanie. W dnie gruczołu znajdują się charakterystyczne komórki z ziarnistościami kwasochłonnymi, zwane także komórkami Panetha. Przypisuje się im produkcję lizozymu. Pomiędzy komórkami gruczołu jelitowego występują komórki enteroendokrynowe, podobne do tych jakie występują w ścianie żołądka (tabela 15.1). Znane były od dawna dzięki chromo- i srebrochłonności. Należą do układu komórek APUD (ang. amine precursors uptake, decarboxylation). Badania w ME ujawniły obecność w nich charakterystycznych ziaren silnie elektronowogęstych (ciemnych). Ze względu na cechy ultrastrukturalne, ale przede wszystkim charakter wydzielniczy podzielono je na różne

Żołądek i jelita

203

Tabela 15.1. Komórki endokrynne układu pokarmowego. Symbol komórki

Lokalizacja

Produkt

Działanie

A

żołądek, wyspy trzustkowe

glukagon

zwiększona glikogenoliza w wątrobie

D

odźwiernik, dwunastnica, wyspy trzustkowe

somatostatyna

lokalne hamowanie wydzielania

D1

żołądek, jelito cienkie, wyspy trzustkowe

VIP (ang. vasoactive intesitinal peptide)

ruchliwość jelit, miejscowe hamowanie komórek endokrynnych

EC

żołądek, jelito cienkie, w. robaczkowy, wyspy trzustkowe

serotonina, motylina, substancja P

ruchliwość jelit

G

odźwiernik, dwunastnica

gastryna

zwiększone wydzielanie kwasu solnego

I

jelito cienkie

cholecystokinina (CCK)

zwiększone wydzielanie enzymów trzustkowych, opróżnianie pęcherzyka żółciowego

K

jelito cienkie

GIP (ang. gastric inhibitory peptide)

hamowanie wydzielania kwasu solnego

L

jelito cienkie i grube

glukagon

zwiększona glikogenoliza w wątrobie

N

jelito cienkie

neurotensyna

neuromodulator

S

jelito cienkie

sekretyna

zwiększone wydzielanie jonów i wody przez trzustkę i z żółcią

wyspy trzustkowe

trzustkowy polipeptyd PP

hamowanie wydzielania enzymów trzustkowych

PP

typy, wspólną ich cechą jest wydzielanie dokrewne – endokrynne. W istocie wydzielanie, przynajmniej niektórych z nich może mieć charakter parakrynny – oddziaływania na sąsiednie komórki. Znanych jest już wiele takich komórek. Chociaż nie wszystkich funkcja jest znana wiadomo jednak, że odgrywają one ważną rolę w regulowaniu funkcji przewodu pokarmowego. Niektóre z nich to: komórki G – wydzielają gastrynę stymulującą wydzielanie kwasu solnego; komórki D – somatostatynę, która inhibuje sąsiednie komórki enteroendokrynowe; komórki D1 – VIP (ang. vasoactive intestinal polypeptide) peptyd jelitowy wpływa– jący na wydzielanie wody i motorykę jelit;

204

Rozdział 15

komórki EC – serotoninę – wpływa na motorykę jelit; komórki I – cholecystokininę – stymuluje wydzielanie soku trzustkowego i opróż– nianie pęcherzyka żółciowego; komórki L – glukagon – stymuluje glikogenolizę w wątrobie; komórki K – GIP (ang. gastric inhibitory polypeptide) peptyd hamujący wydziela– nie soku żołądkowego. Blaszka właściwa błony śluzowej leżąca u podstawy kosmków ma charakter podobny do zrębu kosmków. W blaszce właściwej mogą występować grudki chłonne samotne, mogą występować także skupienia, niekiedy wiele grudek, tworząc tzw. grudki chłonne skupione (kępki Peyera). Duże skupienia mogą obejmować całą ścianę jelita. Nabłonek znajdujący się nad grudkami chłonnymi ma szczególną budowę i określa się go jako nabłonek limfoidalny. Nad grudką nie tworzą się kosmki, nie ma tu też gruczołów jelitowych (krypt). W nabłonku tym występują skupienia komórek limfoidalnych oraz charakterystyczne komórki M. Komórki te układają się nad śródnabłonkowymi komórkami limfoidalnymi w postaci czapeczek, oddzielając je od światła jelita. Na powierzchni mają mikrofałdy (microfolds – M), a z sąsiednimi komórkami zespolone są przez połączenia zamykające i desmosomy. Zalicza się te komórki do typu APC (prezentujących antygen). Błona podśluzowa jelita cienkiego jest podobna jak w innych odcinkach przewodu pokarmowego, jedynie w dwunastnicy zawiera gruczoły pęcherzykowo–cewkowe (Brünnera) produkujące obojętne glikoproteidy. Odgrywają prawdopodobnie rolę w neutralizowaniu kwaśnej treści żołądkowej trafiającej do dwunastnicy. Zawiera splot nerwowy (Meissnera). Błona mięśniowa w jelicie cienkim jest dwuwarstwowa, pomiędzy warstwą wewnętrzną – okrężną i zewnętrzną – podłużną znajduje się splot nerwowy mięśniowy (Auerbacha). Błona surowicza – otrzewna to cienka warstwa tkanki łącznej pokryta nabłonkiem jednowarstwowym płaskim.

15.4. JELITO GRUBE Jelito kręte przechodzi w jelito grube, którego ściana istotnie różni się od jelita cienkiego. Błona śluzowa nie tworzy kosmków. Pokrywa ją nabłonek jednowarstwowy walcowaty, zawierające duże ilości komórek kubkowych. Zagłębia się on w blaszkę właściwą błony śluzowej tworząc proste cewkowate gruczoły (krypty). Zasadniczy rodzaj komórek nabłonka, obok licznych komórek kubkowych to enterocyty z mikrokosmkami, występują też komórki niezróżnicowane, komórki enteroendokrynowe (EC, D, D1 i L) oraz komórki M. W gruczołach jelitowych nie występują komórki Panetha. Błona podśluzowa ma budowę typową dla przewodu pokarmowego. Błona mięśniowa jest inaczej zbudowana niż w jelicie cienkim, tworzą ją wprawdzie także dwie warstwy, ale gdy wewnętrzna – okrężna jest jednolita, ciągła, to zewnętrzna – podłużna tworzy trzy podłużne taśmy. Błona surowicza jest identyczna jak w jelicie cienkim.

Żołądek i jelita

205

15.5. WYROSTEK ROBACZKOWY Wyrostek robaczkowy przypomina w budowie ściany jelito grube, nie ma kosmków, ale w gruczołach jelitowych występują komórki Panetha. Cechą charakterystyczną budowy ściany jest obecność dużej liczby grudek chłonnych, które stanowią zasadniczy składnik blaszki właściwej błony śluzowej oraz błony podśluzowej. Grudki chłonne pokrywa nabłonek o cechach nabłonka limfoidalnego.

15.6. HISTOFIZJOLOGIA JELIT Podstawowe funkcje to trawienie, wchłanianie strawionego pokarmu, udział w regulacji gospodarki jonowej, szczególnie wapnia i fosforanów a także bardzo istotny udział w układzie odpornościowym. W początkowym odcinku przewodu pokarmowego, czyli w dwunastnicy, następuje dokończenie trawienia białek rozpoczętego w żołądku oraz trawienie wszystkich składników pokarmu pod wpływem enzymów zawartych w soku trzustkowym. W trawieniu tłuszczów przez lipazę trzustkową udział ma, jako ich emulgator, żółć dostarczana przez wątrobę. Białka trawione są przez proteazy trzustkowe do peptydów, które ostatecznie trawione są na powierzchni enterocytów przez związane z nią peptydazy. Natomiast polisacharydy trawione są przez amylazę trzustkową do dwucukrów a te na powierzchni enterocytów trawione są przez disacharazy do monosacharydów. Lipidy trawione są przez lipazę trzustkową a po resyntezie w enterocytach trafiają do organizmu, głównie poprzez naczynia limfatyczne w formie chylomikronów. Przewód pokarmowy to najczęstsza droga, obok układu oddechowego, wnikania różnych patogenów do organizmu. Dlatego też jest on przystosowany do blokowania ich dostępu przez nabłonek oraz ich niszczenia. Nabłonek wyposażony jest w struktury uszczelniające (rozdz. 1.4.2) oraz zawiera efektorowe komórki układu odpornościowego: komórki NK i cytotoksyczne limfocyty T. Ponadto zmodyfikowany nabłonek zawierający komórki M ułatwia prezentacje antygenów obecnych w treści jelitowe, co przyspiesza wystąpienie reakcji immunologicznych. Produkowane przez plazmocyty, obecne w błonie śluzowej jelit oraz dostarczane z żółcią przeciwciała klasy IgA, przyczyniają się do likwidowania patogenów już w świetle jelit. Podobnie jak lizozym produkowany przez komórki Panetha w dnie gruczołów jelitowych. Ze względu na wielką powierzchnię błony śluzowej jelit ilość produkowanych przeciwciał oraz lizozymu jest ogromna. Ponadto w ścianie jelit znajdują liczne grudki chłonne, samotne i skupione a trzewne węzły chłonne zbierają i filtrują chłonkę tworzoną w błonie śluzowej jelit. Jelita odgrywają ogromną rolę we wchłanianiu wapnia, żelaza i innych składników mineralnych zawartych w pokarmie. Przez to odgrywają zasadniczą rolę w utrzymaniu homeostazy organizmu.

W•TROBA I TRZUSTKA

16

Wątroba jest największym narządem miąższowym i jednocześnie największym gruczołem organizmu, wstawionym pomiędzy przewód pokarmowy, a układ krążenia. Przy czym większość krwi jaka trafia do wątroby (ok. 70%) dociera do niej przez żyłę wrotną, w ilości około 1,5 l/min. Funkcja wątroby jest wieloraka i obejmuje: gromadzenie, przetwarzanie i magazynowanie metabolitów oraz neutralizowanie i wydalanie substancji toksycznych. Głównie składnikiem budowy wątroby są komórki wątrobowe – hepatocyty. Ułożone są one w struktury nazywane płacikami wątrobowymi, które na przekroju w preparacie histologicznym widoczne są najczęściej jako sześciokąty (0,7 x 2 mm). U niektórych zwierząt np. u świni, pomiędzy płacikami, wyraźnie je uwidaczniając, znajduje się warstwa tkanki łącznej. W przypadku wątroby ludzkiej, która zawiera znacznie mniej tkanki łącznej, granice płacików wątroby trudniej jest określić. Wnętrze płacika, zwanego anatomicznym lub klasycznym, wypełniają komórki wątrobowe, ułożone od obwodu płacika do jego centrum, a w preparatach histologicznych przecięte poprzecznie widoczne są jako beleczki (ryc. 16.1). Na obwodzie płacika, zwykle w trzech z jego sześciu kątów znajdują się przestrzenie, na przekroju okrągłe lub owalne, otoczone blaszką z komórek wątrobowych, które nazywamy przestrzeniami bramnymi lub wrotnymi. Nazwa ich wywodzi się od bramy – wrót (porta) wątroby, gdyż są one kontynuacją przestrzeni jaka przez bramę (wnękę) wnika do wnętrza wątroby. Przez tą przestrzeń wypełnioną tkanką łączną wnikają naczynia krwionośne i limfatyczne, a opuszczają przewody żółciowe.

16.1. UNACZYNIENIE W•TROBY Wątroba zaopatrywana jest w krew z dwóch źródeł. Krew czynnościowa, głównie z jelit, dociera żyłą wrotną, natomiast krew odżywcza doprowadzana jest przez tętnicę wątrobową. Naczynia te wnikając przez wnękę wątroby, penetrują gruczoł, dzieląc się na coraz mniejsze odgałęzienia docierają do przestrzeni bramnych na obwodzie płacika jako tzw. naczynia międzypłacikowe. Od naczyń międzypłacikowych, żył i tętnic odchodzą, prostopadle do nich naczynia okołopłacikowe. Żyły i tętnice okołopłacikowe biegnąc wzdłuż płacika przekazują krew do naczyń wewnątrzpłacikowych, w których dochodzi do mieszania się krwi czynnościowej i odżywczej. Część krwi odżywczej (tętniczej) nim trafi do naczyń wewnątrzpłacikowych, odżywia tkankę łączną przestrzeni bramnych oraz ściany naczyń, które biegną w tych przestrzeniach. Naczynia wewnątrzpłacikowe mają strukturę naczyń zatokowych. Biegną one pomiędzy beleczkami komórek wątrobowych, przy czym ścianę zatoki od powierzchni hepatocytów oddziela szczelinowata przestrzeń nazywana przestrzenią okołozatokową (Dissego).

Wątroba i trzustka

207

SV

O

HP LP LS InV BD PC IlA IlV

InV

VCap ACap

IlV

BD 100 µm

Ryc. 16.1. Wątrobowy płacik anatomiczny. PC – przestrzeń bramna (wrotna), IlV – żyła międzypłacikowa, BD – przewód żółciowy, HP – blaszki wątrobowe, LS – zatoki wątrobowe, LP – blaszki ograniczające, O – otwory, CV – żyła środkowa, InV – żyłka okołopłacikowa, VCap – naczynia włosowate żylne, SV – żyła podpłacikowa, ACap – naczynia włosowate tętnicze, strzałki – kierunek przepływu krwi w płaciku.

208

Rozdział 16

Przestrzeń tą wypełnia płyn o składzie zbliżonym do osocza krwi. Łatwość przechodzenia składników osocza (białek) do tej przestrzeni wynika z tego, że śródbłonek zatoki ma okienka otwarte, a błona podstawna jest nieobecna. Natomiast ścianę zatoki oplatają włókna siateczkowe. Poza komórkami śródbłonka, które stanowią zasadniczy element ściany zatoki, występują w niej również komórki o cechach makrofagów nazywane komórkami Browicza– Kupffera, leżące po wewnętrznej stronie ściany zatoki oraz leżące po stronie zewnętrznej – komórki gromadzące tłuszcze (Ito), nazywane gwiaździstymi. Zatoki wątrobowe zbiegają się podobnie jak blaszki, w centrum płacika gdzie wpadają do żyły środkowej. Z niej krew trafia do żyły podpłacikowej, która zbierając krew z wielu płacików, łączy się w większe naczynia żylne a te w żyły wątrobowe, wpadające do żyły głównej dolnej.

16.2. BUDOWA P£ACIKA Dokładne poznanie, wcześniej omówionego systemu unaczynienia wątroby i jego roli w czynności tego narządu spowodowało wyodrębnienie morfologiczno–czynnościowych jednostek budowy miąższu wątroby. Płacik czynnościowy, inaczej bramny, to taka część miąższu wątroby (zwykle fragmenty trzech płacików anatomicznych), w której centrum znajdują się tworzące tzw. triadę: żyła międzypłacikowa, tętnica międzypłacikowa oraz międzypłacikowy przewód żółciowy. Granicę tego płacika wyznaczają linie łączące trzy żyły centralne, stanowiące boki trójkąta równoramiennego. Inną jednostką czynnościowo–strukturalną miąższu

płacik anatomiczny płacik czynnościowy

gronko Ryc. 16.2. Granice wątrobowych płacików anatomicznych i czynnościowych oraz gronka wątrobowego. CV – żyła centralna, PS – przestrzeń wrotna.

Wątroba i trzustka

209

wątroby jest gronko wątrobowe. Jest to fragment miąższu (zwykle dwóch płacików anatomicznych), który unaczyniony jest przez tę samą żyłę i tętnicę okołopłacikową. Tak więc podstawą wyodrębnienia ww. jednostek jest wspólne dla danego fragmentu miąższu źródło zaopatrzenia w krew. Jak stwierdzono, istotne znaczenie dla funkcji komórek wątrobowych ma ich umiejscowienie w stosunku do naczyń zaopatrujących bezpośrednio zatoki a więc do naczyń okołopłacikowych. Dlatego też wyodrębniono w gronkach wątrobowych strefy: obwodową (obwód płacika anatomicznego), pośrednią oraz centralną. Krew docierająca do komórek strefy obwodowej jest najbardziej natleniona i najbogatrza w metabolity, ale chociaż strefy te nie ujawniają się w rutynowo barwionych preparatach normalnej wątroby, mogą być wyraźnie widoczne w preparatach histochemicznych lub w preparatach wątroby patologicznie zmienionej.

16.3. HEPATOCYTY Komórki wątrobowe, hepatocyty, mające kształt wielościanów, ułożone są w blaszki, przy czym zawsze jeden bok komórki zwrócony jest do przestrzeni okołozatokowej. Powierzchnię tą, zwaną naczyniową, pokrywają mikrokosmki. Natomiast ściana, która styka się z innym hepatocytem posiada rowkowate zagłębienia leżące naprzeciw zagłębienia sąsiedniego hepatocytu, dzięki temu powstaje kanalikowata przestrzeń biegnąca wzdłuż beleczki do obwodu płacika anatomicznego. Do tego właśnie kanalika hepatocyt wydziela żółć, dlatego też nazywamy go kanalikiem żółciowym. Miejsce zetknięcia się hepatocytów, na brzegu kanalika, wzmocnione jest listewką zamykającą. Żółć, która zawiera kwasy żółciowe, bilirubinę oraz immunoglobuliny klasy A, a także niekiedy substancje toksyczne lub leki, z kanalików żółciowych trafia na obwodzie płacika do przewodzików żółciowych (kanaliki Heringa). Przewodziki te utworzone są przez komórki sześcienne i opuszczając płacik łączą się z przewodami żółciowymi, również mającymi ścianę utworzoną z komórek sześciennych, ale szersze światło. Przewody te jako międzypłacikowe biegną w kierunku wnęki wątroby, łącząc się w coraz szersze przewody wysłane nabłonkiem jednowarstwowym walcowatym, ostatecznie tworzą przewód żółciowy wątroby wspólny. Komórki wątrobowe, łączące się z sobą licznymi złączami szczelinowymi (nexus), należą do najbardziej aktywnych i wszechstronnych czynnościowo komórek organizmu. Znajduje to odbicie w ich ultrastrukturze. Okrągłe jądro komórkowe zawiera zwykle chromatynę w znacznym stopniu rozproszoną (euchromatyna). Wiele komórek, szczególnie u osobników starych zawiera dwa jądra, a także duże jądra z poczwórną (tetraploidalną) liczbą chromosomów. Jądro jest zwykle umieszczone w środku komórki. Siateczka endoplazmatyczna, zarówno szorstka jak i gładka jest silnie rozbudowana. Również silnie rozbudowane są struktury AG, który zwykle leży pomiędzy jądrem a kanalikiem żółciowym. Bardzo liczne są mitochondria, których grzebienie są wyraźnie mniej upakowane niż np. w komórkach mięśniowych. Liczne są również lizosomy i peroksysomy. Często widać struktury ziarniste związane z transportem wewnątrzkomórkowym tj. pęcherzyki okryte. Zależnie od stanu czynnościowego w cytoplazmie widać w większej lub mniejszej liczbie złogi glikogenu oraz wakuole zawierające lipidy.

210

Rozdział 16

16.4. HISTOFIZJOLOGIA W•TROBY Wydzielanie żółci Jak już wspomniano jedynym ze składników żółci są kwasy żółciowe, będące głównym końcowym produktem przemian cholesterolu. W wątrobie powstaje kwas cholowy i chenodezoksycholowy. W żółci kwasy te występują w połączeniu z aminokwasami: glicyną i tauryną. Synteza kwasów żółciowych jak również łączenie ich z aminokwasami odbywa się z udziałem SER. Wydalane do kanalika żółciowego kwasy żółciowe są jedynie w 10% nowosyntetyzowane, 90% to kwasy żółciowe, które uległy resorbcji w jelitach i powtórnie, drogą żyły wrotnej trafiły do komórek wątrobowych. Drugi składnik żółci bilirubina jest efektem przemian hemoglobiny uwolnionej z erytrocytów, które uległy sfagocytowaniu przez makrofagi, głównie śledzionowe, ale również wątrobowe, czyli komórki Browicza–Kupffera. Powstała poza wątrobą bilirubina trafia do hepatocytu związana z albuminą. W komórkach wątrobowych bilirubina ulega sprzężeniu z kwasem glukuronowym w wyniku czego powstaje rozpuszczalny w wodzie glukuronian bilirubiny. Głównym zadaniem żółci jest emulgowanie tłuszczów w treści jelitowej i przez to ułatwianie działania lipazy trzustkowej. Jak już wspomniano żółć zawiera również immunoglobuliny A. Powstają one w błonie śluzowej jelit, gdzie produkowane są przez zawarte w niej plazmocyty. Drogą żyły wrotnej IgA trafiają do hepatocytów i wydalane są przez nie do kanalików żółciowych. Również komórki plazmatyczne przewodów żółciowych dostarczają tych przeciwciał do żółci. Do żółci trafiają także produkty przemian ogólnie określanych jako detoksykacyjne. Są to unieczynnione hormony steroidowe, substancje obce (ksenobiotyki), w tym różne leki. Tak więc obok dróg moczowych, drogi żółciowe są głównym szlakiem usuwania zbędnych lub szkodliwych substancji z organizmu. Produkcja białek Wątroba jest głównym producentem białek osocza. Powstają w niej albuminy, globuliny (poza immunoglobulinami), protrombina, fibrynogen, angiotensynogen. Białka te powstają z udziałem RER i odmiennie niż w innych gruczołach nie są gromadzone, ale wydzielane do krwi. Synteza mocznika Wątroba jest głównym źródłem mocznika, który jest produktem katabolizmu białek. Jon amonowy (NH4+) powstający w trakcie deaminacji aminokwasów przekształcany jest drogą cyklu mocznikowego w mocznik, który następnie wydalany jest z moczem. Udział w regulowaniu stężenia glukozy we krwi Glukoza jest głównym substratem energetycznym komórek nerwowych, dlatego utrzymanie stałego jej stężenia we krwi jest bardzo ważne dla prawidłowej funkcji ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Zasadniczą rolę w tym odgrywa wątroba. Może ona gromadzić glukozę w formie glikogenu i uwalniać ją w razie potrzeby. Może także tworzyć glukozę z substratów niewęglowodanowych np. z aminokwasów drogą glukogenogenezy.

Wątroba i trzustka

211

Magazynowanie lipidów i rozpuszczonych w nich witamin Wątroba gromadzi także lipidy jako substraty energetyczne oraz rozpuszczone w nich witaminy tj. witaminę A (głównie w komórkach gwiaździstych zatok – Ito) oraz witaminy: D, K i B12. W wątrobie odbywa się ważny etap powstawania aktywnej postaci witaminy D poprzez hydroksylację jej prekursora. Rola wątroby w metabolizmie lipidów W wątrobie powstają z białka (aproproteiny B, C i E), trójglicerydów i cholesterolu lipoproteiny o bardzo niskiej gęstości (VLDL), które są formą transportowania lipidów drogą osocza. Wątroba jako gruczoł dokrewny produkuje pod wpływem przysadkowego hormonu – somatotropiny, hormony polipeptydowe o niewielkiej masie (4–8 kDa) zwane soma-

H2 O

Żółć

Mikrokosmki H2 O

H2 O

Mitochondria

Aparat Golgiego

Jądro

RER Błona podstawna Naczynie włosowate Ryc. 16.3. Nabłonek pęcherzyka żółciowego. Mechanizm zagęszczania żółci przez wchłanianie wody, jako efekt wydzielania jonów sodu do przestrzeni międzykomórkowej, drogą transportu aktywnego.

Rozdział 16

212

tomedynami (A, B, C). Pobudzają one proliferację chondroblastów w chrząstkach nasadowych kości długich, stymulują także produkcję proteoglikanów. Udział w odporności organizmu Wątroba odgrywa istotną rolę w układzie odpornościowym, przede wszystkim przez dużą liczbę makrofagów (komórek Kupffera) zlokalizowanych w zatokach wątrobowych. Mają one kontakt z krwią pochodzącą z przewodu pokarmowego, którą filtruje wątroba. Makrofagi te są zaangażowane w produkcję dużych ilości cytokin, m.in. IL-1 oraz IL-6, która stymuluje komórki wątrobowe do syntezy białek ostrej fazy (rozdz. 12.3.4). Ważną rolę odgrywają także komórki cytotoksyczne obecne w wątrobie, komórki NK (50% limfocytów w wątrobie) oraz limfocyty Tc. Żółć trafiająca do jelit zawiera duże stężenie przeciwciał IgA. Komórki wątrobowe bardzo rzadko ulegają podziałom, jednak w szczególnych warunkach mogą znacznie zwiększyć aktywność proliferacyjną. Tak jak się dzieje po usunięciu części gruczołu lub po działaniu substancji toksycznych. Jeśli działanie toksyczne jest długotrwałe może jednak dojść do silnego rozwoju tkanki łącznej.

16.5. DROGI Ø”£CIOWE ZEWN•TRZW•TROBOWE Jak wspomniano żółć opuszcza wątrobę przewodem wspólnym, który na swoim przebiegu łączy się z pęcherzykiem żółciowym poprzez przewód pęcherzykowy, tworząc przewód żółciowy wspólny. Pęcherzyk żółciowy ma ścianę zbudowaną z błony śluzowej i bło-

Tabela 16.1. Hormony regulujące zewnątrzwydzielniczą funkcję trzustki Hormon

M.cz.

Czynnik uwalniający

Główne działanie

Cholecystokinina (CCK)

3.920

L–aminokwasy, kwasy tłuszczowe

stymulacja egzocytozy przez komórki pęcherzykowe, skurcz pęcherzyka żółciowego

sekretyna

3.070

niskie pH w dwunastnicy

zwiększenie wody i elektrolitów w soku trzustkowym

polipeptyd trzustkowy (PP)

4.270

odruchy nerwowe stymu– lowane przez amino– kwasy i kwasy tłuszczowe, w jelitach aminokwasy i kwasy

działanie przeciwne do CCK

żołądkowy peptyd hamujący (GIP)

5.160

glukoza i kwasy tłuszczowe

stymulacja wydzielania insuliny

wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP)

3.300

odruchy nerwowe

zwiększenie wydziela– nia wody i elektrolitów przez jelito cienkie; neurotransmiter peptydergiczny

Wątroba i trzustka

213

ny mięśniowej oraz cienkiej błony podsurowiczej pokrytej otrzewną. Błona śluzowa tworząca luźne fałdy, pokryta jest jednowarstwowym nabłonkiem walcowatym, posiadającym komórki z mikrokosmkami. Błona śluzowa utworzona jest przez tkankę łączną wiotką. Komórki błony mięśniowej ułożone są głównie spiralnie. Czynność pęcherzyka polega na magazynowaniu i zagęszczaniu żółci poprzez wchłanianie wody (ryc. 16.3). Opróżnianie pęcherzyka prowokowane jest przez obecność tłuszczów w pokarmie a odbywa się pod wpływem hormonu – cholecystokininy produkowanego przez komórki enteroendokrynowe nabłonka dwunastnicy i jelita czczego (komórki I).

16.6. TRZUSTKA Jest gruczołem zewnątrzwydzielniczym, w którym rozproszony jest gruczoł dokrewny w postaci tzw. wysp trzustkowych (Langerhansa) (ryc. 16.4). Część zewnątrzwydzielnicza to gruczoł pęcherzykowy. Wydzielina komórek pęcherzykowych zawierająca enzymy trawienne, tj. trypsynę, chemotrypsynę, amylazę, lipazę, elastazę, DNA–zę, RNA–zę drogą przewodów wyprowadzających trafia do dwunastnicy. Wyspy trzustkowe to skupienia komórek gruczołowych wśród których główne typy to: A – wytwarzające glukagon, B – insulinę, D – somatostatynę i PP – polipeptyd trzustkowy. Glukagon podwyższa stężenie glukozy we krwi, insulina – obniża, przez zwiększenie magazynowania glikogenu (głównie w wątrobie), somatostatyna hamuje wydzielanie insuliny oraz glukagonu, polipeptyd trzustkowy pobudza wydzielanie HCl w żołądku. Pęcherzyki trzustki zbudowane są z komórek o kształcie piramidalnym, mających cechy strukturalne komórek wydzielniczych produkujących duże ilości białka. Szczególnie silnie rozbudowany jest w nich RER. Wydzielina z pęcherzyków trafia do przewodów zwanych wstawkami, przy czym często komórki tych przewodów widoczne są jakby wewnątrz pęcherzyków i nazywane są komórkami śródpęcherzykowymi. Wstawki wysłane nabłonkiem kostkowym przechodzą w przewody śródpłacikowe, a te w międzypłacikowe wysłane nabłonkiem walcowatym. Funkcją gruczołu zewnątrzwydzielniczego trzustki jest produkcja wymienionych już enzymów trawiennych. Stymulacja wydzielania odbywa się pod wpływem cholecystokininy–pankreozyminy (komórki I) a także sekretyny (komórki S), która szczególnie pobudza wydzielanie elektrolitów i wody (tabela 16.1). Budowa i funkcja wysp trzustkowych zostanie dokładniej omówiona w rozdziale poświęconym gruczołom dokrewnym.

Rozdział 16

214

IlD ItD

ID PC

Ac

ID PC CC

ID

ID Ac

S

CaP

NF SC

E LP G IlD

LI

50 µm PC

CC

CaP

Ryc. 16.4. Miąższ trzustki. Ac – pęcherzyk, CC – komórki śródpęcherzykowe, PC – komórki pęcherzykowe, ID – wstawki, ItD – przewody śródpłacikowe, S – przegroda, IlD – przewód wyprowadzający międzypłacikowy, Cap – naczynia włosowate, NF – włókna nerwowe, E – nabłonek, LP – blaszka właściwa, G – gruczoł, LI – wyspa trzustkowa, SC – komórki Schwanna.

UK£AD MOCZOWY

17

Układ moczowy tworzą: nerki, miedniczki wraz z kielichami nerkowymi, moczowody, pęcherz moczowy i cewka moczowa. Zasadnicze funkcje układu moczowego to utrzymanie stałości (homeostazy) środowiska wodnego organizmu oraz usuwanie z niego zbędnych produktów metabolizmu. Realizowane są te funkcje poprzez: filtrację, resorpcję zwrotną, wydzielanie oraz syntezę substancji czynnych.

17.1. NERKA Nerka kształtem przypomina ziarno fasoli (ryc. 17.1). Od strony wklęsłej znajduje się wnęka, a w niej nerwy, naczynia krwionośne i limfatyczne oraz mniejsze i większe kielichy nerkowe łączące się z miedniczką. Nerkę pokrywa silna torebka zbudowana z tkanki łącznej zbitej, pod którą znajduje się kora nerki. Rdzeń nerki tworzą piramidy nerkowe w liczbie 10–18, podstawami zwrócone w kierunku torebki, natomiast szczytami do wnęki, gdzie wystające do kielichów mniejszych szczyty piramid tworzą tzw. brodawki nerkowe. Powierzchnię brodawki przebija 10–25 otworów, które są ujściami przewodów zbiorczych. Kora nerki oddzielająca podstawy piramid od torebki, zawiera odchodzące prostopadle od podstaw piramid tzw. promienie rdzenne, które są pęczkami równolegle ułożonych kanalików nerkowych. Kora wnika także pomiędzy piramidy tworząc tzw. kolumny (Bertiniego).

17.1.1. NEFRON Jednostką strukturalno–czynnościową nerki jest nefron. Jest ich, tzn. nefronów, w nerce 1–4 milionów. Nefron tworzą (ryc. 17.1, tabela 17.1): ciałko nerkowe (Malpighiego) zawierające kłębuszek, kanalik główny, pętla nefronu (Henlego) oraz wstawka. Długość nefronu wynosi 50–55 mm. Nefrony łączą się z kanalikami zbiorczymi, które są także aktywne czynnościowo. Ciałka nerkowe (śred. 170–200 µm) zlokalizowane są w korze nerki, przy czym około 20% z nich leży przy rdzeniu należąc do tzw. nefronów przyrdzennych. Ciałko nerkowe tworzy kłębuszek naczyniowy otoczony dwuścienną torebką nabłonkową (Bowmana) (ryc. 17.2). W torebce kłębuszka, która powstaje w wyniku wpuklenia się, w trakcie rozwoju nerki, pętli naczyń w ślepo kończący się kanalik nerkowy, wyróżnia się, przechodzące jedna w drugą: część trzewną – wewnętrzną i ścienną – zewnętrzną. Część trzewna pokrywa bezpośrednio naczynia kłębka, natomiast część ścienna, oddzielona szczelinowatą przestrzenią (przestrzeń moczowa) od trzewnej stanowi ze-

labirynt

promienie rdzenne nefrony korowe (80%) – w promieniach rdzennych kory

część kręta

część prosta

cewki zbiorcze

wstawka (kanalik dalszy)

promienie rdzenne i rdzeń nerki

nefrony przyrdzenne – w rdzeniu nerki kora nerki – labirynt

kora nerki:

kanalik główny (bliższy)

pętla nefronu (Henlego)

Lokalizacja kora nerki – labirynt

Część nefronu ciałko nerkowe

ostateczne zagęszczenie moczu; w obecności ADH przepuszczalne dla wody; w nieobecności ADH nieprzepuszczalne dla wody (mocz niezagęszczony)

ramię wstępujące: nieprzepuszczalne dla wody przechodzenie jonów sodu i chlorkowych do tkanki śródmiąższowej resorpcja jonów sodu, wydalanie jonów potasu, wodorowych i amonowych

Funkcja filtracja krwi 1,2–1,3 l/min; przenikają cząstki < 20 kDa i średnicy < 20 nm resorpcja: wody (ok. 85%), jonów: sodu, chlorkowych, wapnia, fosforowych, glukozy, aminokwasów, niewielkie ilości białka (pinocytoza) wydzielanie: jony wodorowe, kreatynina, ksenobiotyki (PHA) ramię zstępujące: przenikanie wody do śródmiąższu, resorpcja jonów sodu i chlorkowych

Tabela 17.1. Budowa i funkcje nefronu oraz cewek zbiorczych

ADH

aldosteron – spadek wydalania Na, wzrost wydalania K; ANF – wzrost wydalania Na

Czynniki regulujące funkcję ciśnienie przepływającej krwi –, ANF –, adrenalina ↓, noradrenalina ↓, angiotensyna II ↑ PTH – wzrost wydalania fosforanów PGE2 – hamowanie resorpcji Na

naczynia włosowate będące rozgałęzieniami t. odprowadzającej własnego ciałka nerkowego tt. proste rzekome i proste prawdziwe

nefrony przyrdzenne: tt. proste prawdziwe

nefrony korowe: tt. proste rzekome

naczynia włosowate będące rozgałęzieniami tętnicy odprowadzającej własnego ciałka nerkowego

Unaczynianie tt. doprowadzające

216 Rozdział 17

Układ moczowy

kielichy mniejsze

217

ciałko nerkowe

miedniczka nerkowa miedniczka nerkowa piramida kielich większy

kłębuszek

kolumny (Beriniego)

kanalik główny część kręta

wstawka

kora

część prosta

kanalik zbiorczy

pętla część gruba pętli

rdzeń kanalik zbiorczy

część cienka pętli

Ryc. 17.1. Budowa nerki. Budowa nefronu (dolna część ryciny).

Rozdział 17

218

tętniczka odprowadzająca

komórki mezangiumbłona podstawna kłębuszka komórki mięśniówki gładkiej

przestrzeń moczowa podocyty

mezangium pozakłębkowe

część ścienna torebki ciałka nerkowego

wstawka nerkowa

a mk pla ęsta g

kanalik główny

błona podstawna

tętniczka doprowadzająca

komórki ziarniste wypustki podocytów

szczeliny filtracyjne

okienkowate naczynia włosowate kłębuszka

Ryc. 17.2. Budowa ciałka nerkowego.

wnętrzną ścianę ciałka nerkowego i przechodzi w odchodzący od niego kanalik. Miejsce odejścia kanalika od ciałka nerkowego nazywamy biegunem kanalikowym, natomiast miejsce wniknięcia i odejścia naczyń nazywamy biegunem naczyniowym. Tętniczka, która wnika do ciałka nerkowego w jego biegunie naczyniowym nazywana jest naczyniem doprowadzającym (vas afferens). Po wniknięciu do ciałka, naczynie to dzieli się na kilka (2–5) odgałęzień, które następnie dzielą się na naczynia włosowate. Naczynia włosowate tworzące pętle, w zasadzie nie łączące się ze sobą, a więc nie tworzące sieci, stanowią zasadniczy składnik kłębuszka nerkowego. Łącząc się z sobą tworzą naczynie odprowadzające (vas efferens), które podobnie jak doprowadzające jest tętniczką jednak o silniejszej mięśniówce. Śródbłonek naczyń włosowatych kłębuszka tworzą komórki zawierające w cytoplazmie okienka otwarte. Komórki te spoczywają na grubej błonie podstawnej, którą po drugiej stronie pokrywają komórki części trzewnej torebki kłębuszka zwane podocytami. Nazwę swoją zawdzięczają wypustkom ich cytoplazmy, którymi jak stopkami (podia) opierają się o błonę podstawną. Odstęp pomiędzy tymi stopkami wynosi 25 nm.

Układ moczowy

219

Istnienie tych szczelinowatych odstępów od strony światła torebki kłębuszka oraz otwartych okienek od strony światła naczyń włosowatych kłębuszka powoduje, że jedyną ciągłą barierę pomiędzy krwią i moczem pierwotnym, a więc barierę krew–mocz stanowi błona podstawna wspólna dla śródbłonka i części trzewnej torebki (ryc. 17.4). Błona ta pełniąca tak ważną rolę czynnościową – filtra krwi przepływającej przez kłębuszek ma grubość u osobników dojrzałych ok. 0,27 µm. W MŚ jest widoczna jako homogenna, natomiast w ME dostrzec można trzy warstwy, w środku elektronowo gęstą zawierającą kolagen typu IV oraz dwie elektronowo rzadkie, po obu stronach warstwy gęstej. Warstwy elektronowo rzadkie, widoczne jako jaśniejsze zawierają głównie siarczan heparanu. Tak więc warstwa środkowa zawierająca kolagen typu IV pełni rolę filtru fizycznego, a warstwy zewnętrzne zawierające siarczan heparanu – polianion oraz laminina i fibronektyna, pełnią rolę filtru elektrycznego. Składnikiem strukturalnym kłębuszka obok naczyń i podocytów są również komórki mezangium inaczej komórki krezki naczyniowej. Wnikają one wraz z naczyniami do kłębuszka i leżą pomiędzy pętlami naczyń włosowatych, wewnątrz części trzewnej torebki. Rola czynnościowa tych komórek nie jest w pełni poznana, chociaż wykazano, że mogą one fagocytować. W stanach patologicznych prowadzących do ich proliferacji mogą upośledzać funkcję nefronu.

błona podstawna

śródbłonek

śródbłonek

błona podstawowa

szczelina filtracyjna wypustki pierwotne wypustki wtórne wypustki pierwotne

ciało podocytu

wypustki wtórne

Ryc. 17.3. Pętla włośniczki kłębuszka nerkowego pokryta częścią wewnętrzną torebki ciałka nerkowego tworzoną przez podocyty.

220

Rozdział 17

Ryc. 17.4. Bariera filtracyjna kłębka nerwowego. BS – przestrzeń moczowa, Cap – naczynie włosowate kłębka, E – śródbłonek okienkowaty, Po – pory, D – przesłona, GBL – błona podstawna kłębka, LRI – blaszka jasna wewnętrzna, LD – blaszka gęsta, LRE – blaszka jasna zewnętrzna, SM – przepona szczeliny, J – linia połączenia komórek śródbłonka, P – podocyt, Mf – pęczki mikrofilamentów.

Układ moczowy

221

podocyt wypustki podocytu błona podstawowa włośniczka

włośniczka

cytoplazma komórki śródbłonka

wypustki podocytu

włośniczka

włośniczka

błona podstawowa cytoplazma komórki śródbłonka

komórka mezangialna Ryc. 17.5. Lokalizacja komórek mezangialnych wewnątrz pętli kłębuszka nerkowego.

W wyniku filtracji krwi w kłębuszku powstaje mocz pierwotny, który trafia do światła torebki kłębuszka. Obie nerki wytwarzają ok. 125 ml/min moczu pierwotnego, z czego tylko 1 ml opuszcza nerki jako mocz. W ciągu doby produkowane jest ok. 1500 ml moczu. Jest to efekt znacznego przepływu krwi przez nerki, który wynosi 1,2–1,3 l krwi na minutę. Tak więc cała krew w organizmie przepływa przez nerki w ciągu 4–5 minut. Filtracja w kłębuszku odbywa się dzięki znacznemu ciśnieniu krwi przepływającej przez jego naczynia. Wynosi ono ok. 75 mmHg, co stanowi ok. 70% ciśnienia krwi w aorcie, a co jest zupełnie wyjątkowe dla naczyń włosowatych. Powstały w wyniku filtracji mocz pierwotny ma skład bardzo zbliżony do osocza, jednak nie zawiera praktycznie białek (tylko 0,15 g/l przesączu), gdyż bariera filtracyjna jest nieprzepuszczalna dla większych cząsteczek (>58 kDa). Powstały w ciałku nerkowym mocz pierwotny, trafia do kanalika głównego, a ściślej do jego części krętej, zwanej także kanalikiem krętym I rzędu lub proksymalnym. Jest to najdłuższa część nefronu, o szerokości 40–60 µm. Kanalik główny tworzą komórki sześcienne posiadające na powierzchni zwróconej do światła kanalika liczne mikrokosmki (ok. 1 µm dł.) pokryte glikokaliksem, widoczne w MŚ jako rąbek szczoteczkowy. Błona podstawy komórki oraz jej ścian bocznych tworzy liczne wpuklenia, szczególnie głębokie od podstawy. Nabłonek spoczywa na błonie podstawnej, będącej przedłużeniem błony podstawnej części ściennej torebki kłębuszka. Wokół światła kanalika widać 3–5 okrągłych jąder komórkowych, natomiast granice pomiędzy komórkami nie są w MŚ widoczne, ponieważ błony sąsiednich komórek tworzą liczne wpuklenia. Obecność mikrokosmków i wpukleń podstawy komórki wiąże się z jej funkcją, polegającą na transporcie. Także z tą funkcją związana jest obecność bardzo licznych mitochondriów, zlokalizowanych głównie w podstawowej części komórki, pomiędzy wpukleniami błony komórkowej. Dostar-

222

Rozdział 17

czają one energii na potrzeby transportu. Część kręta kanalika głównego przechodzi w jego część prostą, która w nefronach znajdujących się bliżej powierzchni kory zlokalizowana jest w promieniach rdzennych, a w leżących bliżej podstaw piramid nerkowych w rdzeniu. Następnie część prosta kanalika głównego łączy się z pętlą nefronu (Henlego). Pętla nefronu ma dwa ramiona: zstępujące i wstępujące, a długość pętli zależy od lokalizacji nefronu. Nefrony leżące bliżej torebki mają krótsze pętle, a leżące bliżej rdzenia dłuższe. Ramię zstępujące, całe w pętlach długich, a na znacznej długości w pętlach krótkich tworzy tzw. część cienką pętli. Część cienka pętli ma średnicę zewnętrzną ok. 12 µm, a ścianę jej tworzą komórki płaskie. Ramię wstępujące pętli tworzy część gruba pętli posiadająca nabłonek jednowarstwowy sześcienny i średnicę ok. 35 µm. Pętle nefronu krótkie (nefronów bliższych torebce) znajdują się głównie w promieniach rdzennych, natomiast pętle długie prawie całkowicie w rdzeniu, czyli wnętrzu piramid. Po opuszczeniu promienia rdzennego lub podstawy piramidy, część gruba pętli przechodzi we wstawkę, mającą w korze przebieg kręty, dlatego nazywana jest także kanalikiem krętym II rzędu. Przejście części grubej we wstawkę odbywa się zwykle w sąsiedztwie ciałka nerkowego danego nefronu. Ścianę wstawki podobnie jak części grubej pętli oraz kanalika głównego, tworzą komórki sześcienne. Ponieważ zarówno kanalik główny (część kręta) jak i wstawka znajdują się w korze, mogą być trudności w odróżnieniu ich przekrojów w preparacie histologicznym. Jednak komórki wstawki nie tworzą rąbka szczoteczkowego, w przeciwieństwie do komórek kanalika głównego. Wstawka w miejscu zetknięcia się z ciałkiem nerkowym, zwykle ma to miejsce od strony bieguna naczyniowego, tworzy tzw. plamkę gęstą (macula densa). Plamka gęsta to grupa komórek wstawki różniących się od pozostałych. Są one wyższe, a jądra ich jakby bardziej upakowane. Plamka gęsta ma pełnić rolę chemoreceptora, reagującego na zmianę stężenia jonów sodu w przepływającym przez wstawkę moczu, stąd określana jest niekiedy jako czujnik sodowy. Plamka gęsta jest elementem tzw. aparatu przykłębkowego. Poza plamką gęstą aparat ten tworzą: 1. komórki ziarniste błony środkowej tętniczki doprowadzającej, zwane także przykłębkowymi (juxtaglomerularnymi); 2. komórki siatki, inaczej mezangium pozakłębkowego, poduszeczki biegunowej (ang. pole cushion); 3. komórki okołonaczyniowe (Bechera). Komórki ziarniste znajdują się w błonie środkowej tętniczki doprowadzającej bezpośrednio przed jej wejściem do ciałka nerkowego. Ta część tętniczki sąsiaduje zwykle z plamką gęstą wstawki. Komórki te nie mają cech morfologicznych komórek mięśniówki gładkiej, zawierają natomiast ziarna zawierające reninę. Renina to enzym, który działając na obecny w osoczu (produkowany przez wątrobę) angiotensynogen przekształca go w nieaktywny dekapeptyd angiotensynę I, ten peptyd pod wpływem enzymu konwertazy przekształca się w aktywny oktapeptyd angiotensynę II. Efektem działania angiotensyny II jest skurcz mięśniówki tętnic oraz wzrost wydzielania hormonu nadnerczy – aldosteronu, który zwiększa z kolei resorpcję sodu i chlorków w nerce. Tak więc kontakt morfologiczny plamki gęstej (czujnik sodu) z komórkami ziarnistymi wydaje się być zrozumiały. Chociaż rola komórek siatki i okołonaczyniowych nie jest jeszcze wyjaśniona, to znaczenie czynnościowe aparatu przykłębkowego, a przynajmniej jego części (komórki przykłębkowe – plamka gęsta) polega prawdopodobnie na utrzymaniu homeostazy jonowej organizmu oraz

Układ moczowy

223

ciśnienia krwi. Bardzo istotną rolę w utrzymaniu między innymi tej homeostazy ma zjawisko resorpcji zwrotnej. Zachodzi ono głównie w kanaliku głównym nerki. Jak wspomniano w moczu pierwotnym, który trafia z ciałka nerkowego do kanalika głównego znajduje się poza białkiem to wszystko co w osoczu, a więc bardzo wiele substancji potrzebnych organizmowi tj. glukoza, aminokwasy, jony oraz woda. Od 85% (woda) do 99% (glukoza i aminokwasy) tych substancji wchłanianych jest zwrotnie do kanalika głównego. Resorpcja glukozy, aminokwasów oraz jonów sodu i chlorkowych odbywa się drogą transportu aktywnego. Przy czym, jeśli stężenie glukozy w osoczu i moczu pierwotnym przekroczy pewien próg (próg nerkowy) to część jej pozostaje w moczu i jest wydalana z organizmu. Tak dzieje się w cukrzycy.

17.1.2. UNACZYNIENIE NERKI Resorpcja zwrotna tak jak i filtracja kłębkowa to procesy fizjologicznie związane z układem naczyniowym nerek. Krew trafia do nerek przez tętnice nerkowe odchodzące bezpośrednio od aorty brzusznej. Tętnica nerkowa wnikająca od wnęki dzieli się na tętnice międzypłatowe biegnące pomiędzy piramidami a więc w kolumnach nerkowych (Bertiniego). U podstawy piramid zaginają się pod kątem prostym i biegną jako tętnice łukowate równolegle do podstaw piramid. Od nich odchodzą prostopadle tętnice międzypłacikowe, biegnące pomiędzy promieniami rdzennymi. Od tych tętnic odchodzą tętniczki doprowadzające ciałek nerkowych. Odchodzące od ciałek nerkowych tętniczki odprowadzające rozpadają się na naczynia włosowate. Naczynia odprowadzające ciałek nerkowych leżących bliżej powierzchni kory unaczyniają głównie kanaliki kręte kory i to z zasady własnego nefronu, natomiast naczynia odprowadzające ciałek nerkowych przyrdzenych unaczyniają głównie rdzeń nerki, jako tzw. naczynia proste rzekome. Kanaliki rdzenia unaczyniają także naczynia proste prawdziwe będące odgałęzieniami tętnic łukowatych. Krew z naczyń włosowatych w korze nerki zbierana jest przez żyły międzypłacikowe, a te wpadają do żył łukowatych przechodzących w międzypłatowe. Krew z naczyń włosowatych tworzonych przez tętnice proste w rdzeniu zbierana jest przez żyły proste wpadające do żył łukowatych.

17.1.3. RDZE— NERKI Mocz, który powstaje w wyniku filtracji w ciałku nerkowym i modyfikowany jest w dalszych częściach nefronu przede wszystkim w kanaliku głównym, trafia z wstawek do kanalików zbiorczych. Początkowy odcinek tych kanalików znajduje się w promieniach rdzennych, dalsze odcinki powstające przez łączenie się kanalików zbiorczych w coraz większe przewody zbiorcze znajdują się w rdzeniu. Tak więc właśnie kanaliki zbiorcze obok pętli nefronu tworzą piramidy nerkowe rdzenia. Ścianę kanalików zbiorczych, w początkowych ich odcinkach tworzy nabłonek kostkowy, w dalszych nabłonek walcowaty, dzięki czemu łatwo odróżnić w rdzeniu przekroje kanalików zbiorczych od przekrojów pętli nefronu. Pomiędzy kanalikami rdzenia nerki znajdują się komórki określane jako śródmiąższowe, którym przypisuje się produkcję prostaglandyn.

224

Rozdział 17

17.1.4. HISTOFIZJOLOGIA NERKI Kanaliki zbiorcze, nie będące częścią nefronu, są nie tylko przewodami odprowadzającymi mocz, ale są aktywne w jego modyfikowaniu. Odgrywają bowiem zasadniczą rolę w zagęszczaniu moczu. Wprawdzie zasadnicza część wody z moczu pierwotnego wchłaniana jest zwrotnie w kanaliku głównym nefronu, ale mocz docierający z wstawki do kanalika zbiorczego jest hipotoniczny, dopiero w kanaliku zbiorczym może ulec zagęszczeniu pod wpływem przysadkowego hormonu antydiuretycznego (ADH). Zagęszczenie moczu w kanaliku zbiorczym jest możliwe dzięki gradientowi stężenia jonów sodu i chlorkowych w tkance śródmiąższowej rdzenia, który wzrasta w kierunku brodawki nerkowej. Gradient ten wytwarza pętla nefronu, głównie jej ramię wstępujące, którego nabłonek jest nieprzepuszczalny dla wody, natomiast wydala jony Na+ i Cl– do tkanki śródmiąższowej rdzenia. Takie warunki powodują, że w ramieniu zstępującym następuje ucieczka do tkanki śródmiąższowej wody, a wnikanie jonów sodu i chlorkowych, co w efekcie zmiejsza objętość moczu trafiającego do ramienia wstępującego. Tutaj następuje wydalanie jonów bez zmiany objętości moczu, a więc obniżenie stężenia jonów i hipotonia moczu. W warunkach działania ADH ściana kanalika zbiorczego jest przepuszczalna dla wody, a przez to może ona przechodzić do tkanki śródmiąższowej otaczającej kanalik zbiorczy, która zawiera płyn hipertoniczny o gradiencie wzrastającym do brodawki ner-

kora

rdzeń

Ryc. 17.6. Wzmacniacz przeciwprądowy tworzony przez pętle nefronu. Grubą linia zaznaczony jest odcinek pętli nefronu nieprzepuszczalny dla wody. Komórki kanalików zbiorczych są nieprzepuszczalne dla wody, jednak pod wpływem ADH stają się przepuszczalne. Strona lewa: pod wpływem ADH wytwarzany jest mocz hipertoniczny. Strona prawa: przy braku lub niskim stężeniu ADH wytwarzane są duże ilości hipotonicznego moczu. Cyfry w kanalikach i śródmiąższu wskazują lokalne stężenie w mosm/l. Strzałki zaczernione reprezentują elektrolity, jasne wodę.

Układ moczowy

225

kowej. Dzięki temu mocz płynący w kanaliku zbiorczym do brodawki traci coraz więcej wody i staje się tak jak i otoczenie kanalika hipertoniczny. Gdy brak ADH kanalik zbiorczy staje się nieprzenikliwy dla wody i mocz hipotoniczny jest wydalany. Mechanizm prowadzący do uzyskania efektu jakim jest zagęszczanie moczu, nazywany jest wzmacniaczem przeciwprądowym. Dla jego działania znaczenie ma specyficzna budowa (cienkościenność) naczyń prostych rdzenia nerki, dzięki czemu nie zakłócają one powstałego, dzięki działaniu pętli nefronu, gradientu w tkance śródmiąższowej. Obok tego mechanizmu dla stężenia jonów sodu i potasu w moczu znaczenie ma działanie wstawki nefronu, gdzie pod wpływem aldosteronu następuje resorpcja sodu i wydalanie potasu. We wstawce wydalane są także jony wodorowe oraz amonowe, co ma istotne znaczenie dla równowagi kwasowo–zasadowej krwi. Nerka pełni również rolę gruczołu dokrewnego wydzielając substancje wpływające, drogą pośrednią, na jej funkcję. O jednej już była mowa, to erytropoetyna, która wzmaga erytropoezę szpikową. Produkcja erytrocytów ma dla nerek zasadnicze znaczenie gdyż zużywają one ogromne ilości tlenu przez co są bardzo wrażliwe na jego brak. Także układ renina–angiotensyna–aldosteron, przez podnoszenie ciśnienia krwi zabezpiecza nerki przed brakiem tlenu przez odpowiedni dopływ krwi. Nerka jest jednak także miejscem tworzenia substancji rozszerzających naczynia tj. prostaglandyny (PGA2 i PGE2), które wydzielają komórki śródmiąższowe rdzenia nerki. Nerki są również narządem w którym powstaje najbardziej aktywna postać witaminy D3 – 1,25 dwuhydroksykalcyferol. Witamina ta wpływa na wchłanianie jonów wapnia w jelitach, a nerki odgrywają istotną rolę w regulowaniu poziomu tych jonów w osoczu.

17.2. DROGI WYPROWADZAJ•CE MOCZ Mocz z nerek wydalany jest z ujść kanalików zbiorczych na brodawkach nerkowych i trafia do kielichów nerkowych mniejszych, które łączą się w kielichy większe a te w miedniczkę nerkową. Błonę śluzową dróg moczowych wyścieła nabłonek wielowarstwowy przejściowy, posiadający na swej powierzchni komórki nazywane baldaszkowymi, gdyż w nabłonku nierozciągniętym mają kształt kopulasty. Pokryte są rąbkiem oskórkowym. Blaszka właściwa błony śluzowej zawiera tkankę łączną luźną. Kielichy i miedniczka mają cienką błonę śluzową i błonę mięśniową.

17.2.1. MOCZOW”D Moczowód ma grubszą błonę śluzową, a błona mięśniowa ma 3 warstwy: wewnętrzna i zewnętrzna są podłużne, a środkowa okrężna. Moczowód, który ma długość około 30 cm leży pozaotrzewnowo i na zewnątrz pokryty jest tkanką łączną tworzącą przydankę.

17.2.2. P CHERZ MOCZOWY Podobnie jak inne odcinki dróg moczowych ma błonę pokrytą nabłonkiem przejściowym z rąbkiem oskórkowym. W pustym pęcherzu błona śluzowa jest silnie pofałdowa-

226

Rozdział 17

na. Pod błoną śluzową, z wyjątkiem trójkąta pęcherza moczowego znajduje się błona podśluzowa, w której zobaczyć można grudki chłonne. Błona mięśniowa utworzona jest z licznych pęczków komórek mięśniówki gładkiej. Wyróżnić można 3 warstwy mięśniówki: wewnętrzną i zewnętrzną – podłużne i środkową – okrężną. Część ściany pęcherza pokrywa błona surowicza.

17.2.3. CEWKA MOCZOWA M SKA Cewka moczowa męska jest przewodem rozpoczynającym się w dnie pęcherza moczowego, a kończącym ujściem zewnętrznym na żołędzi prącia. Wyróżniamy następujące części cewki moczowej męskiej: śródścienną, sterczową, błoniastą i gąbczastą. Część śródścienna jest bardzo krótka i znajduje się wewnątrz ściany pęcherza moczowego. Część sterczowa znajduje się w obrębie gruczołu krokowego. Podobnie jak części śródściennej, światło cewki części sterczowej wysłane jest nabłonkiem wielowarstwowym przejściowym. Tkanka łączna tworząca błonę śluzową zawiera liczne włókna sprężyste. Błonę mięśniową tworzą dwie warstwy mięśniówki gładkiej: wewnętrzna podłużna i zewnętrzna gruba, okrężna. Część błoniasta to odcinek cewki znajdujący się w przeponie moczowo-płciowej, wysłany nabłonkiem walcowatym – wielowarstwowym lub wielorzędowym. Błona śluzowa, podobnie jak poprzedniego odcinka zawiera liczne włókna sprężyste. Błona mięśniowa zawiera także dwie warstwy: podłużną (wewnętrzną) i okrężną (zewnętrzną). Część gąbczasta, najdłuższa, znajduje się wewnątrz ciała gąbczastego prącia. Wyścieła ją nabłonek taki jak w części błoniastej, który w pobliżu ujścia przechodzi w nabłonek wielowarstwowy płaski.

17.2.4. CEWKA MOCZOWA ØE—SKA Cewka moczowa żeńska jest krótsza niż męska. Wyróżniamy następujące jej części: śródścienną, miedniczą, przeponową i podprzeponową. Błona śluzowa zawiera liczne włókna sprężyste. Wysłana jest najpierw nabłonkiem wielowarstwowym przejściowym, następnie w środkowym odcinku nabłonkiem wielowarstwowym walcowatym, a w końcowym odcinku nabłonkiem wielowarstwoym płaskim. Błonę mięśniową podobnie jak w cewce męskiej tworzą dwie warstwy mięśniówki gładkiej: wewnętrzna – podłużna i zewnętrzna – okrężna. Cewka moczowa żeńska uchodzi w przedsionku pochwy w brodawce cewkowej.

UK£AD P£CIOWY M SKI

18

Układ płciowy męski tworzą: jądra z najądrzami, nasieniowody, gruczoły dodatkowe i prącie.

18.1. J•DRO Jądra (testis) mają dwie zasadnicze funkcje: reprodukcyjną – tworzenie plemników oraz hormonalną. Znajdują się w mosznie (scrotum) utworzonej ze skóry i tkanki podskórnej, otoczone są osłonkami jądra. Ścianę zewnętrzną gruczołu tworzy gruba torebka z tkanki łącznej zbitej nazywana błoną białawą (tunica albuginea). W okolicy tylnej jądra błona biaława staje się luźniejsza i grubsza tworząc śródjądrze (mediastinum testis). Od niego wnikają w głąb gruczołu łącznotkankowe przegrody dzielące jądro na 200– 300 stożkowatych płacików. Przegrody nie są ciągłe, przez co płaciki mogą łączyć się ze sobą. Każdy płacik zawiera 1–4 kanalików nasiennych krętych otoczonych przez tkankę łączną luźną bogatą w naczynia i nerwy. Kanaliki nasienne kręte mają długość 30–70 cm oraz średnicę 150–250 µm, wysłane są wielowarstwowym nabłonkiem określanym jako plemnikotwórczy. W szczycie płacika jego kanaliki kręte łączą się w jeden kanalik prosty, wysłany nabłonkiem jednowarstwowym sześciennym. Następnie kanaliki proste poszczególnych płacików łączą się w okolicy śródjądrza w sieć nazywaną siecią jądra (rete testis). Od sieci odchodzi do najądrza 10–20 przewodów wyprowadzających (ductuli efferentes). Ścianę kanalika krętego tworzą: błona własna oraz nabłonek plemnikotwórczy. Błona własna składa się z 3 warstw: pierwszą od zewnątrz tworzy kilka warstw fibroblastów, drugą komórki nazywane miofibroblastami, zawierające włókienka aktynowe i miozynowe, a trzecią wewnętrzną tworzy błona podstawna nabłonka plemnikotwórczego. Nabłonek plemnikotwórczy tworzą komórki podporowe (Sertoliego) oraz komórki płciowe w różnych stadiach dojrzewania (ryc. 18.1). Komórki płciowe układają się w kilka warstw, przy czym najmniej zróżnicowane – spermatogonie, leżą przy błonie podstawnej. Proces różnicowania komórek płciowych – spermatogeneza, przebiega w trzech fazach: 1. spermatocytogenezy, w której dzielące się spermatogonie przekształcają się ostatecznie w spermatocyty, 2. dwóch podziałów redukcyjnych (mejozy), w wyniku czego ze spermatocytów powstają spermatydy, 3. spermiogenezy, w której ze spermatyd drogą przekształceń powstają plemniki. Najbardziej pierwotne komórki płciowe – spermatogonie, od okresu dojrzałości płciowej podlegają stałym podziałom, przy czym w wyniku podziału mogą powstać spermato-

Rozdział 18

228

mostki cytoplazmatyczne

późne spermatydy spermigeneza

wczesne spermatydy spermatocyt II rzędu

mejoza

spermatocyt I rzędu spermatogonia

fibroblast naczynie włosowate

komórki gruczołu śródmiąższowego

naczynie włosowate

Ryc. 18.1. Budowa ściany kanalika krętego jądra oraz tkanki śródmiąższowej. k.s. – komórka podporowa (Sertoliego), m.fb. – miofibroblast.

gonie A, które zachowują cechy komórki macierzystej oraz spermatogonie B, które rozpoczynają proces różnicowania prowadzący do powstania spermatocytu I rzędu. Spermatocyt I rzędu jest podobnie jak spermatogonia komórką okrągłą, z okrągłym jądrem, jest jednak wyraźnie większy i leży bliżej światła kanalika. Posiada on diploidalną (46) liczbę chromosomów oraz podwojoną (4N) w fazie S cyklu ilość DNA. Profaza pierwszego podziału redukcyjnego ma przebieg złożony i długotrwały. Przebiega ona w 5 stadiach, określanych jako: leptoten, zygoten, pachyten, diploten i diakineza. W czasie tego okresu mejozy dochodzi do zjawiska nazywanego „crossing over”, polegającego na wymianie odcinków chromosomów homologicznych. Efektem tego jest mieszanie się haplotypów matki i ojca, co zwiększa zróżnicowanie genotypów potomstwa. Profaza trwać może ponad 20 dni, dlatego też większość spermatocytów I rzędu widzianych w kanaliku reprezentuje tą właśnie fazę podziału. Po przejściu przez metafazę, w anafazie dochodzi do rozdzielenia chromosomów, po 23, do powstałych spermatocytów II rzędu. Jednocześnie ilość DNA zmniejsza się z 4N do 2N. Spermatocyty II rzędu po bardzo krótkiej interfazie (bez fazy S) wchodzą w drugi podział redukcyjny, w wyniku którego powstają komórki posiadające 23 chromosomy – liczbę haploidalną oraz ilość DNA – 1N. Komórkę powstałą w wyniku drugiego podziału redukcyjnego nazywamy spermatydą. Jest to komórka wyraźnie mniejsza od spermatocytów, leży bliżej światła kanalika. Spermatydy nie podlegają już podziałom, ale rozpoczynają złożony proces przekształceń na-

Układ płciowy męski

Ryc. 18.2. Spermatogeneza.

229

Rozdział 18

230 ziarno akrosomalne

czapeczka akrosomalna

pęcherzyk akrosomalny

akrosom jądro

AG jądro

cytoplazma

mitochondrium ciałko resztkowe akrosom

mitochondrium 5 µm

50 µm witka

5 µm wstawka

5 µm głowa

Ryc. 18.3. Spermiogeneza. Budowa plemnika. AG – aparat Golgiego.

zywany spermiogenezą. W procesie tym zachodzą w budowie spermatydy następujące zmiany (ryc. 18.2): 1. AG wytwarza ziarna określane jako proakrosomalne. Ziarna te zlewają się w jedno duże ziarno akrosomalne, które zbliżając się do jądra spermatydy, przekształca się w akrosom. Ma on kształt czapeczki pokrywającej od przodu połowę lub nawet dwie trzecie jądra, a zawiera zespół enzymów hydrolitycznych takich jak: hialuronidaza, neuroaminidaza, kwaśna fosfataza oraz proteazy podobne aktywności jak trypsyny, a także akrozyna. Odgrywają one rolę w procesie zapłodnienia, gdyż są w stanie ułatwić plemnikowi penetrację osłonki promienistej i przezroczystej otaczjących komórkę jajową. 2. Równolegle ze zmianami związanymi z AG zmianom ulega również centrosom spermatydy. Centriole przemieszczają się na tylny biegun komórki (przeciwny niż akrosom) i jedna z centrioli wytwarza witkę, natomiast druga tworzy pierścień otaczający tę witkę. 3. Jednocześnie znaczna część cytoplazmy przemieszcza się w kierunku witki otaczając ją, przy czym część cytoplazmy oddziela się od komórki tworząc tzw. ciało resztkowe, które ulega następnie sfagocytowaniu przez komórki podporowe (Sertoliego). 4. Również mitochondria podlegają przemieszczeniu i układają się w formie spirali dookoła witki. Lokalizacja mitochondriów wiąże się z ich funkcją, są one źródłem związków wysokoenergetycznych (ATP). Natomiast substratem energetycznym dla mitochondriów są cukry proste, głównie fruktoza obecna w płynie nasiennym. 5. Jądro komórkowe spermatydy ulega w spermiogenezie zmianom polegającym na znacznym zagęszczeniu chromatyny.

Układ płciowy męski

231

Ostatecznie powstały w wyniku spermatogenezy plemnik ma długość ok 60 µm i składa się z główki, szyjki, wstawki (zawierającej mitochondria) i najdłuższej części (ok. 45 µm) witki. Jak stwierdzono, w czasie spermatogenezy powstałe z podziału spermatogonii pokolenia komórek, w tym spermatocytów I i II rzędu oraz spermatyd łączą się ze sobą mostkami cytoplazmatycznymi, gdyż podział cytoplazmy w czasie kolejnych podziałów komórek nie jest całkowity. Dopiero w trakcie tworzenia się ciałek resztkowych dochodzi do rozdzielenia się spermatyd. Badania przy pomocy znakowanej trytem tymidyny wykazały, że proces spermatogenezy przebiega w poszczególnych odcinkach kanalika krętego w postaci jakby fal, prawdopodobnie będących konsekwencją istnienia mostków cytoplazmatycznych, przy czym cały cykl trwa 64–74 dni. Wyróżnić w tym cyklu zwanym cyklem spermatogenetycznym można fazy odpowiadające opisanym już stadiom spermatogenezy. Najdłuższe z tych faz to faza odpowiadająca spermatocytowi I rzędu (pierwszy podział redukcyjny) oraz spermatydzie (spermiogeneza). Złożone procesy przemian odbywają komórki płciowe w otoczeniu komórek podporowych (Sertoliego). Są to wydłużone komórki piramidalne, oparte podstawą o błonę podstawną i sięgające do światła kanalika krętego. W MŚ granice ich cytoplazmy nie są wyraźne. Natomiast w ME ujawniono, że mają rozbudowaną SER, nieco RER, dobrze rozwinięty AG, liczne mitochondria i lizosomy. Jądro wydłużone, ma liczne wgłębienia, zawiera wyraźnie widoczne jąderko. Błony komórkowe komórek podporowych złączone są ze sobą złączami zamykającymi, przez co komórki podporowe tworzą ciągłą powłoczkę komórkową otaczającą światło kanalika krętego. Istnienie tej ciągłej i szczelnej warstwy komórek, pomiędzy którymi znajdują się komórki płciowe, powoduje że wnętrze kanalika krętego jest oddzielone od przestrzeni przy błonie podstawnej oraz pozakanalikowej. Ponieważ w przestrzeni pozakanalikowej znajdują się naczynia krwionośne, ciągła warstwa komórek podporowych w nabłonku plemnikotwórczym oddziela je od światła kanalika, tworząc barierę nazywaną barierą krew–jądro (ryc. 18.1). Na zewnątrz od tej bariery leży tzw. przedział zewnątrzkanalikowy, do wewnątrz zaś przedział wewnątrzkanalikowy. W przedziale zewnętrznym znajdują się spermatogonie, po drugiej stronie bariery komórki bardziej zróżnicowane. Uważa się, że bariera izoluje te komórki od kontaktu z komórkami układu immunologicznego, które mogłyby reagować z antygenami ujawniającymi się w trakcie spermatogenezy. Antygeny te nie są tolerowane przez układ immunologiczny, gdyż nie były ujawnione w rozwoju płodowym jako że spermatogeneza zaczyna się dopiero w okresie dojrzewania. Funkcja komórek podporowych (Sertoliego) sprowadza się do: 1. pośredniczenia w procesie odżywiania, pomiędzy naczyniami (przedział zewnętrzny), a bardziej zróżnicowanymi komórkami płciowymi; 2. fagocytowania ciałek resztkowych powstałych w czasie spermiogenezy; 3. wydzielania białka wiążącego androgeny (ABP – ang. androgen binding protein) oraz pewnych ilości estrogenów i inhibiny. Komórki podporowe u osobnika dojrzałego nie dzielą się. Są one w przeciwieństwie do komórek płciowych oporne na działanie różnych czynników szkodliwych, nawet promieni X. Kanaliki kręte wewnątrz płacików otacza tzw. tkanka śródmiąższowa jądra. Zawiera ona tkankę łączną z fibroblastami, komórkami niezróżnicowanymi, komórkami tuczny-

232

Rozdział 18

mi i makrofagami oraz nerwy, a także naczynia krwionośne i limfatyczne. Naczynia włosowate mają śródbłonek okienkowaty, pozwalający na przechodzenie białek osocza. W tkance śródmiąższowej jądra występują także komórki gruczołowe zwane także komórkami Leydiga. Są to komórki wielokątne, z okrągłym centralnie położonym jądrem, kwasochłonną (eozynofilną) cytoplazmą zawierającą drobne kropelki tłuszczów. W ME widoczna silnie rozbudowana SER. Komórki te produkują testosteron, hormon steroidowy odpowiedzialny za rozwój drugorzędowych cech płciowych męskich. Zarówno synteza jak i wydzielanie testosteronu stymulowane jest przez hormon przysadkowy – lutenizujący (LH, ICSH). Stymulacja odbywa się poprzez układ cyklazy adenylowej. Testosteron, który trafia do kanalika krętego wiązany jest przez białko (ABP) produkowane przez komórki podporowe i w formie związanej przechodzi do światła kanalika. Powoduje to wzrost stężenia testosteronu w kanaliku. Produkcja ABP jest również pod kontrolą przysadki mózgowej, a zwiększa ją hormon–FSH. Wydzielanie FSH jest hamowane przez czynnik produkowany w komórkach Sertoliego – inhibinę. Prawidłowe funkcjonowanie jąder, a szczególnie przebieg spermatogenezy wymaga temperatury niższej niż temperatura ciała, dlatego też prawie u wszystkich ssaków jądra znajdują się w mosznie.

18.2. DROGI WYPROWADZAJ•CE NASIENIE 18.2.1. NAJ•DRZE Z kanalików krętych plemniki trafiają do kanalików prostych, już wspomnianych, a z nich do sieci jądra, z sieci do przewodów wyprowadzających. Przewody te w liczbie 10–20 wysłane są nabłonkiem zbudowanym z na przemian ułożonych komórek sześciennych i walcowatych z migawkami. Ten układ komórek powoduje, że światło przewodów ma kształt nie okrągły a rozetowaty. Przewody wyprowadzające łączą jądro z najądrzem, a ściślej z głową najądrza. W najądrzu przewody wyprowadzające jądra wpadają do przewodu najądrza. Ma on długość 4–6 m, jest więc w najądrzu silnie poskręcany. Wysłany jest nabłonkiem wielorzędowym walcowatym. Pod błoną podstawną nabłonka znajdują się komórki mięśniówki gładkiej oraz tkanka łączna luźna bogata w naczynia włosowate. Powierzchnię komórek pokrywają mikrokosmki zwane stereociliami. W najądrzu plemniki dojrzewają i są magazynowane. Plemniki, które trafiają z jądra do najądrza są niedojrzałe, tzn. nie mają zdolności ruchu i zapładniania komórki jajowej. W przewodzie najądrza dochodzi do ich dojrzewania pod wpływem wysokiego stężenia testosteronu związanego z białkiem ABP. Plemniki pozostają nieruchome jednak mają potencjalną zdolność do ruchu, do czego przyczynia się wysokie stężenie karnityny. W najądrzu główki plemników pokrywane zostają warstwą glikoproteinową, która zostaje usunięta dopiero w drogach rodnych kobiety w procesie nazywanym kapacytacją.

Układ płciowy męski

233

18.2.2. NASIENIOW”D Od najądrza rozpoczyna się nasieniowód (ductus deferens), który wpada do cewki moczowej na terenie gruczołu krokowego. Ma on wąskie światło otoczone przez grubą ścianę zbudowaną z mięśniówki gładkiej. Błona śluzowa otaczająca światło tworzy podłużne fałdy i wysłana jest nabłonkiem wielorzędowym walcowatym ze stereociliami. Błona właściwa jest warstwą tkanki łącznej zawierającej włókna sprężyste. Mięśniówkę nasieniowodu tworzą komórki mięśniówki gładkiej ułożone w 3 warstwy: wewnętrzna i zewnętrzna podłużnie, oraz najgrubsza środkowa okrężnie. Komórki te w przeciwieństwie do innych komórek mięśniówki gładkiej mają zdolność do szybkiego kurczenia się, a cała warstwa mięśniówki jest silnie unerwiona. Na zewnątrz znajduje się tkanka łączna luźna z naczyniami i nerwami, tworząca przydankę. Przed wniknięciem w gruczoł krokowy nasieniowód tworzy rozszerzenie zwane bańką (ampulla). Tutaj błona śluzowa jest grubsza, bardziej pofałdowana, a warstwa mięśniowa mniej regularna.

18.3. P CHERZYKI NASIENNE Przed wniknięciem do gruczołu krokowego nasieniowód łączy się z pęcherzykami nasiennymi. Są to dwie silnie poskręcane cewki o długości ok. 15 cm. Mają pofałdowaną błonę śluzową z nabłonkiem wielorzędowym walcowatym, zawierającym okrągłe komórki podstawne. Komórki nabłonka mają cechy komórek produkujących białko. Błona właściwa zawiera wiele włókien sprężystych i komórek mięśniówki gładkiej. Wydzielina pęcherzyków nasiennych zawiera: globuliny, witaminę C oraz fruktozę. Aktywność pęcherzyków i związana z nią wysokość nabłonka zależne są od testosteronu.

18.4. GRUCZO£ KROKOWY Gruczoł krokowy – stercz (prostata) składa się z 30–50 rozgałęzionych, cewkowo-pęcherzykowych gruczołów, których przewody otwierają się do cewki moczowej sterczowej. Wydzielinę gruczołu stanowi tzw. płyn sterczowy. Gruczoł otacza włóknisto-sprężysta torebka bogata w mięśniówkę gładką, od niej odchodzą przegrody dzielące wnętrze gruczołu. Nabłonek spoczywa na tkance łącznej z komórkami mięśniowymi. Nabłonek jednowarstwowy może być sześcienny lub nawet płaski, jednak najczęściej jest walcowaty. Płyn sterczowy ma odczyn kwaśny, zawiera niewiele białek. Stwierdza się w nim aminokwasy, sperminę, fruktozę, fosfatazę kwaśną oraz kwas cytrynowy. Wewnątrz pęcherzyków gruczołu krokowego nieraz widać okrągłe ciała zwane kamykami sterczowymi. Tworzą je glikoproteidy, a rola ich nie jest znana. Do cewki moczowej już poza gruczołem krokowym uchodzą niewielkie gruczoły zwane opuszkowo-cewkowymi. Są one gruczołami cewkowo-pęcherzykowymi, z nabłonkiem typu śluzowego. Tkanka łączna tworząca przegrody wewnątrz gruczołu zawiera komórki mięśniówki gładkiej.

234

Rozdział 18

18.5. NASIENIE Nasienie (semen) to zawiesina plemników w płynie będącym mieszaniną wydzielin, głównie pęcherzyków nasiennych (70%) oraz gruczołu krokowego. Świeżo po wytrysku (ejakulacji) nasienie jest gęstym płynem o odczynie lekko zasadowym, zwierającym około 20–300 milionów plemników. Zawiera fruktozę, która jest źródłem energii dla plemników, witaminę C, enzymy i prostaglandyny powodujące skurcze macicy co ułatwia przejście plemników z pochwy przez macicę do jajowodów gdzie zwykle dochodzi do zaplemnienia.

18.6. PR•CIE Prącie tworzą dwa ciała jamiste ułożone grzbietowo i jedno ciało gąbczaste zawierające cewkę moczową, zakończone żołędzią. Ciała jamiste otoczone są błoną białawą, która tworzy nieciągłą przegrodę pomiędzy oboma ciałami jamistymi. Od błony białawej tkanka łączna wnika tworząc beleczki ciał jamistych. Wewnątrz znajdują się przestrzenie wysłane śródbłonkiem, stanowiące sieć naczyniową, która może wypełniać się w czasie wzwodu krwią tętniczą. Ciało gąbczaste zawiera mniej elementów włóknistych niż ciała jamiste, zawiera sieć naczyń wysłanych śródbłonkiem.

UK£AD P£CIOWY ØE—SKI

19

Układ płciowy żeński tworzą narządy wewnętrzne: jajniki, jajowody, macica i pochwa oraz narządy zewnętrzne: wargi sromowe większe i mniejsze, łechtaczka oraz przedsionek pochwy wraz z uchodzącymi do niego gruczołami. Zasadnicze funkcje układu płciowego żeńskiego, to podobnie jak układu męskiego: reprodukcyjna i hormonalna. Natomiast w odróżnieniu, w okresie dojrzałości płciowej u osobnika żeńskiego aż do okresu przekwitania (menopauzy) zachodzą w układzie płciowym cykliczne zmiany budowy i funkcji.

19.1. JAJNIK Jajnik ma kształt owalny, przy czym jego długość wynosi około 3 cm. Powierzchnię jajnika pokrywa jednowarstwowy nabłonek, u osobników młodych sześcienny, u starszych płaski, spoczywający na cienkiej błonie podstawnej. Pod nim znajduje się warstwa tkanki łącznej zbitej nazywana błoną białawą jajnika (tunica albuginea). Bezpośrednio pod nią znajduje się kora jajnika, a głębiej rdzeń jajnika. Zrąb kory jajnika tworzy tkanka łączna, zawierająca włókna siateczkowe i kolagenowe oraz komórki: fibroblasty, niezróżnicowane, tuczne, makrofagi a także pojedyncze komórki mięśniówki gładkiej, są również naczynia krwionośne. Wśród zrębu kory znajdują się pęcherzyki jajnikowe, zawierające komórkę jajową z otaczającymi ją komórkami. W zależności od stopnia dojrzałości komórki jajowej oraz ilości otaczających ją komórek wyróżniamy pęcherzyki: pierwotne, wzrastające, dojrzewające i dojrzałe (ryc. 19.1). Najliczniejsze są pęcherzyki pierwotne leżące obwodowo, pod błoną białawą. Mają wielkość 40–70 µm, a tworzy je oocyt I rzędu zatrzymany, pod wpływem białka nazywanego inhibitorem dojrzewania oocytów (ang. oocyte maturation inhibitor, OMI), w profazie pierwszego podziału redukcyjnego. Oocyt otoczony jest przez jedną warstwę komórek płaskich, oddzielonych od otaczającego zrębu przez cienką błonę podstawną. W momencie urodzenia liczba tych pęcherzyków jest duża, wynosi ok. 400 000. Liczba ta z wiekiem ulega znacznej redukcji, szczególnie w okresie dojrzewania płciowego. W życiu kobiety jedynie ok. 0,1% pęcherzyków pierwotnych podejmuje przekształcanie się w pęcherzyk wzrastający. Zmiany dotyczą zarówno komórki jajowej, która się powiększa i otacza błoną przejrzystą (zona pellucida), a także komórek otaczających, które przekształcają się w sześcienne i dzielą tworząc układ wielowarstwowy, nazywany warstwą ziarnistą (stratum granulosum). Błona przejrzysta, która oddziela komórkę jajową od otaczających ją komórek zawiera glikoproteidy, a penetrują ją mikrokosmki zarówno od strony oocytu jak i komórek warstwy ziarnistej. Zmiany prowadzące do powstania pęcherzyka

Rozdział 19

236

pęc herzyk pierw otn y pęcherzyk pierwotn otny

oocyt komórka zrębu komórki pęcherzykowe

powstająca błona przejrzysta pęc herzyki wzr astające pęcherzyki wzrastające błona przejrzysta warstwa ziarnista powstająca osłonka pęcherzyka

pęc herzyk dojrz ewający pęcherzyk dojrze

powstająca jama pęcherzyka warstwa wewnętrzna osłonki warstwa zewnętrzna osłonki komórki warstwy ziarnistej

pęc herzyk dojrzały (Gr aaf a) pęcherzyk (Graaf aafa)

warstwa zewnętrzna osłonki warstwa wewnętrzna osłonki jama pęcherzyka warstwa ziarnista wieniec promienisty wzgórek jajonośny

Ryc. 19.1. Dojrzewanie pęcherzyków jajnikowych.

Układ płciowy żeński

237

Ryc. 19.2. Oogeneza.

dojrzewającego, polegają z jednej strony na dalszym wzroście warstwy ziarnistej i pojawieniu się jamki pomiędzy komórkami tej warstwy, a z drugiej strony na zmianach w zrębie otaczającym pęcherzyk, które prowadzą do wytworzenia się osłonki pęcherzyka (theca folliculi). W osłonce pęcherzyka wyodrębnia się następnie warstwa wewnętrzna (tunica interna) bogata w komórki i naczynia włosowate, oraz warstwa zewnętrzna (tunica externa) zawierająca głównie tkankę łączną. Pęcherzyk dojrzewający posiada wewnątrz warstwy ziarnistej wyraźną jamę pęcherzyka, do której wpukla się komórka jajowa otoczona przez komórki ziarniste, a warstwa zewnętrzna osłonki pęcherzyka jest znacznie bardziej wykształcona niż w pęcherzyku wzrastającym. Komórka jajowa także wzrasta, rozbudowuje się AG podobnie jak RER. Pęcherzyk dojrzały zwany także pęcherzykiem Graafa, osiąga średnicę około 1 cm i może być widoczny jako wypuklenie powierzchni jajnika. W wyniku gromadzenia się płynu jama pęcherzyka jeszcze bardziej się powiększa, a komórka jajowa zawieszona jest w niej w otoczeniu komórek ziarnistych, które razem z komórką jajową tworzą tzw. wzgórek jajonośny. Komórki ziarniste bezpośrednio

238

Rozdział 19

otaczające komórkę jajową, a więc stykające się z błoną przejrzystą mają kształt walcowaty i tworzą dookoła oocytu układ określany jako wieniec promienisty (corona radiata). Natomiast pozostałe komórki warstwy ziarnistej tworzą stosunkowo cienką warstwę otaczającą jamę pęcherzyka. Ostateczny stopień dojrzałości osiąga u kobiet co 28 dni tylko jeden pęcherzyk, a efektem tego jest jego pęknięcie i uwolnienie komórki jajowej wraz z błoną przejrzystą i wieńcem promienistym do jamy otrzewnowej a stąd do jajowodu. Proces ten nosi nazwę jajeczkowania inaczej owulacji. Czynnikiem, który powoduje owulację, a przedtem osiągnięcie ostatetcznej dojrzałości komórki jajowej, przez zakończenie pierwszego podziału redukcyjnego jest hormon przysadkowy LH. Podział redukcyjny oocytu jest asymetryczny, wprawdzie chromosomy dzielone są równo, ale cytoplazmę „zatrzymuje” tylko jedna komórka (oocyt II rzędu), przez co druga jest bardzo małą komórką określaną jako pierwsze ciałko kierunkowe. Powstały w wyniku pierwszego podziału redukcyjnego, jeszcze wewnątrz pęcherzyka, oocyt II rzędu rozpoczyna drugi podział redukcyjny, który jednak zatrzymuje się w metafazie. Drugi podział redukcyjny i powstanie drugiego ciałka kierunkowego zachodzi tylko po zapłodnieniu komórki jajowej. Jajeczkowanie, którego czynnikiem wyzwalającym jest znaczny wzrost stężenia we krwi hormonu luteinizującego – LH, następuje prawdopodobnie w wyniku działania nakładających się różnych czynników tj. wzrost ciśnienia płynu pęcherzykowego, osłabienia ściany pęcherzyka przyciśniętej do błony białawej i wskutek tego pozbawienia dopływu krwi do osłonki jajnika w miejscu zetknięcia z błoną białawą, oraz wzrost aktywności enzymów proteolitycznych – kolagenazy i plazminy. Ma także odgrywać rolę skurcz komórek mięśniówki gładkiej obecnych w zrębie jajnika otaczającego pęcherzyk. W wyniku pęknięcia pęcherzyka i uwolnienia się z niego komórki jajowej oraz płynu pęcherzykowego, warstwa ziarnista i otoczka ulegają zapadnięciu i pofałdowaniu, a do wnętrza wynaczynia się krew. Powstaje w efekcie tzw. ciałko krwotoczne. Skrzepłą krew przerasta następnie tkanka łączna, a wraz z nią proliferujące komórki warstwy ziarnistej, które przybierają postać komórek luteinowych. Cytoplazma tych komórek zawiera żółty barwnik – lipochrom przez co ciałko krwotoczne ostatecznie przekształca się w ciałko żółte (corpus luteum). Komórki osłonki, jej warstwy wewnętrznej także proliferują i z obwodu wnikają pasmami pomiędzy komórki luteinowe, nazywamy je komórkami paraluteinowymi. Są one mniejsze i ciemniejsze od luteinowych. Oba rodzaje komórek ciałka żółtego: luteinowe i paraluteinowe, mają ultrastrukturę charakterystyczną dla komórki wydzielającej steroidy. Mają bowiem silnie rozbudowaną SER a ich mitochondria posiadają grzebienie w postaci cewek. Ciałko żółte to okresowo funkcjonujący gruczoł dokrewny produkujący głównie progesteron, ale również estrogeny. W wyniku spadku stężenia hormonu przysadkowego LH, którego działanie powoduje rozwój i aktywność ciałka żółtego, dochodzi do jego zaniku i zwłóknienia i w efekcie powstaje ciałko włókniste (corpus fibrosus). Jak powiedziano ciałko żółte to okresowo działający gruczoł dokrewny, a okres jego aktywności zależy od tego czy komórka jajowa zostanie zapłodniona czy nie. Jeśli nie zostanie zapłodniona to ciałko żółte działa jedynie ok. 14 dni i nazwane jest ciałkiem żółtym menstruacyjnym, natomiast po zapłodnieniu ciałko żółte jako ciążowe (graviditatis) trwa przez całą ciążę, przy czym największy rozwój osiąga pod koniec 3 miesiąca, następnie ulega stopniowemu zanikowi aż do porodu. Funkcjonowanie ciałka żółtego ciążowego podtrzymywane jest przez gonadotropinę produkowaną przez łożysko (ryc. 19.2). Ciałko żółte ciążowe obok hormonów steroidowych: głównie progesteronu oraz estrogenów wydziela także hormon

Układ płciowy żeński

239 ciąża

LH

LH

HCG•LH

ml E/ml Plasma

LH

stężenie gonadotropin w osoczu

FSH

Progestron ng/ml

stężenie progestronu w osoczu

ng/ml

stężenie estradiolu w osoczu

dni cyklu jajnikowego

dojrzewanie

ciałko żółte

ciałko włókniste

ciałko żółte ciążowe zapłodnienie

faza wzrostu

faza wydzielania

faza złuszczania

ciąża

Ryc. 19.2. Cykl jajnikowy. Zmiany stężenia hormonów w cyklu jajnikowym i na początku ciąży (górna część ryciny) – str. 206. HCG•LH – gonadotropina łożyskowa. Zmiany w jajniku i błonie śluzowej macicy (dolna część ryciny).

240

Rozdział 19

polipeptydowy relaksynę, który hamuje skurcz mięśniówki macicy, jest więc antagonistą oksytocyny, hormonu przysadkowego powodującego skurcz mięśni macicy, ma także wpływać na tkankę łączną miednicy ciężarnej kobiety. Jak już wspomniano tylko jeden z wielu pęcherzyków dojrzewa w ciągu 28 dni. Tak więc znaczna część pęcherzyków obecnych w jajniku zanika. Zanik ten, który następować może w różnych fazach rozwoju pęcherzyków nazywany jest ich atrezją. Natomiast przebieg zaniku zależy od tego w jakim stadium się zaczyna. Pęcherzyk pierwotny zanika nie pozostawiając śladu. Zanik pęcherzyka wzrastającego jest podobny chociaż trwa dłużej. Zanikanie bardziej zaawansowanych w rozwoju pęcherzyków trwa znacznie dłużej, a ponadto pozostają po nich komórki warstwy wewnętrznej osłonki, tworząc gruczoł śródmiąższowy jajnika, produkujący u ludzi estrogeny. Atrezja przebiega z udziałem makrofagów. Jajnik jest miejscem dojrzewania komórek jajowych, które wydalane są drogą jajeczkowania, jest on jednocześnie gruczołem dokrewnym, którego aktywność jest pod kontrolą układu przysadkowo-podwzgórzowego i wykazuje cykliczne zmiany, w cyklu zwanym cyklem jajnikowym lub miesiączkowym (ryc. 19.2). Cykliczne zmiany w produkcji hormonów są przyczyną również cyklicznych zmian w stanie innych narządów płciowych wewnętrznych, szczególnie błony śluzowej macicy, ale mają także, mniejszy lub większy wpływ na cały organizm kobiety. W pierwszej połowie cyklu, trwającego około 28 dni, a więc przez około 14 dni jajnik wydziela głównie estrogeny. Produkowane są one przez komórki warstwy ziarnistej pęcherzyków jajnikowych. Uważa się, że estrogeny (najaktywniejszy z nich 17-beta-estradiol) powstają w komórkach ziarnistych przez przekształcenie testosteronu produkowanego przez komórki warstwy wewnętrznej osłonki jajnika. Produkcja tych hormonów odbywa się pod wpływem przysadkowego hormonu folitropiny (FSH). Wzrost stężenia estrogenów we krwi trafiającej do podwzgórza w mózgu i przysadki powoduje zahamowanie produkcji FSH oraz pobudzenie produkcji innego hormonu przysadkowego lutropiny – LH. Nagły wzrost stężenia tego hormonu we krwi docierającej do jajnika powoduje, o czym już wspomniano, proces jajeczkowania. Ma to miejsce w połowie cyklu i stanowi zakończenie fazy zwanej estrogenową. W drugiej połowie cyklu powstające ciałko żółte podejmuje, poprzez swoje komórki luteinowe produkcję progesteronu, dlatego druga część cyklu odpowiada fazie progesteronowej. W fazie tej produkowane są jednak również, przez komórki paraluteinowe ciałka żółtego, pewne ilości estrogenów. Wysokie stężenie progesteronu we krwi docierającej do podwzgórza i przysadki powoduje zahamowanie produkcji LH i zanikanie czynności ciałka żółtego, a przez to zahamowanie fazy progesteronowej co wywołuje fazę złuszczania. Rdzeń jajnika, który w przeciwieństwie do kory nie podlega tak dramatycznym zmianom, zbudowany jest z tkanki łącznej oraz zawiera bardzo liczne naczynia. Wydalona w czasie jajeczkowania komórka jajowa trafia do jamy otrzewnowej, ale miejscem jej przeznaczenia jest jajowód.

19.2. JAJOW”D Jajowód to przewód długości ok. 12 cm, którego ścianę tworzą 3 warstwy: śluzowa, mięśniowa i surowicza. Błona śluzowa ma podłużne fałdy i pokryta jest jednowarstwowym nabłonkiem walcowatym, zawierającym dwa rodzaje komórek. Jedne z nich mają migawki,

Układ płciowy żeński

241

nazywane są komórkami urzęsionymi, drugie to komórki wydzielnicze, bez migawek. Produkt komórek wydzielniczych ma mieć znaczenie dla odżywiania komórki jajowej. Obok tych komórek obserwuje się w nabłonku jajowodu mniej liczne komórki klinowe i podstawne (niezróżnicowane). Blaszka właściwa błony śluzowej zawiera tkankę łączną wiotką z licznymi fibroblastami, makrofagami, komórkami tucznymi, występują tu także pojedyncze komórki mięśniówki gładkiej. Blaszka właściwa zawiera liczne naczynia i nerwy. Spoczywa ona bezpośrednio na błonie mięśniowej, którą tworzą dwie warstwy komórek mięśniówki gładkiej – wewnętrzna o układzie komórek okrężnym i zewnętrzna o układzie podłużnym. Błona surowicza jajowodu to cienka warstwa tkanki łącznej luźnej pokryta nabłonkiem jednowarstwowym płaskim. W jajowodzie wyróżnia się 4 części: 1. lejek jajowodu od strony ujścia brzusznego, jest postrzępiony i tworzy tzw. strzępki jajowodu, które w czasie jajeczkowania pokrywają jajnik, dzięki czemu jajo trafia do jajowodu; 2. bańka jajowodu, jego najdłuższa i najszersza część, której błona śluzowa tworzy liczne fałdy; 3. cieśń; 4. część maciczna, zwana śródścienną otwierająca się do jamy macicy. Funkcja jajowodu to wychwycenie komórki jajowej oraz stworzenie środowiska do jej zapłodnienia, co zachodzi zwykle w bańce, a także utrzymanie powstałej zygoty i przeniesienie jej do jamy macicy. W przemieszczaniu komórki jajowej oraz powstałej zygoty, w kierunku jamy macicy uczestniczą migawki nabłonka oraz skurcze mięśniówki jajowodu, znacznie nasilone w okresie po jajeczkowaniu. Nasilanie się aktywności motorycznej jajowodów w okresie jajeczkowania jest wyrazem ich reagowania na zmiany stężeń hormonów związane z cyklem jajnikowym.

19.3. MACICA Macica ma kształt gruszkowaty, zasadnicza jej część to szeroki trzon oraz zwężająca się szyjka łącząca się z pochwą. Względnie grubą ścianę macicy tworzą 3 warstwy: błona śluzowa (endometrium), błona mięśniowa (myometrium) oraz błona surowicza (perimetrium). Błonę śluzową macicy tworzy nabłonek i blaszka właściwa zawierająca gruczoły maciczne. Nabłonek jest jednowarstwowy walcowaty, zawiera komórki urzęsione oraz wydzielnicze. Podobny nabłonek, chociaż ma mniej komórek urzęsionych tworzy gruczoły, które są cewkowymi nierozgałęzionymi. Gruczoły otacza tkanka łączna, zawierająca głównie włókna siateczkowe oraz liczne naczynia krwionośne. Błona śluzowa macicy ulega zmianom zgodnie z fazami cyklu jajnikowego, przy czym ulega im przede wszystkim, włącznie ze złuszczeniem, warstwa wierzchnia błony określana jako czynnościowa, natomiast dolna warstwa błony zwana podstawną, zawierająca dna gruczołów macicznych złuszczeniu nie ulega. Zmiany zachodzące w błonie śluzowej macicy zależnie od cyklu jajnikowego (ryc. 19.2) dzieli się na 3 zasadnicze okresy:

242

Rozdział 19

Ryc.19.3. Błona śluzowa trzonu macicy, wczesne stadium sekrecji. G – bruzda, Ep – nabłonek, C – warstwa zbita, S – warstwa gąbczasta, F – warstwa czynnościowa, B – warstwa podstawna, E – błona śluzowa macicy (endometrium), My – mięśniówka macicy (myometrium), St – zrąb, UG – gruczoły maciczne, CA – tętniczki spiralne, Ba – część podstawna gruczołu, CoL – zatoka zbierająca, EV – żyły błony śluzowej, BA – tętniczki podstawne (proste), CL – zatoka łącząca, CN – siatka naczyń włosowatych, RA – tętniczka promienista, AA – tetnica łukowata, AV – żyła łukowata, Bu – pęczek mięśniowy, N – szyjka gruczołu, Bo – trzon gruczołu.

Układ płciowy żeński

243

1. fazę wzrostu odpowiadającą fazie estrogenowej, którą cechuje silny wzrost błony śluzowej po złuszczeniu, odbudowa gruczołów i nabłonka z pozostałych w warstwie podstawnej części gruczołów macicznych; 2. fazę wydzielania, odpowiadającą fazie progesteronowej, którą charakteryzują głównie zmiany w gruczołach, polegające na ich poszerzeniu i poskręcaniu. Błona śluzowa osiąga największą grubość, ok. 5 mm. W fazie tej proliferacja jest niewielka natomiast następuje gromadzenie wydzieliny w gruczołach oraz rozpulchnienie błony śluzowej; 3. fazę złuszczania, którą poprzedza bezpośrednio okres skurczu naczyń w błonie śluzowej co prowadzi do jej niedokrwienia, następnie dochodzi do gwałtownego rozkurczu naczyń, pękania ich ścian na granicy warstwy czynnościowej i podstawnej. Faza ta trwa 3–5 dni, a wywołuje ją nagły spadek stężenia hormonów wydzielanych przez jajnik. Opisane wyżej zmiany dotyczą błony śluzowej trzonu, natomiast błona śluzowa szyjki złuszczaniu nie ulega, chociaż w pewnym zakresie reaguje na zmiany poziomu hormonów. Gruczoły błony śluzowej szyjki macicy są w przeciwieństwie do gruczołów w trzonie silnie rozgałęzione. W okresie ciąży produkują znaczne ilości śluzu, który tworzy barierę chroniącą jamę macicy. Błona mięśniowa macicy jest najgrubszą warstwą ściany. Tworzą ją pęczki komórek mięśniówki gładkiej rozdzielone tkanką łączną. Wyróżniamy 3 warstwy: 1. warstwa podśluzowa zawierająca pęczki komórek mięśniowych ułożone podłużnie; 2. warstwa naczyniowa, zawierająca dużą ilość naczyń, najgrubsza, ma pęczki komórek mięśniowych ułożone okrężnie lub skośnie; 3. warstwa nadnaczyniowa cieńsza niż poprzednia, zawiera mięśniówkę o układzie podłużnym. Warstwy te są trudne do rozgraniczenia w preparacie histologicznym. W okresie ciąży zachodzi zarówno hypertrofia (przerost) jak i hyperplasia (rozplem) komórek mięśniówki macicy. Mięsień macicy odgrywa zasadniczą rolę w okresie porodu, dlatego też istotną rolę mają czynniki wpływające na jego kurczliwość. Zmniejszenie kurczliwości powodują progesteron i relaksyna natomiast skurcz wywołuje oksytocyna, przy czym działaniu tego hormonu sprzyjają estrogeny. Skurcze macicy mogą spowodować prostaglandyny E1 oraz F2 alfa.

19.4. POCHWA Pochwa (vagina) jest kanałem włóknisto-mięśniowym łączącym macicę z przedsionkiem, otoczonym narządami płciowymi zewnętrznymi. W ścianie pochwy można wyróżnić 3 warstwy: 1) błoną śluzową; 2) błonę mięśniową; 3) błonę zewnętrzną czyli przydankę. Błonę śluzową pochwy tworzą nabłonek wielowarstwowy płaski nierogowaciejący oraz blaszka właściwa. W błonie śluzowej pochwy nie występują gruczoły. Blaszkę właściwą tworzy tkanka łączna, która szczególnie pod nabłonkiem jest dość zbita. Błonę mięśniową tworzą pęczki komórek mięśniówki gładkiej ułożone nieregularnie, zarówno podłużnie jak i okrężnie. Przydankę pochwy tworzy tkanka łączna, zawierająca dużo włókien sprężystych.

244

Rozdział 19

Nabłonek pochwy ulega zmianom zgodnie z cyklem hormonalnym – jajnikowym. Zmiany te dotyczą: zwiększonej proliferacji co prowadzi do zwiększenia grubości nabłonka, zmiany barwliwości cytoplazmy komórek powierzchniowych, zwiększenia ilości glikogenu w komórkach. W fazie estrogenowej komórki powierzchniowe ulegają częściowemu rogowaceniu co objawia się zmianą ich barwliwości – wzrost eozynofilii (kwasochłonności). W fazie progesteronowej liczba komórek kwasochłonnych spada, pojawiają się naciekające nabłonek leukocyty. Zmiany te wykorzystywane są w cytologii klinicznej (eksfoliatywnej) do oceny, drogą wymazów pochwowych i ich barwienia, stanu hormonalnego kobiety.

19.5. NARZ•DY P£CIOWE ZEWN TRZNE Wargi sromowe większe utworzone są przez fałdy skórne, natomiast wargi sromowe mniejsze to także fałdy skórne, lecz mniejsze i pokryte skórą nieowłosioną, zawierają jednak gruczoły potowe i łojowe. Łechtaczka jest odpowiednikiem prącia u mężczyzn, występują w niej dwa ciała jamiste. Przedsionek pochwy to przestrzeń ograniczona przez wargi sromowe mniejsze. W przedsionku poniżej łechtaczki znajduje się ujście cewki moczowej, a pod nim ujście pochwy. W przedsionku pochwy położone są gruczoły przedsionkowe mniejsze (liczne) oraz dwa gruczoły przedsionkowe większe (Bartholina). Te pierwsze to gruczoły cewkowe wydzielające śluz, drugie są cewkowo-pęcherzykowe. Gruczoły przedsionkowe odpowiadają męskim gruczołom cewkowo-opuszkowym.

TKANKA NERWOWA

20

Zasadniczym składnikiem tkanki nerwowej są wysoko wyspecjalizowane komórki – neurocyty, które łącząc się ze sobą nieraz bardzo długimi wypustkami tworzą zintegrowaną sieć obejmującą swoim zasięgiem cały organizm. Anatomicznie tkanka nerwowa tworzy ośrodkowy układ nerwowy (OUN) oraz obwodowy układ nerwowy. Zarówno w OUN jak i układzie obwodowym obok komórek nerwowych występują komórki glejowe, które wobec komórek nerwowych pełnią funkcje ochronne i odżywcze. Zasadnicza funkcja tkanki nerwowej, tworzącej układ nerwowy to: 1. odbieranie, przekazywanie i analizowanie bodźców ze środowiska zewnętrznego; 2. kierowanie, w sposób skoordynowany, działalnością motoryczną oraz czynnością narządów wewnętrznych, w tym gruczołów dokrewnych, a także aktywnością psychiczną.

20.1. NEURONY Jednostką strukturalno-czynnościową tkanki nerwowej jest neuron (ryc. 20.1). Tworzy ją komórka nerwowa wraz ze swymi wypustkami. Zasadnicze części neuronu to: 1. cytoplazma otaczająca jądro neurocytu, czyli ciało komórki (perykarion); 2. wypustki protoplazmatyczne (dendryty) w liczbie jedna lub więcej; 3. wypustka osiowa (akson, neuryt) zwykle pojedyncza, na końcu często rozgałęziona i kolbkowato rozszerzona. Neurony wykazują czynnościowe spolaryzowanie, gdyż dendryty przewodzą impulsy do ciała komórki a neuryty od ciała komórki na obwód. Wykazują znaczne zróżnicowanie co do wielkości i kształtu. Wielkie neurony mogą mieć wielkość do 150 µm, zaś małe tylko 4–5 µm. Ze względu na kształt dzielimy neurony na: 1. wielobiegunowe, posiadające więcej niż jeden dendryt; najbardziej rozpowszechniony typ neuronu; 2. dwubiegunowe, posiadające jeden dendryt, występujące w nabłonkach zmysłowych; 3. pozornie jednobiegunowe, posiadające jedną wypustkę, która po krótkim przebiegu rozgałęzia się w kształt litery T. Komórki te powstają w wyniku przekształcenia się komórek dwubiegunowych, tak więc pojedyncza wypustka to leżące obok siebie dendryt i neuryt. Ze względu na funkcję neurony dzielimy na: 1. motoryczne, czyli ruchowe kierujące funkcją narządów i mięśni;

Rozdział 20

246

2. czuciowe, odbierające i przekazujące bodźce ze środowiska zewnętrznego i wnętrza ciała; 3. wstawkowe, łączące różne zespoły neuronów, pełniące więc funkcje kojarzeniowe. dendryty kierunek impulsu nerwowego

synapsa tigroid akson oligodendrocyt

ciało neuronu (perykarion) podstawa aksonu osłonka mielinowa odgałęzienie aksonu ośrodkowy układ nerwowy

kierunek przebiegu impulsu nerwowego

komórka Schwanna

obwodowy układ nerwowy

odgałęzienie aksonu

płytki nerwowo-mięśniowe (motoryczne)

Ryc. 20.1. Neuron wielobiegunowy (ruchowy).

20.1.1. CIA£O KOM”RKI NERWOWEJ Ciało komórki nerwowej czyli perykarion tworzy cytoplazma otaczająca jądro komórki nerwowej. W ośrodkowym układzie nerwowym ciała neuronów znajdują się w istocie szarej, podczas gdy wypustki neuronów tworzą istotę białą. Perykarion jest z jednej strony

Tkanka nerwowa

247

centrum metabolicznym neuronu, ale z drugiej strony uczestniczy w odbieraniu i gromadzeniu impulsów nerwowych. Jądro komórki nerwowej jest zwykle okrągłe, duże i położone centralnie. Przeważa chromatyna w formie rozproszonej (euchromatyna) co związane jest z jej znaczną aktywacją. Wyrazem dużej aktywności cytoplazmy jest natomiast znacznie rozbudowana siateczka śródplazmatyczna szorstka. Agregaty błon pokrytych rybosomami przyjmują w MŚ postać zasadochłonnych ziarnistości nazywanych tigroidem lub ciałkiem Nissla. Ilość tych ziarnistości jest zmienna i zależy od stanu czynnościowego neuronu. W wypadku jego uszkodzenia lub wyczerpania dochodzi do znacznego zmniejszenia ilości ziaren tigroidu, co określa się jako chromatolizę. AG zlokalizowany jest dookoła jądra i tworzy go zwykle kilka diktiosomów. Perykarion zawiera liczne mitochondria. W cytoplazmie ciała komórki jak i w wypustkach znajdują się także liczne włókienka pośrednie o średnicy 10 nm, zwane neurofilamentami. Włókienka te agregując w wyniku czynników utrwalających używanych do przygotowania preparatu histologicznego dają obraz neurofibryli. Obecne są także mikrotubule o średnicy 24 nm, podobne do tych jakie spotyka się w innych komórkach organizmu. W ciele komórki spotyka się także wtręty w postaci ziaren barwnika oraz ziaren lipofuscyny.

20.1.2. WYPUSTKI PROTOPLAZMATYCZNE (DENDRYTY) Większość neuronów ma liczne i niekiedy bardzo rozgałęzione dendryty. Zwiększają one znacznie powierzchnię kontaktu z innymi neuronami, gdyż na dendrytach kończą się ich aksony. Dendryty komórki gruszkowatej kory móżdżku mogą tworzyć do 200 000 takich połączeń. Cytoplazma dendrytu jest pod względem zawartości zbliżona do cytoplazmy ciała neuronu, są w niej zarówno mitochondria jak i tigroid, natomiast nie ma struktur AG. Dendryty zawierają zarówno neurofilamenty jak i mikrotubule. Dendryty są zwykle krótkie i rozgałęziają się podobnie jak drzewo, stąd ich nazwa (gr. dendron = drzewo). Pokryte są kolcowatymi wypustkami, które stanowią miejsca kontaktu z wypustkami innych neuronów. Dendryty przewodzą do ciała komórki.

20.1.3. WYPUSTKI OSIOWE (AKSONY, NEURYTY) Neuron posiada tylko jeden akson. Długość aksonu może być różna, bywają krótkie, ale również bardzo długie dochodzące do 100 cm. Średnica ich też może być różna, ale w przeciwieństwie do dendrytu, na całej długości jest jednakowa. Miejsce odejścia aksonu od ciała komórki zwane podstawą aksonu nie zawiera tigroidu, natomiast zawarte w niej mikrotubule ułożone są w pęczki. Cytoplazmę zawartą w aksonie nazywa się aksoplazmą, a błonę pokrywającą aksolemą. Akson rozgałęzia się dopiero na końcu, ale może dawać, niedaleko od swej podstawy pojedyncze odgałęzienia, odchodzące pod kątem prostym, które nazywane są kolateralami. Aksoplazma zawiera niewiele mitochondriów i neurofilamentów oraz mikrotubuli. Poprzez aksony mogą być transportowane na obwód neuronu (transport aksonalny ortodromowy) produkty syntez zachodzących w perikarionie; z obwodu do perikarionu (transport aksonalny antydromowy) mogą podle-

Rozdział 20

248

gać transportowi czynniki wzrostu (np. NGF), toksyny bakteryjne oraz wirusy. Aksony przewodzą impulsy od ciała komórki do zakończenia aksonu, które ma postać kolbkowatego rozszerzenia. Tym kolbkowatym rozszerzeniem styka się akson z innym neuronem tworząc z nim połączenie nazywane synapsą.

B.

A. stożek odejścia aksonu

dendryty osłonka mielinowa

duże stężenie kanałów sodowych

niskie stężenie kanałów sodowych

D.

C. Przekazanie pobudzenia neuron presynaptyczny po

cz

te

yn

nc

no

glut

Powrót do stanu wyjściowego

fuzja ja

śc

glut

ł

iow

y

antiport glut

Glut

glut

neuron postsynaptyczny

depolaryzacja

otwarcie kanałów

repolaryzacja

receptory glut zamkniete

Ryc. 20.2. Synapsa w OUN. A. Ciało neuronu i jego dendryty pokryte mieszniną synaps pobudzających i hamujących. B. Elektronogram synapsy. Pęcherzyki synaptyczne wybarwione na zielono. C. Przekazanie pobudzenia synaptycznego w synapsie pobudzającej w OUN. Presynaptyczny potencjał czynnościowy otwiera kanały wapniowe bramkowane napięciem. Wejście jonów wapnia wywołuje fuzje pęcherzyków synaptycznych zawierających glutaminian (glut) z błoną presynaptyczną. Glutaminian związany z postsynaptycznymi receptorami AMPA wywołuje powstanie lokalnego postsynaptycznego potencjału czynnościowego. D. Powrót ze stanu pobudzenia obejmuje odzyskanie glutaminianu przez presynaptyczny symporter Na+/glutaminia i koncentrację glutaminianu w pęcherzykach synaptycznych przez antyport H+/glutaminian.

Tkanka nerwowa

249

20.1.4. SYNAPSA Najczęściej synapsy są tworzone pomiędzy aksonami i dendrytami (aksono-dendrytyczne) oraz pomiędzy aksonami i ciałem komórki (aksono-somatyczne). Bywają jednak także synapsy pomiędzy dendrytami (dendryto-dendrytyczne) i pomiędzy aksonami (aksono-aksonalne). Miejsce połączenia neuronów, które nazywamy synapsą ma specyficzne cechy morfologiczne widoczne w ME (ryc. 20.2). Kolbkowate rozszerzenie aksonu, które nazywamy kolbką synaptyczną, zawiera mitochondria, brakuje natomiast neurofilamentów. Widoczne są w kolbce synaptycznej pęcherzyki, różnej wielkości (20–65 nm), które nazywane są pęcherzykami synaptycznymi. Błona komórkowa kolbki od strony zetknięcia się z drugim neuronem jest zgrubiała i nazywamy ją błoną presynaptyczną. Leżąca naprzeciwko niej błona drugiego neuronu, zwana błoną postsynaptyczną jest także zgrubiała. Błony te oddziela szczelina, zwana synaptyczną szerokości 20 nm. Przekazywanie impulsów nerwowych poprzez synapsę odbywać się może za pomocą substancji chemicznych zwanych neuroprzekaźnikami (neurotransmiterami). Synapsy takie nazywamy synapsami chemicznymi. Jest to najczęstszy rodzaj synaps. Istnieją także synapsy zwane elektrycznymi, które nie wykorzystują neurotransmiterów. Błony synaptyczne połączone są wtedy złączami szczelinowatymi (nexus). Neurotransmiter zawarty jest w pęcherzyku synaptycznym i gdy impuls nerwowy dotrze do kolbki synaptycznej zawartość pęcherzyka, a więc neurotransmiter, drogą egzocytozy trafia do szczeliny synaptycznej, gdzie neurotransmiter łączy się z receptorami na błonie postsynaptycznej w wyniku czego powstaje impuls nerwowy w drugim neuronie. Nadmiar neurotransmitera jest szybko usuwany. W przypadku najczęściej występującego neurotransmitera – acetylocholiny, jej nadmiar usuwany jest przez hydrolizę pod wpływem enzymu obecnego w szczelinie synaptycznej – acetylocholinoesterazy. Proces uwalniania i usuwania neurotransmitera może być powtarzany nawet 100 razy na sekundę. Inne neurotransmitery poza acetylocholiną to noradrenalina, kwas gamma-aminomasłowy (GABA), kwas glutaminowy, dopamina, serotonina i glicyna. Kwas gamma-aminomasłowy jest neurotransmiterem synaps hamujących, podobnie glicyna i serotonina. Proces przekazywania impulsu nerwowego przez synapsę może ulegać modulowaniu pod wpływem substancji zwanych neuromodulatorami (tabela 21.2). Mają one charakter peptydów i mogą działać zarówno w części presynaptycznej jak i w części postsynaptycznej nasilając lub hamując działanie neuroprzekaźnika.

20.2. W£”KNA NERWOWE Na swoim przebiegu od ciała komórki do zakończenia tworzącego synapsę, aksony są zwykle otoczone przez osłonki. Jednak w OUN wiele aksonów nie posiada osłonki i biegnie jako wolne pomiędzy neuronami i komórkami gleju. Akson wraz z osłonkami tworzy włókno nerwowe. Włókna nerwowe dzielimy na włókna mielinowe i bezmielinowe.

Rozdział 20

250

B.

A.

komórka glejowa mitochondrium

synaptyczne pęcherzyki

zakończenia nerwów neurofilament

błona podstawna

mikrotubole

po ten cja ł cz

fuzja

yn no

endocytoza

śc w io y bramkowane napięciem

acetylocholin esteraza

potencja

ł

c

n zyn

ośc

C. Przekazanie pobudzenia

iow

y

zaknięcie kanału po oddzieleniu ACh

D. Powrót do stanu spoczynku

Ryc. 20.3. Połączenie nerwowo-mięśniowe. A. Obraz z mikroskopu skanującego nerwu motorycznego i mięśnia szkieletowego przez niego unerwianego. B. Elektronogram połączenia nerwowomięśniowego żaby. C. Przekaz synaptyczny pobudzający. Nerwowy potencjał czynnościowy otwiera kanały wapniowe bramkowane napięciem. Wejście jonów wapnia wywołuje fuzje pęcherzyków synaptycznych zawierających acetylocholiną (Ach) z błoną presynaptyczną. ACh wiąże i otwiera kanały postsynaptyczne na komórce mięśniowej co wzbudza w niej potencjał czynnościowy. D. Powrót do stanu wyjściowego obejmuje hydrolizę ACh, recykling błon pęcherzyków synaptycznych oraz wypełnienie pęcherzyków synaptycznych nowo zsyntetyzowaną ACh.

Tkanka nerwowa

251

20.2.1. W£”KNA MIELINOWE W tego typu włóknach akson otoczony jest wieloma warstwami błon lipidowych przedzielonych warstwami białkowymi, które tworzą osłonkę zwaną mielinową. W OUN osłonka mielinowa powstaje w wyniku wielokrotnego nawinięcia się wypustki komórki oligodendrogleju (patrz niżej) na akson, przy czym jedna komórka glejowa może tworzyć tą osłonkę na wielu aksonach. W obwodowym układzie nerwowym osłonka mielinowa tworzona jest przez układające się wzdłuż aksonu komórki glejowe zwane lemocytami lub komórkami Schwanna. Tworzenie osłonki mielinowej przez lemocyty odbywa się w ten sposób, że komórka ta otacza akson, który jakby się zapada w lemocyt, a błona komórkowa lemocyta otacza akson tworząc przy tym podwójną blaszkę zwaną mezaksonem (ryc. 20.4). W wyniku nie zupełnie wyjaśnionego mechanizmu dochodzi do obracania się wzajemnego aksonu i lemocytu w wyniku czego mezakson nawija się wielokrotnie na akson tworząc w ten sposób właśnie osłonkę mielinową. Osłonka mielinowa zarówno w OUN jak i obwodowym wykazuje na przebiegu włókna przerwy, zwane węzłami (Ranviera). W OUN są to prawdziwe przerwy, gdyż w tym miejscu akson jest odsłonięty, natomiast w układzie obwodowym lemocyty łączą się w tym miejscu palczasto pokrywając bez mieliny odcinek aksonu. Odległość pomiędzy węzłami we włóknach w układzie obwodowym odpowiada długości lemocytu pokrywającego akson, wynosi ona 0,08–1 mm. Lemocyt, co wynika z opisu tworzenia się osłonki mielinowej wytwarza ją na jednym tylko aksonie.

lemocyt akson

mezakson

mezakson wewnętrzny

mezakson zewnętrzny

Ryc. 20.4. Tworzenie osłonki mielinowej w obwodowym układzie nerwowym.

Rozdział 20

252

20.2.2. W£”KNA BEZMIELINOWE W OUN obok włókien mielinowych zwanych także rdzennymi, występują aksony pozbawione osłonek, a więc bezosłonowe. Natomiast w obwodowym układzie nerwowym występują wprawdzie też aksony bez osłonki mielinowej, ale są one pokryte osłonką z lemocytów. Nazywamy te włókna bezmielinowymi. W tych włóknach akson zatopiony jest jakby w lemocycie i otoczony przez pojedynczą błonę tej komórki, przy czym zwykle jeden lemocyt otacza kilka aksonów. Nie mają te włókna węzłów Ranviera, gdyż lemocyty ściśle stykając się ze sobą tworzą ciągłą osłonkę. Do włókien bezmielinowych należą najmniejsze włókna czuciowe i włókna zazwojowe układu autonomicznego. Włókna nerwowe zależnie od właściwości w przewodzeniu dzielimy na 3 typy: A, B i C (tabela 20.1).

Tabela 20.1. Rodzaje włókien obwodowych. Rodzaj włókna

A I

Średnica

12–20 µm

5–20 µm

B

C

II

III

IV

5–12 µm

2–5 µm

0,1–1,5 µm

Szybkość przewodzenia

30–120 m/s 70–120 m/s 30–70 m/s

5–30 m/s

0,5–2 m/s

Typy receptorów

płytki nerwowomięśniowe

mechanoreceptory i introreceptory dużej średnicy

termoreceptory, nocyreceptory (receptory bólu), mechanorece– ptory i interoreceptory małej średnicy

Typ A to włókna mielinowe o dużej średnicy i długich odległościach międzywęzłowych przewodzące impulsy nerwowe z dużą szybkością (15–100 m/s). Typ B to włókna mielinowe o mniejszej średnicy i mniejszych odległościach międzywęzłowych, przewodzące impulsy nerwowe ze średnią szybkością (3–14 m/s). Typ C to cienkie włókna bezmielinowe wolno przewodzące impulsy nerwowe (0,5–2 m/s).

20.3. NERWY Nerwy to nagromadzenie włókien nerwowych wraz z towarzyszącą im tkanką łączną. Nerwy stanowią istotny element obwodowego układu nerwowego. Włókna tworzące nerw mogą być włóknami mielinowymi lub bezmielinowymi, posiadającymi osłonkę jedynie z lemocytów. Natomiast z punktu widzenia czynnościowego mogą to być włókna ruchowe (odśrodkowe) lub czuciowe (dośrodkowe), przy czym nerw może zawierać jeden rodzaj włókien lub różne ich rodzaje.

Tkanka nerwowa

253

Tkankę łączną otaczającą poszczególne włókna nerwowe nazywamy śródnerwiem (endoneurium). Pęczki włókien otoczone są przez błonę łącznotkankową nazywaną onerwiem (perineurium), a cały nerw zespala tkanka łączna nazywana nanerwiem (epineurium).

20.4. PRZEWODZENIE IMPULS”W NERWOWYCH W przewodzeniu impulsów nerwowych zasadniczą rolę odgrywa błona komórki nerwowej, która jest w stanie spoczynku spolaryzowana. Jej depolaryzacja spowodowana otwarciem kanałów jonowych, głównie sodowych, prowadzi do powstania potencjału czynnościowego, który jak fala rozchodzi się po powierzchni neuronu. Powstanie potencjału czynnościowego następuje po przekroczeniu progu pobudzenia. Powstanie impulsu nerwowego, który pobiegnie z perikarionu wzdłuż aksonu na obwód jest wypadkową działania na neuron niekiedy wielu impulsów zarówno pobudzających jak i hamujących, jakie docierają do niego przez synapsy. Wpływ ma również działanie neuromodulatorów. Ostateczne formowanie impulsu nerwowego następuje w miejscu odejścia aksonu od ciała neuronu, w tym miejscu stężenie kanałów sodowych jest szczególnie duże. Zachodzi zmiana przepuszczalności błony dla jonów sodu i potasu, przy czym jony sodu wnikają do komórki, a potasu z niej uciekają. Ponieważ ruch jonów sodu jest większy niż potasu dochodzi do przejściowego większego nagromadzenia się jonów dodatnich pod błoną przez co strona zewnętrzna błony staje się ujemnie naładowana względem wnętrza. We włóknie bezmielinowym zmiana przepuszczalności dla jonów oraz powstanie potencjału czynnościowego rozchodzi się jako fala wzdłuż aksonu, aż dotrze do synapsy i spowoduje uwolnienie neurotransmitera. We włóknie mielinowym wyżej opisane zmiany przepuszczalności błony i powstawanie potencjału czynnościowego mają miejsce tylko w węzłach. Powstanie potencjału czynnościowego w węźle wzbudza poprzez pole elektryczne powstanie potencjału czynnościowego w sąsiednim węźle. Ponieważ węzeł wzbudzony przez pewien okres czasu nie reaguje na nowe wzbudzenie, efekt powstałego pola powoduje przesuwanie impulsu tylko w jednym kierunku, w kierunku węzła uprzednio nie wzbudzonego. Ponieważ przekazanie wzbudzenia z jednego węzła do drugiego odbywa się niezwykle szybko, przekazywanie impulsu wzdłuż włókna mielinowego ma charakter skokowy i jest znacznie szybsze niż we włóknie bezmielinowym, w którym przewodzenie ma charakter ciągły.

20.5. GLEJ (NEUROGLEJ) Komórki gleju stanowią obok właściwych komórek nerwowych – neuronów, zasadniczy składnik ośrodkowego (50%) i obwodowego układu nerwowego. Wyróżniamy dwa zasadnicze rodzaje gleju: makroglej i mikroglej. Makroglej tworzą: glej gwiaździsty reprezentowany przez astrocyty oraz oligodendrocyty, a także glej wyściółkowy – ependyma reprezentowany przez ependymocyty. Mikroglej tworzą komórki mikrogleju. Mikroglej nazywany bywa także mezoglejem, gdyż w przeciwieństwie do makrogleju, który ma pochodzenie ektodermalne, pochodzi z mezodermy.

254

Rozdział 20

20.5.1. MAKROGLEJ Astrocyty to duże silnie rozgałęzione komórki, tworzące w OUN sieć przestrzenną, w której oczkach znajdują się ciała i wypustki komórek nerwowych. Buławkowate rozszerzenia wypustek cytoplazmy astrocytów stykające się ze sobą tworzą także struktury błoniaste pokrywające przestrzenie płynowe (komory) oraz otaczające naczynia. Wypustki astrocytów opierające się o błonę podstawną naczyń włosowatych zakończone są stożkowatym rozszerzeniem nazywanym „stopką ssącą”. Kontakt astrocytów z naczyniami włosowatymi związany jest z ich zasadniczą funkcją jaką jest pośredniczenie w wymianie pomiędzy komórkami nerwowymi i krwią. Funkcja ta wynika ze specyfiki strukturalnej OUN. Nie posiada on bowiem przestrzeni międzykomórkowej, gdyż komórki nerwowe i glejowe oraz ich wypustki ściśle przylegają do siebie, podobnie jak w nabłonku. Ponadto komórki nerwowe nie kontaktują się bezpośrednio z naczyniami włosowatymi, gdyż oddziela je od nich błona utworzona przez komórki gleju. Znajduje to swój wyraz fizjologiczny w istnieniu bariery krwiomózgowej, której zasadniczym elementem jest jednak ciągły śródbłonek naczyń włosowatych. Tak więc wymiana pomiędzy komórkami nerwowymi i krwią musi, niejako, odbywać się za pośrednictwem komórek śródbłonka i astrocytów. Wyróżniane są dwa rodzaje astrocytów: protoplazmatyczne i włókniste. Astrocyty protoplazmatyczne, które występują głównie w istocie szarej mózgu charakteryzują krótkie, silnie rozgałęzione wypustki, natomiast astrocyty włókniste, mają dłuższe i cieńsze wypustki zawierające pęczki włókienek (filamentów) o średnicy 10 nm.

20.5.2. OLIGODENDROGLEJ (GLEJ SK•POWYPUSTKOWY) Nazwę swoją zawdzięcza mniej licznym niż astrocyty wypustkom oraz mniejszym rozmiarom. Występuje zarówno w szarej jak i białej istocie mózgowia. Jego funkcja to tworzenie osłonki mielinowej, poprzez nawijanie się na wypustkę nerwową wypustki cytoplazmatycznej oligodendrocytu. Jeden oligodendrocyt może więc wytworzyć osłonkę na kilku wypustkach. W obwodowym układzie nerwowym podobną funkcję pełnią neurolemocyty, zwane także komórkami Schwanna, lub po prostu lemocytami. Jednak w tym wypadku jeden lemocyt wytwarza osłonkę mielinową tylko na jednej wypustce nerwowej.

20.5.3. MIKROGLEJ Komórki tworzące mikroglej należą do najmniejszych komórek OUN. Różnią się od pozostałych komórek tego układu pochodzeniem, pochodzą one jak już wspomniano z mezodermy. Mają zdolność przemieszczania się oraz fagocytozy, dlatego zaliczane są do układu fagocytów jednojądrzastych.

20.5.4. EPENDYMA (WYåCI”£KA) Tworzą ją komórki – ependymocyty pokrywające ściany komór mózgowych i kanału środkowego rdzenia kręgowego. Mają cechy komórek nabłonkowych, których kształt i

Tkanka nerwowa

255

wielkość zależy od lokalizacji w układzie komorowym. Najczęściej mają kształt sześcienny lub walcowaty, wyjątkowo płaski. Zwykle układają się w jedną warstwę opierającą się o błonę utworzoną z wypustek astrocytów. Na powierzchni zwróconej do światła komór mają mikrokosmki, a pomiędzy nimi mogą znajdować się migawki. Po przeciwnej stronie, u podstawy, mają wypustkę, która po krótkim przebiegu rozgałęzia się. Funkcja ependymy to uczestniczenie w wymianie pomiędzy mózgiem i płynem mózgowo-rdzeniowym, ponadto jest ona elementem bariery mózg–płyn mózgowo-rdzeniowy. W obwodowym układzie nerwowym glej występuje w postaci wspomnianych już neurolemocytów oraz komórek glejowych zwojów, które otaczają obecne w zwojach komórki nerwowe.

UK£AD NERWOWY

21

Anatomicznie dzielimy go na dwie części: ośrodkowy układ nerwowy (OUN) i obwodowy układ nerwowy. Wyodrębniona jest również trzecia część układ nerwowy autonomiczny. Ośrodkowy układ nerwowy tworzą: mózgowie i rdzeń kręgowy. Natomiast mózgowie tworzą: mózg, pień mózgu oraz móżdżek. W OUN występują dwa typy utkania: istota szara (substantia grisea) oraz istota biała (substantia alba). Zwykle są wyraźnie odgraniczone, a różnią się przede wszystkim zawartością perykarionów komórek nerwowych. Istota szara stanowi ich nagromadzenie. Obecne są w niej także komórki glejowe, a wśród nich przede wszystkim astrocyty protoplazmatyczne. W półkulach mózgu i móżdżku, istota szara pokrywa powierzchnię tworząc ich korę, natomiast w rdzeniu kręgowym zajmuje położenie centralne i jest otoczona przez istotę białą. Może także, szczególnie w pniu mózgu, tworzyć zgrupowania otoczone przez istotę białą, zwane jądrami. W korze mózgu i móżdżku komórki nerwowe tworzą układ warstwowy. Odbiciem zróżnicowania czynnościowego OUN jest lokalizacja neuroprzekaźników (tabela 21.1) oraz neuromodulatorów (tabela 21.2) synaptycznych. Tabela 21.1. Neuroprzekaźniki synaptyczne układu nerwowego. Neuroprzekaźniki pobudzające

Miejsce uwolnienia

Acetylocholina

istota szara mózgowia i rdzenia kręgowego

Dopamina

podwzgórze, układ limbiczny, kora mózgu

Noradrenalina

kora mózgu, rdzeń kręgowy, móżdżek

Adrenalina

podwzgórze, wzgórze, rdzeń kręgowy

Serotonina

podwzgórze, wzgórze, układ limbiczny, móżdżek

Histamina

podwzgórze

Neuroprzekaźniki hamujące

Miejsce uwolnienia

Kwas gamma-aminomasłowy (GABA)

istota szara mózgowia i rdzenia kręgowego

Glicyna

istota szara mózgowia i rdzenia kręgowego

Glutaminiany

podwzgórze, wzgórze, rdzeń kręgowy, kora mózgu, móżdżek

Asparaginiany

podwzgórze, wzgórze, rdzeń kręgowy, kora mózgu, móżdżek

Układ nerwowy

257

Tabela 21.2. Neuromodulatory synaptyczne. Neuromodulatory

Miejsce występowania

Wazoprasyna argininowa (AVP)

podwzgórze, rdzeń kręgowy, kora mózgu, układ limbiczny

Substancja P (SP)

podwzgórze, układ limbiczny, rdzeń przedłużony, rdzeń kręgowy

Neuropeptyd Y (NPY)

podwzgórze, wzgórze, układ limbiczny, rdzeń kręgowy, kora mózgu

Cholecystokinina (CCK)

podwzgórze, wzgórze, kora mózgu

Wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP)

kora mózgu, układ limbiczny, podwzgórze, wzgórze, rdzeń kręgowy

Sekretyna

kora mózgu, podwzgórze, wzgórze, rdzeń kręgowy

Peptydy opioidowe

Miejsce występowania

Beta-endorfina

podwzgórze, śródmózgowie

Enkefaliny

wzgórze, kora mózgu, układ limbiczny

Dynorfiny

kora mózgu, układ limbiczny

21.1. KORA M”ZGU (CORTEX CEREBRI) Zawiera większość komórek znajdujących się w mózgu (około 1010). Jej grubość waha się od 1,5–5 mm. Różni się także ilością warstw. Stara ewolucyjnie kora, zwana allocortex, zajmująca 1/12 powierzchni kory ma tylko dwie warstwy: drobinową i piramidalną. Pozostałe 11/12 powierzchni kory tworzy sześciowarstwowa isocortex. Tworzą ją, licząc od powierzchni, następujące warstwy: 1. drobinowa; 2. ziarnista zewnętrzna; 3. komórek piramidalnych zewnętrzna; 4. ziarnista wewnętrzna; 5. komórek piramidalnych (zwojowych) wewnętrzna; 6. komórek różnokształtnych. Warstwa drobinowa zawiera stosunkowo niewiele małych wrzecionowatych komórek, tworzą ją głównie wypustki komórek niższych warstw oraz glej. Warstwa ziarnista zewnętrzna zawiera małe komórki o kształcie kulistym. Jest ona silnie rozwinięta w zakręcie środkowym tylnym i korze wzrokowej (kora czuciowa), a bardzo słabo w zakręcie środkowym przednim (kora ruchowa). Warstwa komórek piramidalnych zewnętrzna, zawiera komórki o kształcie piramid, szczytami zwrócone do powierzchni kory. Wielkość komórek jest różna, im położone głębiej w korze tym są większe (do 30 µm). Akson (neuryt) odchodzący od podstawy komórki biegnie do istoty białej, natomiast dendryt od szczytu do warstwy drobinowej. Warstwa ta zwykle jest silnie rozwinięta, szczególnie w „korze ruchowej” (zakręt środkowy przedni).

258

Rozdział 21

Ryc. 21.1. Budowa kory mózgu. HE – barwienie hematoksyliną i eozyną, PM – opona miękka, Tr – beleczki pajęczynówki, PC – komórki piramidalne średniej wielkości, RC – kolumny promieniste, PyC – duże komórki piramidalne, SI – impregnacja srebrem, HC – komórki horyzontalne (poziome), PC – komórki piramidalne, BC – komórki koszyczkowe, SC – komórki gwiaździste, FC – komórki wrzecionowate, PyC – wielkie komórki piramidalne, MC – komórka Martinottiego, MS – barwienie mieliny, TL – warstwa styczna, BB – prążek Bechtereva, RC – kolumny promieniste, OBB – zewnętrzny prążek Baillargera, IBB – wewnętrzny prążek Baillargera M – rdzeń, HC – komórka pozioma, D – dendryt, Ax – akson (neuryt), Eff – włókno odśrodkowe, Aff – włókno dośrodkowe.

Układ nerwowy

259

Warstwa ziarnista wewnętrzna zawiera podobnie jak zewnętrzna małe komórki. W korze „ruchowej” może jej nie być. Warstwa komórek piramidalnych wewnętrzna (zwojowa) zawiera komórki, zgodnie ze swą nazwą, piramidalne średniej wielkości, zaś w korze „ruchowej”, także komórki piramidalne olbrzymie (80–100 µm), zwane komórkami Betza. Warstwa komórek różnokształtnych zawiera komórki wieloboczne i wrzecionowate średniej wielkości. Aksony tych komórek biegną do istoty białej, a dendryty kończą się w obrębie warstwy lub biegną do warstwy drobinowej. Opisany układ warstw oraz ich wewnętrzna struktura jest zróżnicowany, w różnych okolicach mózgu. Najbardziej charakterystyczne formy to wspomniana „kora ruchowa” – zwana także bezziarnistą, oraz „kora czuciowa” z dużą ilością komórek w warstwach ziarnistych, zwana koniocortex. Opisanemu układowi komórek odpowiada układ włókien nerwowych, które można ujawnić przy pomocy specjalnych technik barwienia, zwykle srebrzenia. Włókna tworzą skupienia równolegle do powierzchni kory: 1. w warstwie drobinowej; 2. w warstwie ziarnistej zewnętrznej; 3. w warstwie komórek piramidalnych zewnętrznej, tworzą ją głównie włókna kojarzące komórki kory; 4. w warstwie komórek piramidalnych wewnętrznej. Występuje także układ włókien ułożonych prostopadle do poprzednich, w postaci promienistych pasm, zawierających aksony komórek piramidalnych i różnokształtnych.

21.2. KORA M”ØDØKU Kora móżdżku jest trzywarstwowa i składa się z warstw: drobinowej, zwojowej i ziarnistej. Warstwa drobinowa (powierzchniowa) zawiera stosunkowo niewiele komórek. Są to komórki gwiaździste małe i duże oraz komórki koszyczkowe. Komórki koszyczkowe leżą najgłębiej a ich akson biegnie równolegle do granicy warstw i oddaje odgałęzienia (kolaterale) oplatające komórki warstwy zwojowej – komórki gruszkowate (Purkinjego). Komórki gruszkowate to duże wielobiegunowe neurony, których silnie rozgałęzione (w jednej płaszczyźnie) dendryty znajdują się w warstwie drobinowej, podczas gdy perykariony tworzą warstwę zwojową, natomiast akson biegnie do istoty białej móżdżku (jądro zębate), poprzez trzecią warstwę – ziarnistą. Warstwa ziarnista zawiera bardzo liczne komórki zwane ziarnistymi – małe i duże. Przeważają komórki ziarniste małe. Ich dendryty są krótkie, natomiast akson biegnie do warstwy drobinowej i tam rozgałęzia się w kształt litery T. Natomiast zarówno dendryty jak i akson komórek ziarnistych dużych rozgałęziają się w obrębie warstwy ziarnistej. Jedynymi włóknami jakie opuszczają korę móżdżku są aksony komórek gruszkowatych. Natomiast docierają dwa typu włókien: pnące i kiciaste. Włókna pnące kończą się na dendrycie komórek gruszkowatych, a więc w warstwie drobinowej, natomiast włókna kiciaste tworząc na końcach telodendria, tworzą synapsy z dendrytami komórek ziarnistych małych. Na końcu włókna kiciastego może tworzyć się buławkowate rozszerzenie, które tworzy synapsy z kilkoma dendrytami komórek ziarnistych, a co w MŚ przyjmuje postać tzw. kłębków móżdżkowych. W korze móżdżku występują dwa charakterystyczne

260

Rozdział 21

Ryc. 21.2. Budowa móżdżku. (1) Co – kora móżdżku, F – zakręt, S – bruzdy, M – rdzeń; (2) – PM – opona miękka, Co – kora, M – rdzeń, ML – warstwa drobinowa, GL – warstwa zwojowa, GrL – warstwa ziarnista; (3) PC – komórka zwojowa (Purkinjego), P – perikarion, GC – komórka ziarnista mała, TD – dendryty końcowe, D – dendryt, PF – neuryt komórki ziarnistej, (4) D – dendryt, DS. – kolce dendrytyczne, PM – błona presynaptyczna, SA – aparat kolcowy, PF – neuryty komórek ziarnistych, V – zgrubienie (synaptyczne).

Układ nerwowy

261

typy komórek glejowych, o krótkich grubych wypustkach. W warstwie drobinowej nazywane są komórkami Fananasa, a w warstwie zwojowej komórkami Bergmanna.

21.3. RDZE— KR GOWY Na przekroju poprzecznym, w środku widoczna jest istota szara otoczona przez istotę białą, przypominając rozmieszczeniem skrzydła motyla lub literę H. Z przodu dwa skupienia to tzw. rogi przednie, z tyłu rogi tylne, połączone spoidłem szarym. Natomiast istota biała układa się w sznury tylne, pomiędzy rogami tylnymi, sznury boczne i sznury przednie. W istocie szarej rdzenia kręgowego, najbardziej charakterystyczne komórki to neurony wielobiegunowe w rogach przednich, dochodzące wielkością do 150 µm. Ich akson opuszcza rdzeń w korzonkach przednich rdzenia kręgowego. Zwoje mózgowe i rdzeniowe: zbudowane są z komórek nerwowych rzekomojednobiegunowych, o średnicy 30–90 µm. Pojedyńcza wypustka tej komórki w niewielkiej odległości od ciała komórki (perykarionu) rozdziela się na dwie wypustki tworząc układ jak w literze T. Jedno z ramion to dendryt, a drugie to akson. Wypustki te przenoszą bodźce czuciowe. Akson tej komórki wchodzi w skład korzonków tylnych rdzenia. Każda z komórek rzekomojednobiegunowych w zwoju otoczona jest przez komórki glejowe ułożone nabłonkowo, nazywane sa one komórkami satelitowymi. Komórki te następnie pokrywa torebka łącznotkankowa. Wyróżnia się dwa rodzaje komórek rzekomojednobiegunowych: 1. o średnicy dużej – przewodzą bodźce czuciowe z powłok i mięśni; 2. o średnicy małej – przewodzą bodźce czuciowe z trzewi. Komórki w zwoju rozmieszczone są głównie na obwodzie, a środek zwoju zajmują włókna. Zwoje układu autonomicznego (wegetatywnego) zawierają neurony wielobiegunowe, o średnicy 20–50 µm, mające nieraz dwa i więcej jąder. Każda z komórek otoczona jest przez komórki satelitowe i torebkę łącznotkankową.

21.4. OPONY OåRODKOWEGO UK£ADU NERWOWEGO Ośrodkowy układ nerwowy znajdujący się w jamie czaszki i kanale kręgowym otoczony jest systemem błon nazywanych oponami. Są to błony łącznotkankowe. Najbardziej zewnętrzna to opona twarda (dura mater), pod nią pajęczynówka (arachnoidea). Oddziela je jama podtwardówkowa. Pod pajęczynówką znajduje się jama podpajęczynówkowa, która oddziela pajęczynówkę od opony miękkiej (pia mater), leżącej bezpośrednio na mózgowiu i rdzeniu.

21.4.1. OPONA TWARDA Opona twarda to gruba, nieelastyczna błona włóknista, składająca się z dwóch blaszek: zewnętrznej i wewnętrznej. Zewnętrzna przylega do kości pełniąc rolę jej okostnej. Blaszki te rozdzielają się w zatokach żylnych opony twardej oraz na przebiegu naczyń oponowych,

Rozdział 21

262 opona miękka

naczynia krwionośne

przestrzeń podpajęczynówkowa opona twarda pajęczynówka przestrzeń podpajęczynówkowa

astroocyt

naczynie włosowate

Ryc. 21.3. Opony ośrodkowego układu nerwowego.

a także w miejscu położenia zwoju półksiężycowatego nerwu trójdzielnego. Blaszka wewnętrzna przez zdwojenie wytwarza przegrody, takie jak sierp mózgu, sierp móżdżku, namiot móżdżku i przeponę siodełka. W rdzeniu kręgowym blaszki opony twardej są oddzielone od siebie wskutek czego powstaje przestrzeń nadoponowa, w której znajdują się sploty żylne.

Układ nerwowy

263

21.4.2. OPONA PAJ CZA Opona pajęcza oddzielona jest od opony twardej jamą podtwardówkową i łączy się z oponą twardą tylko w miejscach gdzie przechodzą nerwy mózgowe. Opona pajęcza zbudowana jest z tkanki łącznej włóknistej beleczkowatej. W jamie leżącej pod pajęczynówką znajduje się płyn mózgowo–rdzeniowy. Płyn ten poprzez otwór w stropie komory IV łączy się z płynem w komorach i kanale środkowym rdzenia. Opona pajęcza wpukla się do zatok żylnych, pod postacią ziarenek pajęczynówki (Pacchiniego). Są to miejsca przesączania się płynu mózgowo rdzeniowego do zatok żylnych.

21.4.3. OPONA MI KKA Opona miękka (naczyniowa) zbudowana z tkanki łącznej, leży bezpośrednio na błonie glejowej mózgowia. Biegną w niej liczne drobne naczynia, które w jej otoczeniu wnikają do mózgowia. Opona miękka wnika do III komory i komór bocznych tworząc tkankę naczyniówkową mózgu (tela chorioidea cerebri). Tkanka naczyniówkowa zawiera oponę miękką wraz ze splotem naczyniówkowym oraz pokrywającą je wyściółką ependymalną. Tkanka naczyniówkowa produkuje płyn mózgowo–rdzeniowy. Osobnik dorosły ma 150–200 ml płynu. Głównym składnikiem płynu jest woda oraz rozpuszczone w niej niewielkie ilości jonów, głównie sód, chlorki i magnez, bardzo małe ilości białek, oraz bardzo nieliczne komórki (3–6/mm3).

GRUCZO£Y WYDZIELANIA DOKREWNEGO

22

Funkcjonowanie i rozwój organizmu wielokomórkowego uwarunkowane jest przepływem informacji pomiędzy tworzącymi go komórkami. Umożliwia on koordynację ich funkcji poprzez stymulowanie lub hamowanie aktywności. Jeśli komórki tworzą układ zwarty tak jak w nabłonkach lub mięśniu sercowym, połączenia międzykomórkowe typu nexus umożliwiają koordynację czynności połączonych ze sobą komórek. Gdy jednak oddalone są od siebie, ich oddziaływanie wymaga przekazywania jakiegoś sygnału. Najczęściej jest nim substancja chemiczna. Przy czym może ona przebywać niezbyt dużą odległość, docierając do blisko położonych komórek, mówimy wtedy o parakrynii, a substancje będące przekaźnikami sygnałów nazywamy hormonami tkankowymi. Gdy substancja przekaźnikowa dociera nieraz na dużą odległość, poprzez układ krwionośny, mówimy o endokrynii, a substancję przekaźnikową nazywamy hormonem (tabela 22.1). Szczególny charakter ma przekazywanie sygnałów pomiędzy neuronami lub z neuronu na komórkę docelową; substancja przekaźnikowa – neurotransmiter pokonuje jedynie szczelinę synaptyczną. Przykładem powiązania ze sobą wyżej wymienionych sposobów przekazywania sygnałów: neurotransmisji, parakrynii i endokrynii jest układ podwzgórzowo-przysadkowy. Zasadnicze składniki tego układu to podwzgórze zawierające skupiska neuronów neurosekrecyjnych w postaci jąder podwzgórza oraz przysadka, której część nerwowa anatomicznie związana jest z podwzgórzem poprzez lejek, a część gruczołowa czynnościowo poprzez układ naczyń żylnych wrotnych.

22.1. PRZYSADKA M”ZGOWA (HYPOPHYSIS) Przysadka mózgowa to niewielki gruczoł (około 0,5 g wagi) leżący wewnątrz jamy czaszki przy podstawie i poniżej podwzgórza. W rozwoju wywodzi się z dwóch źródeł: neuroektodermy międzymózgowia, która tworzy część nerwową (płat tylny), oraz ektodermy jamy ustnej (kieszonka Rathkego), z której powstaje część gruczołowa (płat przedni). Przy czym płat tylny zachowuje łączność anatomiczną z międzymózgowiem, a płat przedni oddziela się całkowicie od stropu jamy ustnej. Ostatecznie wykształcona przysadka składa się z (ryc. 22.1): – płata tylnego, który tworzą część nerwowa oraz lejek, składający się z pnia lejka i wyniosłości pośrodkowej (eminentia mediana). Do płata tylnego zalicza się także część pośrednią, która ma pochodzenie wspólne z częścią gruczołową; – płat przedni tworzy część gruczołowa oraz część guzowa, która otacza lejek płata tylnego (pars tuberalis).

Gruczoły wydzielania dokrewnego

265

3 4

1

5 2 6

Ryc. 22.1 Przysadka mózgowa. AR – przestrzeń podpajęczynówkowa, P – opona miękka, D – opona twarda, DS – przepona siodełka, SPH – kość klinowa, 1– część guzowa przysadki, 2 – część gruczołowa, 3 – wyniosłość pośrodkowa, 4 – lejek, 5 – część nerwowa, 6 – część pośrednia.

22.1.1. UNACZYNIENIE PRZYSADKI Przysadka zaopatrywana jest przez dwie (lewa i prawa) tętnice przysadkowe górne i dwie (lewa i prawa) tętnice przysadkowe dolne (ryc. 22.2). Tętnice przysadkowe górne unaczyniają przede wszystkim lejek, łącznie z wyniosłością pośrodkową. Tutaj powstaje sieć naczyń włosowatych, które następnie łączą się w żyły nazywane żyłami wrotnymi przysadki trafiające do części gruczołowej płata przedniego, gdzie rozpadają się znowu na naczynia włosowate typu zatokowego. Tak więc, podobnie jak w wątrobie sieć naczyń włosowatych części gruczołowej zaopatrywana jest nie przez tętniczki, a przez żyłki, stąd nazwa przez analogię, układ wrotny przysadki. Tętniczki przysadkowe dolne zaopatrują głównie część nerwową płata tylnego. Odpływ krwi z żył przysadkowych obu płatów odbywa się do zatoki jamistej.

22.1.2. CZ å∆ GRUCZO£OWA Część gruczołowa płata przedniego tworzona jest przez komórki wydzielnicze ułożone w grupy i szeregi, pomiędzy którymi znajduje się bardzo bogata sieć naczyń włosowatych zatokowych. Wśród komórek wydzielniczych wyróżnia się morfologicznie dwie zasadnicze grupy komórek: 1. barwnikooporne (chromofobowe) stanowiące u człowieka około 50% komórek części gruczołowej; 2. barwnikochłonne (chromatofilne), spośród których większość wykazuje kwasochłonność (acidofilię) a pozostałe zasadochłonność (bazofilię); przy czym komórki kwasochłonne zlokalizowane są głównie na obrzeżu, a zasadochłonne i barwnikooporne zajmują części środkowe. Proporcje tych komórek ulegają zmianie w czasie ciąży, w starzeniu oraz niektórych stanach patologicznych takich jak nadczynność tarczycy.

Rozdział 22

266

Jądra: grzbietowoprzyśrodkowe, brzuszno-przyśrodkowe, lejka

Pars tuberalis = część guzowa Stem = Pień Median eminence = Wyniosłość pośrodkowa

Tętnica przysadkowa dolna

Jądro: nadwzrokowe i przykomorowe

Pierwotna sieć naczyń włosowatych

Rozszerzenie zakończenia aksonu Tętnica przysadkowa górna Żyły przysadkowe wrotne Wtórna sieć naczyń włosowatych

Część nerwowa Komórka dokrewna Rozszerzone zakończenia aksonu

Część gruczołowa

zatoka jamista

Ryc. 22.2. Układ podwzgórzowo-przysadkowy.

Komórki barwnikooporne nazwę swoją zawdzięczają słabej barwliwości. W MŚ nie widać żadnych ziarnistości, chociaż w ME dostrzegano w nich pewne ilości małych ziaren. Uważa się, że część tych komórek to komórki niezróżnicowane, pozostałe to postacie nieaktywne innych komórek gruczołu. Komórki barwnikochłonne – kwasochłonne. Należą do nich: 1. komórki somatotrofowe (alfa), zawierające ziarna kwasochłonne widoczne w MŚ. W ME widoczne są ziarna o średnicy 300–350 nm oraz rozbudowany AG. Wydzielina tych komórek to hormon wzrostu (GH – growth hormon/STH – somatotropina) polipeptyd o masie ok. 20 kDa. Działa on głównie poprzez peptydy – somato-

Gruczoły wydzielania dokrewnego

267

Tabela 22.1. Czynniki podwzgórzowe działające na komórki części gruczołowej przysadki. Nazwa

Skrót

Wpływ na wydzielanie

Kortykoliberyna

CRH

ACTH

Tyreoliberyna

TRH

TSH

Foliberyna

FSH-RH

FSH

Luliberyna

Czynniki stymulujące

LH-RH

LH

Melanoliberyna

MRH

MSH

Prolaktoliberyna

PRH

PRL

Somatoliberyna

SRH

STH

Czynniki hamujące Somatostatyna

SIH

STH

Melanostatyna

MIH

MSH

Prolaktostatyna

PIH

PRL

medyny produkowane w wątrobie pod wpływem GH/STH. W okresie rozwoju działają one na chrząstkę nasadową kości długich. Brak tego hormonu w dzieciństwie powoduje karłowatość (przysadkową). Wydzielanie przez komórki somatotrofowe hormonu wzrostu odbywa się pod wpływem wydzielanego przez podwzgórze tzw. czynnika uwalniającego – somatoliberyny. Natomiast wydzielanie GH/STH jest hamowane przez czynnnik podwzgórzowy – somatostatynę. Czynniki te (uwalniający lub hamujący) trafiają do części gruczołowej i komórek somatotrofowych poprzez żyły wrotne przysadki, do nich natomiast wydzielina podwzgórza trafia poprzez aksony neuronów neurosekrecyjnych, które wydzielają je do naczyń włosowatych na terenie wyniosłości pośrodkowej. 2. komórki laktotrofowe (epsilon, eta) zawierają ziarna kwasochłonne, które w ME mają średnicę 550–600 nm. Ziarna te zawierają hormon polipeptydowy o masie ok. 22 kDa, prolaktynę (PRL). Hormon ten stymuluje wzrost pęcherzyków gruczołu mlekowego oraz wydzielanie mleka. W okresie ciąży i karmienia komórki te przyjmują postać komórek „eta”. Wydzielanie PRL stymulowane jest przez prolaktoliberynę, a hamowane przez prolaktostatynę. Komórki barwnikochłonne – zasadochłonne 1. komórki kortykotrofowe (kortykotrofy) (beta1), są wielobocznymi komórkami z okrągłym, ekscentrycznym jądrem i dobrze rozbudowanym AG. Zawierają ziarna o średnicy 100–200 nm, mniej liczne niż w innych typach komórek przysadki. W ziarnach gromadzony jest hormon polipeptydowy (m.cz. 4,5 kDa) – kortykotropina (ACTH), który stymuluje wydzielanie przez korę nadnerczy. Wydzielanie ACTH stymulowane jest przez czynnik podwzgórzowy kortykoliberynę. Pierwotny transkrypt zawiera sekwencje dla kilku różnych hormonów i nazywany jest pro-opiomelanokortyna (ang. Pro-OpioMelanoCortin – POMC). W wyniku alternatywnego składania mogą z niego powstać mRNA dla: kortytotropiny (ACTH), alfa-MSH, beta-

268

Rozdział 22

H2

pro–opimelanokortyna

N

CO

OH

peptyd sygnałowy β–lipotropina

kortytotropina

α–MSH

γ–lipotropina

β–MSH β–endorfina

Ryc. 22.3. Alternatywne składanie prohormonu proopiomelanokortyny (POMC).

lipotropiny, gamma-lipotropiny, beta-MSH i beta-endorfiny (ryc. 22.3). W kortykotrofach powstaje kortykotropina (ACTH), a w komórkach zasadochłonnych części pośredniej (MSH (patrz dalej). 2. komórki tyreotrofowe (tyreotrofy) (beta 2), to stosunkowo duże komórki zawierające ziarna zasadochłonne, w ME 120–200 nm. Hormon zawarty w ziarnach to glikoproteid o m.cz. ok. 26 kDa, tyreotropina (TSH), który stymuluje syntezę i uwalnianie hormonów tarczycy. Uwalniany jest przez przysadkę pod wpływem podwzgórzowego czynnika – tyreoliberyny. 3. komórki gonadotrofowe (delta) zawierające ziarna zasadochłonne, o średnicy w ME ok. 250 nm w komórkach produkujących hormon luteinizujący (LH, ICSH) lub o śred. 200 nm w komórkach produkujących hormon pobudzający pęcherzyki (FSH). Oba te hormony gonadotropowe są glikoproteidami o masie ok. 30 kDa. LH wpływa na końcowe etapy dojrzewania pęcherzyków jajników oraz prowadzi do jajeczkowania, a także stymuluje rozwój i wydzielanie ciałka żółtego (progesteron). U mężczyzn, stymuluje produkcję i wydzielanie androgenów (testosteron) przez gruczoł śródmiąższowy (stąd nazwa angielska: interstitial cell stimulating hormon – ICSH). Natomiast FSH stymuluje wcześniejsze stadia pęcherzyków jajnikowych i produkcję przez nie estrogenów, u mężczyzn stymuluje spermatogenezę. Hormony gonadotropowe wydzielane są pod wpływem czynników podwzgórzowych: FSH pod wpływem foliberyny, a LH/ICSH pod wpływem luliberyny. Część guzowa płata przedniego otacza lejek płata tylnego. Jest silnie unaczyniona, jej komórki różnią się od komórek części gruczołowej, a funkcja ich nie jest całkowcie poznana. Część pośrednia jest stosunkowo niewielka, należy do płata tylnego. Zawiera komórki zasadochłonne z ziarnami o śred. 200–300 nm. U zwierząt produkują one polipeptyd wpływający na komórki barwnikowe – melanotropinę (MSH). Uwalnianie lub hamowanie wydzielania MSH to działanie odpowiednio – melanoliberyny i melanostatyny czynników podwzgórzowych. U człowieka funkcja tej części przysadki nie jest wyjaśniona. Charakterystyczną cechą budowy tej części przysadki są pęcherzyki wypełnione jednorodną wydzieliną, są one pozostałością po kieszonce z ektodermy jamy ustnej (Rathkego).

Gruczoły wydzielania dokrewnego

269

Wszystkie czynniki podwzgórzowe trafiają, jak już wyjaśniano w odniesieniu do somatoliberyny, do części gruczołowej i pośredniej drogą układu wrotnego przysadki.

22.1.3. P£AT TYLNY (NEUROHYPOPHYSIS) Płat tylny składa się z lejka i części nerwowej. W przeciwieństwie do płata przedniego, zasadniczym składnikiem płata tylnego są nie komórki a bezmielinowe włókna nerwowe, w liczbie około 100.000, zawierające aksony neuronów sekrecyjnych podwzgórza, zlokalizowanych głównie w jądrach: nadwzrokowym i przykomorowym. Na terenie tych jąder podwzgórza znajdują się perykariony neuronów, w których powstaje wydzielina, wędrująca następnie w postaci ziaren neurosekrecyjnych (śred. 100–200 nm) wzdłuż aksonów do części nerwowej płata tylnego gdzie przekazywana jest do naczyń krwionośnych. Na terenie części nerwowej uwalniane są, produkowane w podwzgórzu, dwa hormony: oksytocyna i wasopresyna – adiuretyna. Docierają one do przysadki związane z białkiem – neurofizyną. Oksytocyna produkowana jest głównie przez neurony jądra przykomorowego, a wasopresyna przez jądro nadwzrokowe. Oba hormony są oktapeptydami, obecnymi w różnych ziarnach neurosekrecyjnych. Oksytocyna (OXY) powoduje skurcz mięśniówki gładkiej macicy. Natomiast wasopresyna powoduje skurcz mięśniówki gładkiej naczyń i wzrost ciśnienia. Ten sam hormon powoduje wzrost przepuszczalności wody przez wstawki nefronu i kanaliki zbiorcze, co prowadzi do zwiększenia zagęszczenia moczu, stąd druga jego nazwa antydiuretyczny (ADH). Komórki części nerwowej, zwane pituicytami, są w istocie komórkami glejowymi. Przysadka mózgowa działająca pod wpływem podwzgórza, poprzez wydzielane hormony oddziałuje na inne gruczoły dokrewne. Do takich należy nadnercze. torebka sieć naczyniowa

t.r . n.z.

żyła nadnerczowa

kora rdzeń

Ryc. 22.4. Unaczynienie nadnerczy: t.r. – tętnice rdzeniowe, n.z. – naczynia zatokowe.

270

Rozdział 22

22.2. NADNERCZA Nadnercza otoczone torebką z tkanki łącznej włóknistej, znajdują się nad biegunem górnym nerek. Wyróżniamy w nich dwie części: korę i rdzeń. Części te mają różne pochodzenie, bowiem kora wywodzi się z mezodermy, a rdzeń z neuroektodermy. Nadnercze unaczynione jest (ryc. 22.4) przez tętnice nadnercza: górną, środkową i dolną, docierające do narządu od strony jego torebki i tuż pod torebką tworzące podtorebkowy splot naczyniowy, od którego odchodzą gałęzie przebiegające przez korę rozpadając się na sieć naczyń włosowatych zatokowych, które przechodzą następnie w zatoki rdzenne. Niektóre naczynia tętnicze nie rozgałęziają się w korze i biegną bezpośrednio do rdzenia, nazywamy je tętnicami rdzeniowymi. Na terenie rdzenia krew z naczyń zarówno kory jak i rdzenia zbiera się w żyłki, które wpadają w jedną żyłę nadnerczową centralną. Cechą charakterystyczną tego naczynia żylnego jest obecność stosunkowo dużej ilości mięśniówki gładkiej w ścianie naczynia.

22.2.1. KORA Wyróżniamy w niej 3 warstwy: kłębkowatą (zona glomerulosa), pasmowatą (zona fasciculata), siateczkowatą (zona reticularis).Warstwa kłębkowata produkuje mineralokortykoidy, głównie aldosteron. Zajmuje ok. 15% kory gruczołu. Komórki mają silnie rozbudowany SER, a ich mitochondria mają grzebienie cewkowate. Jest to cecha komórek produkujących steroidy, a do nich należą hormony kory nadnerczy. AG jest także silnie rozwinięty. Warstwa pasmowata, stanowi ok. 50% kory nadnerczy, zawiera komórki ułożone w pasma prostopadle do torebki gruczołu. Mają one cechy komórek produkujących steroidy, gdyż wydzielają glukokortykoidy, hormony wpływające na gospodarkę węglowodanową, które mają także działanie supresyjne na układ immunologiczny. Komórki zawierają liczne ziarna lipidów, przez co w preparatach histologicznych są jasne, piankowate w wyniku usunięcia lipidów w trakcie przygotowywania preparatów. Warstwa siateczkowata stanowi tylko 7% gruczołu. Komórki ułożone są w pasma tworzące sieć. Ultrastruktura zbliżona do komórek pozostałych warstw kory. Zawierają mniej lipidów. Wydzielają hormony – 17-ketosteroidy. Należy do nich dehydroepiandrosteron (DHEA), będący androgenem jednak znacznie słabszym niż testosteron i produkowany w niewielkich ilościach (21 mg/dobę u mężczyzn, 16 mg/dobę u kobiet). Zasadniczą funkcją kory jest wpływanie na homeostazę organizmu. Uczestniczy w reakcji organizmu na stres. Stymulowana jest ona przez przysadkę poprzez ACTH, przy czym w regulowaniu jej aktywności bierze udział podwzgórze.

22.2.2. RDZE— NADNERCZY Rdzeń nadnerczy, tworzą wieloboczne komórki ułożone w pasma, tworzące sieć w oczkach której znajduje się bogata sieć naczyń krwionośnych. Komórki tworzące rdzeń zawierają ziarna wypełnione katecholaminą – adrenaliną lub noradrenaliną. Komórki te

Gruczoły wydzielania dokrewnego

271

ulegają zabarwieniu pod wpływem soli chromu, nazywane są dlatego chromafinowymi. Taka reakcja barwnika wynika z obecności w komórkach właśnie katecholamin. Wydaje się, że noradrenalina gromadzona jest w innych komórkach niż adrenalina, chociaż noradrenalina na drodze enzymatycznej przechodzić może w adrenalinę. Właśnie adrenalina stanowi 80% katecholamin wydzielanych przez nadnercza. Podobnie jak kora uczestniczy w reakcji organizmu na stres.

22.3. TARCZYCA Tarczyca jest także gruczołem, którego funkcja kontrolowana jest przez podwzgórze i przysadkę. Gruczoł tworzą dwa płaty połączone cieśnią. Wywodzi się z endodermy. Miąższ gruczołu tworzą pęcherzyki przeciętnie o średnicy 0,9 mm, wysłane nabłonkiem od płaskiego do walcowatego. Wnętrze pęcherzyka wypełnia substancja zwana koloidem. Gruczoł pokrywa tkanka łączna luźna, która wnika do wnętrza gruczołu pomiędzy pęcherzyki, jednak jest jej niewiele. Gruczoł jest bardzo silnie unaczyniony, a sieć naczyń włosowatych, zatokowych otacza pojedyncze pęcherzyki. Śródbłonek zatok, podobnie jak w innych gruczołach dokrewnych jest okienkowaty. Wysokość komórek pęcherzyka zależy od aktywności – niska przy niskiej aktywności, wysoka gdy aktywność jest wysoka. Głównym czynnikiem, który wpływa na aktywność gruczołu jest TSH wydzielany przez przysadkę, pod wpływem podwzgórza. Komórki pęcherzykowe mają cechy aktywnych komórek wydzielniczych, silnie rozbudowany RER i AG. Zawierają liczne i duże lizoso-

pęcherzyk

naczynie krwionośne

komórka przypęcherzykowa

Ryc. 22.5. Komórki ściany pęcherzyka tarczycy.

Rozdział 22

272

koloid

jodowanie

endocytoza

utlenianie jodu

wbudowywanie galaktozy

trawienie

lizosomy

wbudowywanie mannozy RER

aminokwasy

pompa jodowa

jod

RER

naczynie krwionośne

Ryc. 22.6. Synteza tyreoglobuliny (lewa część ryciny) i wydzielanie hormonów tarczycy: T3 – trójjodotyroniny i T4 – tyroksyny (prawa część ryciny) do krwi. RER – siateczka śródplazmatyczna szorstka, miejsce syntezy tyreoglobuliny (strona lewa) i enzymów lizosomalnych (strona prawa).

my. Komórki pęcherzykowe biorą udział w wydzielaniu właściwych hormonów tarczycy: tyroksyny (T4) i trójjodotyroniny (T3). Obok komórek pęcherzykowych w ścianie pęcherzyków, ale nie kontaktując się z ich światłem, znajdują się komórki zwane przypęcherzykowymi (parafolikularnymi) lub komórkami C (ryc. 22.5). Są to jasne komórki wydzielające 32–aminokwasowy polipeptyd – kalcytoninę. Obniża on stężenie jonów Ca2+ we krwi, głównie przez zahamowanie resorbcji kości. Aktywność tych komórek regulowana jest przez stężenie jonów wapnia w osoczu. Funkcja tych komórek wydaje się być niezależna od hormonów tarczycy. Synteza hormonów tarczycy stymulowana przez TSH przebiega w 4 etapach (ryc. 22.6): I. Synteza tyreoglobuliny, białka o masie 680 kDa, będącego glikoproteidem, które wydzielane jest do światła pęcherzyka; II. Wychwytywanie krążącego we krwi jodu poprzez pompę jodową; III. Utlenianie jodków do jodu, które odbywa się wewnątrzkomórkowo; IV. Jodowanie reszt tyrozylowych tyreoglobuliny wewnątrz pęcherzyka. Pobieranie zmagazynowanych w koloidzie hormonów odbywa się poprzez fagocytowanie koloidu oraz uwalnianie z tyreoglobuliny T4 i T3 i uwalnianie ich do krwi. Większość krążącego hormonu to tyroksyna (T4 – 90%) jednak T3 jest silniej działający. W komórkach, do których dociera tyroksyna zachodzi konwersja tego hormonu do trójjodotyroniny z udziałem enzymu – dejodazy.

Gruczoły wydzielania dokrewnego

273

Hormony tarczycy przyspieszają metabolizm komórkowy, zwiększają „oddychanie” mitochondrialne i oksydacyjną fosforylację. Zarówno nadmiar jak i niedobór hormonu tarczycy prowadzą do znacznych zaburzeń funkcji organizmu. Niedobór hormonu może być spowodowany niską zwartością jodu w wodzie pitnej i diecie. Objawem niedoboru hormonu może być powiększenie się gruczołu tarczowego w postaci tzw. wola.

22.4. PRZYTARCZYCE Przytarczyce to 3 lub 4 małe gruczoły, umieszczone poniżej tarczycy. Otacza je tkanka łączna, dzieląc wnętrze na przegrody. Miąższ gruczołu tworzą 2 typy komórek: główne i oksyfilne, inaczej kwasochłonne. Komórki główne znacznie liczniejsze, niekiedy jedyne. Są wieloboczne, o jasnej cytoplazmie. Zawierają ziarna w ME o średnicy 200–400 nm. Wydzielają hormon polipeptydowy o m.cz. 9,5 kDa – parathormon. Zwiększa on poziom jonów wapnia we krwi, zwiększając resorbcję kości, jest więc antagonistą czynnościowym kalcytoniny. Zwiększając poziom jonów Ca2+, parthormon obniża we krwi poziom fosforanów przez zwiększenie ich wydalania z moczem.

22.5. SZYSZYNKA Szyszynka to niewielki narząd (kilka milimetrów) o wadze ok. 120 mg. Znajduje się w III komorze mózgu, w tylnej części stropu międzymózgowia, z którym połączona jest szypułą. Pokrywa ją opona miękka. Zawiera kilka rodzajów komórek, ale najważniejsze to: pinealocyty i komórki śródmiąższowe. Pinealocyty są rozgałęzione, mają rozbudowaną SER i cytoszkielet. Komórki śródmiąższowe są wydłużone, leżą pomiędzy pinealocytami. Szyszynka ma wpływ na funkcję gonad, ale nie jest to ostatecznie wyjaśnione. Wiadomo jednak, że produkowana jest w niej melatonina, wpływająca na funkcję melanoforów – komórek barwnikowych. Produkcja melatoniny podlega wahaniom dobowym, osiągając najwyższy poziom w nocy.

22.6. WYSPY TRZUSTKOWE Wyspy trzustkowe (Langerhansa) to część dokrewna trzustki. Wyspa otoczona przez pęcherzyki gruczołu zewnątrzwydzielniczego trzustki i tkankę łączną, zawiera pasma wielobocznych komórek, oddzielonych od siebie siecią naczyń włosowatych zatokowych. Wyspy stanowią 1,5% objętości trzustki i jest ich 1–2 milionów w trzustce człowieka. Wyróżnia się 4 zasadnicze typy komórek wyspowych: A, B, D i PP. Najliczniejsze to komórki B, stanowią one 60–80% komórek wyspowych. Są one mniejsze niż A i zawierają ziarna. Komórki A (20%), są większe i leżą zwykle na obwodzie wyspy. Najmniej liczne są komórki D. Ultrastruktura komórek wysp odpowiada komórkom produkującym polipeptydy. Mają rozproszony RER, wolne rybosomy, AG i ziarna wydzieliny.

Rozdział 22

274 Tabela 22.1. Gruczoły dokrewne

Gruczoł

Wydzielina

przysadka TSH – tyreotropina mózgowa cz. gruczołowa STH – somatotropina

ACTH-kortykotropina FSH – folikulotropina LH (ICSH) – luteotropina PRL – prolaktyna

Narząd docelowy

Sterowanie funkcją gruczołu stymulowanie

podwzgórze TSH–RF (tyreoliberyna) wątroba – somatomedyna STH–RF tkanka tłuszczowa somatoliberyna gruczoł tarczowy

hamowanie tyroksyna

somatostatyna somatomedyny kortyzol

kora nadnerczy jajnik – pęcherzyki foliberyna estrogeny jądro – spermatogeneza inhibina jajnik – ciałko żółte luliberyna jądro – gr. śródmiąższowy gr. mlekowy estrogeny, OXY prolaktostatyna odruch z receptorów w brodawce sutka

ADH(VP)–wazopresyna cewki zbiorcze nerek – h. antydiuretyczny aparat przykłębkowy wydzielanie stałe (hamowanie wydzielania reniny)

zwiększenie ciśnienia osmotycznego krwi angiotensyna II stres

OXY – oksytocyna wydalanie okresowe

mięśniówka macicy, komórki mioepitelialne gruczołu mlekowego

odruchy z mechano– receptorów szyjki macicy i brodawek sutkowych

cz. pośrednia

MSH – melanotropina

melanocyty skóry

kortyzol katecholaminy

szyszynka

melatonina

melanocyty skóry podwzgórze – gonadotrofy

światło – siatkówka – ukł. współczulny

cz. nerwowa

zmniejszenie ciśnienia osmotycznego krwi

tarczyca tyroksyna (T4) komórki trójjodotyronina pęcherzykowe (T3)

wątroba tk. tłuszczowa (lipoliza) mięśnie kości

TSH, zimno

ciepło, stres

komórki C

kalcytonina

kości nerki

wzrost stężenia Ca w osoczu

spadek stężenia Ca w osoczu

przytarczyce

parathormon (PTH)

kości (zwiększa resorpcję Ca) nerki (hamowanie resorpcji fosforanów zwiększa resorpcję Ca)

małe stężenie Ca w osoczu

duże stężenic Ca w osoczu

nadnercza – kora

aldosteron

nerki – wstawki

kortyzol (hydrokortyzon)

angiotensyna – wzrost stężenia we krwi K, spadek Na ACTH wątroba (glukogenogeneza) ACTH mięśnie (metabolizm białek), tk. tłuszczowa nerki, układ immunologiczny (grasica)

wzrost stężenia Na spadek stężenia K

Gruczoły wydzielania dokrewnego

275

Tabela 22.1. Gruczoły dokrewne cd.

Wydzielina

nadnercza – kora

androgeny (dehydro– epiandrosteron, testosteron) estrogeny(niewiele)

rdzeń

aminy katecholowe: dopamina, noradrena– lina, adrenalina

wiele narządów zawierających receptory adrenergiczne α i β

acetylocholina

wyspy trzustkowe komórki A

glukagon

wątroba (glikogenoliza) tk. tłuszczowa (lipoliza – wzrost), serce

zmniejszenie stężenie glukozy we krwi

zwiększenie stężenia glukozy we krwi

komórki B

insulina

wątroba (glikogenogeneza) zwiększenie tk. tłuszczowa (lipoliza stężenia glukozy – zahamowanie) we krwi

zmniejszenie stężenia glukozy we krwi

komórki D

somatostatyna

komórki A i B (wysp ? trzustkowych–parakrynia)

?

komórki PP

polipeptyd trzustkowy (PP)

pęcherzyki trzustkowe ? (hamowanie wydzielania)

?

nabłonek plemniko– twórczy jądra, drogi wyprowadzające nasienie i gruczoły z nimi związane, narządy płciowe zewnętrzne

wzrost stężenia testosteronu w osoczu

gruczoł testosteron śródmiąższowy jądra

Narząd docelowy

Sterowanie funkcją gruczołu

Gruczoł

stymulowanie

hamowanie

stałe wydzielanie ACTH (w dużym stężeniu)

ICSH

jajnik pęcherzyki

estrogeny

jajnik (pęcherzyki, FSH ciałko żółte) narządy rodne wewnętrzne i zewnętrzne gruczoł mlekowy

wzrost stężenia estrogenu w osoczu

ciałko żółte

progesteron

macica pochwa gruczoł mlekowy

wzrost stężenia progesteronu w osoczu

LH

Komórki B – produkują insulinę – polipeptyd (m.cz. 5.734) obniżający poziom glukozy we krwi, zwiększający wchłanianie glukozy przez komórki mięśniowe i tłuszczowe oraz zwiększający syntezę glikogenu. Insulina powstaje najpierw jako proinsulina, która po odłączeniu C–peptydu w AG przekształca się w insulinę. Komórki A – produkują glukagon, polipeptyd (m.cz. 3.485) zwiększający poziom glukozy we krwi. Komórki D – wydzielają somatostatynę, która hamuje wydzielanie insuliny i glukagonu. Komórki PP – wydzielają polipeptyd trzustkowy o nie wyjaśnionej w pełni roli. Wydaje się, że wpływa na wydzielanie soku trzustkowego.

NARZ•D WZROKU

23

Narząd wzroku, zwany także po prostu okiem, tworzą: gałka oczna oraz narządy dodatkowe tj. mięśnie gałki ocznej, spojówka, powieka i narząd łzowy. Narząd wzroku umożliwia widzenie poprzez tworzenie obrazów optycznych w płaszczyźnie wewnętrznej – światłoczułej warstwy gałki ocznej zwanej siatkówką oraz przekształcenie ich tzn. obrazów w pobudzenie nerwowe przekazywane do mózgu.

Ryc. 23.1. Narząd wzroku. (1) LG – gruczoł łzowy, LD – przewód łzowy, LS – woreczek łzowy, NC – kanał nosowo-łzowy, El – powieki, E – gałka oczna; (2) C – rogówka, S – twardówka, I – tęczówka, CB – ciałko rzęskowe, Ch – naczyniówka, R – siatkówka, OS – rąbek zębaty, L – soczewka, CZ obwódka rzęskowa, VB – ciałko szkliste, AC – komora przednia, PC – komora tylna, IA – kąt tęczówkowo-rogówkowy, TM – siateczka beleczkowa, SC – zatoka żylna twardówki (Kanał Schlemma), CT – torebka Tenona, Ad – tkanka tłuszczowa, ES – przestrzeń Tenona, M – mięśnie okoruchowe, ON – nerw wzrokowy, BC – spojówka gałkowa, OP – brodawka nerwu wzrokowego, ML – plamka żółta, El – powieka, Sk – skóra, PC – spojówka powiekowa, F – sklepienie spojówki, TG – gruczoł tarczkowy (Meiboma), Es – rzęsy, strzałki – rąbek rogówki.

Narząd wzroku rogówka

277

komora przednia kanał Schlemmana

rąbek

więzadełko tęczówka rąbek komora zębaty tylna

mięśnie rzęskowe

wyrostek rzęskowy

soczewka

naczyńka siatkówka twardówka plamka żółta

twardówka nabłonek barwnikowy naczyńka

brodawka mięśnia wzrokowego dołek centralny (plamka żółta)

Ryc. 23.2. Gałka oczna prawego oka.

1 – akson komórki zwojowej, 2 – komórka dwubiegunowa, 3 – pręciki, 4 – czopki

23.1. GA£KA OCZNA Gałka oczna ma kształt zbliżony do kuli o średnicy (u człowieka) 22–24 mm. Gałkę oczną tworzą trzy koncentryczne warstwy: od zewnątrz 1. błona włóknista składająca się w 5/6 z nieprzejrzystej twardówki (sclera) oraz w 1/6 z przezroczystej rogówki (cornea); 2. błona naczyniowa składająca się z: naczyniówki (choroidea), ciałka rzęskowego (corpus ciliare) oraz tęczówki (iris); 3. błona wewnętrzna – siatkówka (retina).

23.1.1. TWARD”WKA Twardówka ma grubość 0,3–1,0 mm i jest biała, dlatego nazywana jest też białkówką. Głównym jej składnikiem są włókna kolagenowe, którym zawdzięcza sztywność, a przez to utrzymywanie kształtu kulistego przez gałkę oczną. Między włóknami kolagenowymi znajdują się włókna sprężyste oraz fibroblasty, a także, szczególnie w głębszych warstwach twardówki, komórki barwnikowe – melanocyty.

Rozdział 23

278

23.1.2. ROG”WKA Rogówka ma grubość ok. 1 mm, a zbudowana jest z pięciu warstw: 1) nabłonka przedniego; 2) blaszki granicznej przedniej; 3) istoty właściwej rogówki; 4) blaszki granicznej tylnej; 5) nabłonka tylnego. 1. nabłonek przedni rogówki jest nabłonkiem wielowarstwowym płaskim, nierogowaciejącym, zawierającym 5–6 warstw komórek. Ma znaczne zdolności regeneracyjne, a czas wymiany komórek wynosi około 7 dni. Powierzchowne komórki mają mikrokosmki zanurzone w cienkiej błonce ochronnej zawierającej lipidy i glikoproteiny. Nabłonek ten spoczywa na 2. blaszce granicznej zewnętrznej (Bowmana), którą tworzą cienkie włókna kolagenowe ułożone nieregularnie. Ma ona grubość 7–12 µm. Nie ma w niej komórek. Blaszka styka się z 3. istotą właściwą rogówki (stroma), którą tworzą regularnie – warstwowo ułożone włókna kolagenowe. W każdej warstwie włókna ułożone są równolegle względem siebie, a kierunek ich przebiegu jest różny w sąsiadujących warstwach. Rogówka zawiera co najmniej kilkadziesiąt warstw, pomiędzy którymi znajdują się fibroblasty, zwane korneocytami. Istota podstawowa zawiera siarczan chondroityny. Zrąb rogówki, tak jak i pozostałe jej warstwy, nie zawiera naczyń krwionośnych. Rogówka odżywiana jest przez płyny dyfundujące z obwodu rogówki, gdzie znajdują się naczynia (rąbek rogówki). W odżywianiu rogówki uczestniczy także ciecz wodnista wypełniająca komorę przednią. Od tyłu istota właściwa rogówki opiera się o 4. blaszkę graniczną tylną (Descemeta), zbudowaną z włókien kolagenowych ułożonych regularnie. Ma grubość 5–10 µm. Na blaszce tej, od tyłu rogówki leży

Ryc. 23.3. Przednia część rogówki.

nabłonek błona graniczna zewnętrzna włókno nerwowe zrąb fibroblast

Narząd wzroku

279

5. nabłonek tylny, jednowarstwowy płaski. Komórki tego nabłonka mają ultrastrukturę charakterystyczną dla komórek zaangażowanych w aktywny transport oraz syntezę i wydzielanie białka. Rąbek rogówki (limbus corneae) to miejsce styku rogówki i twardówki. Na zewnątrz odpowiada mu (wyznacza go) bruzda twardówkowa zewnętrzna, natomiast od wewnątrz biegnie bruzda twardówkowa wewnętrzna, wypełniona siecią beleczek i zatok. Pomiędzy dwoma bruzdami biegnie, a więc także okrężnie, zatoka żylna twardówki (kanał Schlemma). Zatoka ta podobnie jak zatoki bruzdy wewnętrznej wysłana jest śródbłonkiem. Przez zatoki bruzdy oraz zatokę żylną odpływa ciecz wodnista z komory przedniej gałki ocznej. Rogówka jest istotnym elementem układu optycznego oka. Siłą łamiącą dwukrotnie przewyższa soczewkę. Rogówka jest silnie unerwiona.

23.1.3. B£ONA NACZYNIOWA GA£KI OCZNEJ Naczyniówka. Wyróżniamy w niej, idąc od zewnątrz, następujące warstwy: 1) blaszka nadnaczyniówkowa; 2) blaszka naczyniowa; 3) blaszka naczyń włosowatych; 4) blaszka podstawna. 1. blaszka nadnaczyniówkowa sąsiaduje z twardówką, a tworzy ją tkanka łączna włóknista zawierająca melanocyty, nadające jej barwę brązową; 2. blaszka naczyniowa zawiera naczynia tętnicze i żylne oraz tkankę łączną wraz z melanocytami leżącą pomiędzy nimi; 3. blaszka naczyń włosowatych zawiera naczynia o śródbłonku z okienkami. Melanocyty nie występują. Naczynia włosowate tej warstwy stanowią źródło odżywienia komórek siatkówki, od których oddziela je 4. blaszka podstawna (Brucha). Tworzy ją pięć warstw: 1 – błona podstawna naczyń włosowatych (blaszki naczyń włosowatych); 2 – warstwa włókien kolagenowych; 3 – warstwa włókien sprężystych; 4 – warstwa włókien kolagenowych oraz 5 – błona podstawna nabłonka barwnikowego (siatkówki). Ciałko rzęskowe. Stanowi leżące do przodu od naczyniówki, pierścieniowate jej poszerzenie. Na przekroju poprzecznym ma kształt trójkąta, którego jeden bok (zewnętrzny) styka się z twardówką, drugi (wewnętrzny) z ciałkiem szklistym, a trzeci (dośrodkowy) skierowany jest ku soczewce i stanowi ograniczenie tylnej komory gałki ocznej. W kierunku soczewki odchodzi od ciałka rzęskowego około 70 wyrostków rzęskowych, które za pomocą włókienek (Zinna) wiążą ciałko rzęskowe z torebką soczewki. Zrąb wyrostków rzęskowych tworzy tkanka łączna luźna z licznymi naczyniami. Naczynia te są źródłem cieczy wodnistej, która trafia najpierw do tylnej komory gałki ocznej, tworzonej przez ciałko rzęskowe, soczewkę oraz tęczówkę. Następnie przez źrenicę ciecz wodnista przepływa do komory przedniej, tworzonej przez rogówkę z przodu, a przez tęczówkę i częściowo soczewkę z tyłu. Ciecz wodnista odpływa, jak już wspomniano, poprzez zatokę żylną twardówki. W tworzeniu cieczy wodnistej uczestniczy dwuwarstwowy nabłonek pokrywający ciałko rzęskowe oraz wyrostki rzęskowe. Nabłonek jest kontynuacją siat-

Rozdział 23

280

Ryc. 23.4. Połączenie ciałka rzęskowego z soczewką.

tkanka łączna ciałko rzęskowe

wyrostki rzęskowe

więzadełko

soczewka

kówki, przy czym nabłonek wewnętrzny stykający się z cieczą wodnistą w komorze tylnej, jest bezbarwnikowy, tworzą go komórki odpowiadające komórkom glejowym siatkówki, natomiast leżący od zewnątrz nabłonek barwnikowy, jest przedłużeniem nabłonka barwnikowego siatkówki. Komórki obu nabłonków mają cechy komórek zaangażowanych w transport jonów i wody. Zasadniczym składnikiem ciałka rzęskowego są jednak komórki mięśniówki gładkiej tworzące mięsień rzęskowy, zwany także mięśniem akomodacyjnym, gdyż uczestniczy on w akomodacji oka przez wpływ na krzywiznę soczewki. Mięsień rzęskowy ma dwie części, jedną tworzą komórki mięśnia gładkiego ułożone okrężnie w stosunku do soczewki (równoleżnikowo), leżące przyśrodkowo. Napięcie tej części mięśnia rzęskowego powoduje zmniejszanie napięcia włókien łączących wypustki rzęskowe z soczewką, przez co krzywizna soczewki ulega zwiększeniu. Druga część mięśnia rzęskowego ma układ komórek prostopadły do poprzedniej (południkowy), leży w stosunku do niej obwodowo. Napięcie tej części mięśnia rzęskowego powoduje napięcie torebki soczewki, a przez to jej spłaszczenie i zmniejszenie krzywizny. Tęczówka. Jest przedłużeniem naczyniówki i pokrywa od przodu soczewkę. Na obwodzie połączona jest z ciałkiem rzęskowym, a w środku ma otwór zwany źrenicą (pupilla). Powierzchnia przednia jest nierówna, natomiast tylna gładka. W tęczówce wyróżniamy następujące warstwy: 1) nabłonek przedni tęczówki; 2) warstwa graniczna zewnętrzna; 3) zrąb tęczówki; 4) warstwa barwnikowa tęczówki. Nabłonek przedni tęczówki jest jednowarstwowy płaski i na obwodzie łączy się z nabłonkiem tylnym rogówki.

Narząd wzroku

281

Warstwę graniczną zewnętrzną tworzą fibrocyty i włókna kolagenowe. Brak naczyń krwionośnych. Zrąb tęczówki tworzą fibrocyty, włókna kolagenowe, które ułożone są głównie promieniście oraz naczynia krwionośne. W zrębie tęczówki mogą występować liczne melanocyty, które decydują o kolorze tęczówki. Jeśli melanocyty są liczne, tęczówka ma kolor brązowy, a nawet ciemny. Gdy jest ich niewiele lub brak wtedy widoczny jest nabłonek pokrywający tylną powierzchnię tęczówki. Jest on przedłużeniem dwuwarstwowego nabłonka pokrywającego ciałko rzęskowe, przy czym tutaj obie warstwy zawierają brązową melaninę, która jednak w wyniku efektów optycznych jest widziana jako niebieska. Przy braku melanocytów w zrębie staje się widoczna. W zrębie tęczówki znajdują się dwa mięśnie: mięsień zwieracz źrenicy (sphincter pupillae) i mięsień rozwieracz (dilatator pupillae). Mięsień zwieracz tworzą komórki mięśniówki gładkiej ułożone okrężnie blisko żrenicy, tworzące pierścień o grubości ok. 1 mm. Komórki mięśnia rozwieracza źrenicy, leżą promieniście i obwodowo w stosunku do mięśnia zwieracza. Komórki tego mięśnia są komórkami mioepitelialnymi, pochodzenia ektodermalnego. Mięśnie tęczówki wpływają na wielkość źrenicy przez co tęczówka pełni rolę przesłony decydującej o ilości światła wpadającego do wnętrza gałki ocznej.

23.1.4. SIATK”WKA Siatkówka to błona wewnętrzna gałki ocznej. Od zewnątrz styka się z naczyniówką, a od wewnątrz z ciałkiem szklistym. Zasadnicza część siatkówki zwana częścią wzrokową zawiera komórki odbierające bodźce światła, do przodu od części wzrokowej znajduje się część rzęskowa i część tęczówkowa siatkówki, pozbawione receptorów światła. Tutaj siatkówka, jak już wspomniano, zredukowana jest do dwóch warstw komórek nabłonkowych. Budowa części wzrokowej siatkówki jest bardzo skomplikowana i wyróżniamy w niej następujące warstwy (ryc. 23.5, 23.6), idąc od zewnątrz (od naczyniówki): 1) warstwa barwnikowa; 2) warstwa pręcików i czopków; 3) błona graniczna glejowa; 4) warstwa ziarnista zewnętrzna; 5) warstwa splotowata zewnętrzna; 6) warstwa ziarnista wewnętrzna; 7) warstwa splotowata wewnętrzna; 8) warstwa zwojowa; 9) warstwa włókien nerwowych; 10) błona graniczna glejowa wewnętrzna. Ten wielowarstwowy układ w istocie tworzony jest przez trzy kolejne neurony drogi wzrokowej: I – warstwy 2–5, II – warstwy 5–7 oraz III – warstwy 7–9. Przy czym I neuron (komórki receptorowe) umieszczony jest najbardziej zewnętrznie przez co światło wpadające do gałki ocznej, aby do niego dotrzeć najpierw przebiega całą grubość siatkówki. ad 1. warstwę barwnikową tworzy nabłonek jednowarstwowy kostkowy, którego komórki zawierają brązową melaninę. Barwnik ten pochłania światło padające na siatkówkę, przeciwdziałając jego odbiciu. Na powierzchni, komórki tworzą wy-

Rozdział 23

282

naczyniówka w. barwnikowa

w. pręcików i czopków

w. ziarnista zewnętrzna w. splotowa zewnętrzna

w. ziarnista wewnętrzna

w. splotowa wewnętrzna w. zwojowa w. włókien nerwowych błona graniczna wewnętrzna w. barwnikowa błona graniczna zewnętrzna jądro komórki pręcikonośnej

segment zew. segment wew. komórka czopkonośna

I neron

komórka pozioma komórka dwubiegunowa komórka glejowa podporowa (Müllera)

II neron komórka amakrytowa

komórka zwojowa kolaterale błona graniczna wewnętrzna Ryc. 23.5. Budowa siatkówki oka.

III neron tętniczka

Narząd wzroku

283

A.c.r. 1

2

3

4 5

6

7 8

9

10

Ryc. 23.6. Unaczynienie siatkówki oka. A.c.r. – odgałęzienia naczyń centralnych siatkówki, 1 – błona graniczna wew., 2 – warstwa włókien nerwowych, 3 – warstwa splotowata wew., 4 – warstwa ziarnista wew., 5 – warstwa splotowata zew., 6 – warstwa ziamista zew., 7 – warstwa pręcików i czopków, 8 – warstwa barwnikowa, 9 – naczy– niówka, 10 – twardówka.

Rozdział 23

284

pustki wnikające pomiędzy segmenty zewnętrzne pręcików i czopków. Podstawą komórki spoczywają na błonie podstawnej, która wchodzi w skład blaszki podstawnej (Brucha) naczyniówki. Wewnątrz cytoplazmy w obrazie ME widać tworzone melanosomy oraz lizosomy i fagosomy trawiące fragmenty segmentów zewnętrznych pręcików i czopków. Nabłonek barwnikowy jest dość lużno związany z warstwą pręcików i czopków przez co może na ich styku dochodzić do tzw. odwarstwienia siatkówki. ad 2–5. Następne warstwy siatkówki tworzą komórki wzrokowe i towarzyszące im komórki glejowe. Komórki wzrokowe, stanowiące pierwszy, receptorowy neuron drogi wzrokowej występują w dwóch odmianach jako: pręcikonośne i czopkonośne. Pierwsze są liczniejsze i w jednym oku jest ich około 120 milionów, podczas gdy drugich 6 milionów. Komórka wzrokowa pręcikonośna jest wydłużona (75 µm) i składa się z następujących części: 1) pręcika; 2) wypustki pręciokonośnej; 3) ciała komórki; 4) włókna wewnętrznego i 5) buławki końcowej (ryc. 23.9). Pręcik ma kształt wydłużonego walca i podzielony jest przewężeniem na odcinek (segment) zewnętrzny i odcinek (segment) wewnętrzny. Segment zewnętrzny zawiera charakterystyczne dyski zawierające rodopsynę. Ułożone są one prostopadle do długiej osi pręcika i jeden nad drugim w liczbie do kilku tysięcy. Powstają przez wpuklenie się błony komórkowej w pobliżu przewężenia a następnie przesuwają się w kierunku (w ciągu padające światło błona graniczna wewnętrzna

aksony komórek zwojowych

komórki zwojowe warstwa splotowa wewnętrzna

komórki amakrynowe

komórki dwubiegunowe

komórki podporowe siatkówki (Müllera) komórka pozioma

warstwa splotowa zewnętrzna segmenty wewnętrzne pręcików i czopków bona graniczna zewnętrzna

segmenty zewnętrzne pręcików i czopków pręcik

czopek

Ryc. 23.7. Komórki tworzące siatkówkę oka.

nabłonek barwnikowy

Narząd wzroku

trawienie przez lizosomy fragmentów pręcika sfagocytowanego przez komórki nabłonka barwnikowego

transport witaminy A i jej estryfikacja przez SER

285

synteza melaniny przez RER, AG i melanosomy

transport jonów przez mitochondria i błonę komórkową

Ryc. 23.8. Komórka nabłonka barwnikowego siatkówki oka.

ok. 10 dni) do zewnętrznego końca pręcika, aby ulec sfagocytowaniu przez komórki warstwy barwnikowej. Przewężenie łączące segment zewnętrzny z wewnętrznym ma budowę podobną do migawki. Segment wewnętrzny zawiera liczne mitochondria, SER i RER oraz AG. Tutaj tworzony jest materiał na dyski segmentu zewnętrznego. Pręciki znajdują się w warstwie 2 siatkówki. Pręcik, który odpowiada dendrytowi łączy się z ciałem komórki (neuronu) poprzez wypustkę pręcikonośną. Na jej wysokości znajduje się warstwa 3 – błona graniczna glejowa. Pod błoną graniczną znajduje się warstwa 4 – ziarnista zewnętrzna, która zawiera ciała komórek pręcikonośnych. Jądra tych komórek leżą na różnych poziomach. Od ciała komórki odchodzi włókno (filament) wewnętrzne, które kończy się buławką końcową. Wypełniają ją pęcherzyki synaptyczne i mitochondria. Poprzez buławkę komórka pręcikonośna tworzy synapsy z komórkami II–go neuronu oraz neuronami poziomymi. Znajdują się one w warstwie 5. Komórki wzrokowe czopkonośne mają budowę nieco odmienną od poprzednich. Czopek, odpowiednik pręcika, szeroki u podstawy zwęża się ku wierzchołkowi (ryc. 23.9). Zawiera dyski, które w przeciwieństwie do pręcików mają zachowane połączenie z błoną komórkową, z której powstają. Czopki odbierają zarówno światło jak i barwy. Odbiór barw zawdzięczamy istnieniu trzech odmian czopków zawierających barwnik wzrokowy jodopsynę o różnej wrażliwości na długość fali światła. Barwę fioletową i niebieską odbierają czopki zwierające jodopsynę o wrażliwości na światło o długości fali 420

286

Rozdział 23

Ryc. 23.9. Fotoreceptory. OS – segment zewnętrzny, IS – segment wewnętrzny, PE – nabłonek barwnikowy, Pl – błona komórkowa, MD – dyski, C – rzęska, BB – ciałko podstawne, R – korzonek podstawny, E – elipsoid, M – mioid, Ce – centriola, G – aparat Golgiego, rER – cysterna RER, sER – cystema SER, OF – włókno zewnętrzne, ZA – strefa przylegania, MC – komórka glejowa podporowa (Müllera), N – jądro komórkowe, IF – włókno wewnętrzne, RS – buławka końcowa, SR – wstążka synaptyczna, SV – pęcherzyki synaptyczne, P – wypustka końcowa, LP – fagosom, SrS – przestrzeń podsiatkówkowa, Mv – mikrokosmki, OLM – błona graniczna zewnętrzna, strzałki – wpuklenia błony komórkowej.

Narząd wzroku

287

nm, zieloną oraz żółtą o wrażliwości na światło 535 nm i barwę czerwoną na światło o fali 565 nm. Odcinek zewnętrzny (segment) łączy się podstawą bezpośrednio z ciałem komórki, od którego odchodzi włókno wewnętrzne kończące się wypustką końcową. Wypustka ta podobnie jak buławka komórki pręcikonośnej tworzy synapsy z komórkami II–go neuronu i poziomymi, jednak synapsy te są bardziej złożone. Komórki poziome leżą w warstwie 6 – ziarnistej wewnętrznej, a swoje wypustki, dendryty i neuryty wysyłają do warstwy 5 – splotowatej zewnętrznej, gdzie dendryty tworzą synapsy z komórkami czopkowymi, a neuryty z komórkami pręcikowymi. Uważa się, że komórki te przyczyniają się do wzmocnienia kontrastu obrazu. Komórki (neurony) dwubiegunowe znajdują się w warstwie ziarnistej wewnętrznej 6, a ich wypustki w warstwie 5 – splotowatej zewnętrznej i 7 – splotowatej wewnętrznej. Łączą one komórki I–szego neuronu (pręcikowe i czopkowe) z komórkami III–go neuronu. Jest ich mniej niż komórek I–szego neuronu ale więcej niż III–go, tak więc na drodze wzrokowej następuje redukcja liczby neuronów. Komórki (neurony) amakrynowe nie posiadają neurytu. Ich ciała znajdują się w warstwie 6 – ziarnistej wewnętrznej, a ich dendryty w warstwie 7 – splotowatej wewnętrznej. Łączą one różne neurony siatkówki, a funkcja ich nie jest jeszcze poznana. Komórki zwojowe stanowiące III neuron. Ciała ich znajdują się w warstwie 8, a dendryty w warstwie 7 gdzie łączą się z komórkami dwubiegunowymi i amakrynowymi. Ich długie neuryty zbiegają się z całej siatkówki w tylnej części gałki ocznej tworząc krążek nerwu wzrokowego, gdzie przebijają ścianę gałki ocznej i biegną w pniu nerwu wzrokowego.

A. Budowa pręcika błona komórkowa

B. Ciemność

D. Powrót do stanu wyjścia

C. Aktywacja

fosfodiesteraza

rodopsyna

arestyna hydroliza

cyklaza guanylowana

ER AG mitochondria

otwarte kanały bramkowe

zamknięte kanały bramkowe

nośnik superpolaryzacja błony komórkowej

otwarte kanały bramkowe prąd przywraca potencjał spoczynkowy błony

superpolaryzacja (błona hamuje wydzielanie) konstytutywne wydzielanie glutaminianu

Ryc. 23.10. Transdukcja sygnału w komórce pręcikowej wzbudzonej przez światło. ER – siateczka wewnątrzplazmatyczna, AG – aparat Golgiego.

288

Rozdział 23

Komórki glejowe podporowe (Müllera) rozmieszczone są pomiędzy neuronami, cytoplazma ich rozciąga się przez całą grubość siatkówki, a jądra leżą na wysokości warstwy ziarnistej wewnętrznej (6). Tworzą one wraz z neuronami zwarty układ komórek i ich wypustek, połączone są z komórkami nerwowymi poprzez obwódki zamykające i przylegania (zonula occludens, zonula adherens). Plamka (macula) zwana żółtą leży w tylnej części gałki ocznej, jest miejscem najostrzejszego widzenia. W tym miejscu siatkówka wykazuje pewną odmienność w budowie. Znajdują się tu jedynie czopki, stosunek ilościowy komórek 3 rodzajów neuronów jest jak 1:1:1, a więc nie ma tu redukcji liczby neuronów, co zapewnia ostrość (rozdzielczość) widzenia. W miejscu plamki znajduje się zagłębienie – dołek środkowy (fovea centralis), w wyniku rozsunięcia się komórek tworzących warstwy nad komórkami czopkowymi przez co promień świetlny pada na czopki nie przechodząc przez inne warstwy siatkówki. Widzenie „plamką żółtą” zapewnia z jednej strony ostre widzenie, a z drugiej widzenie barwne ponieważ czopki są znacznie bardziej wrażliwe na barwę niż pręciki, które jednak są wrażliwsze na słabe świecenie. Tak więc barwy widzimy lepiej w silnym oświetleniu. Barwniki wzrokowe. Jak już wspomniano dyski pręcików i czopków zawierają tzw. barwniki wzrokowe. Pręciki rodopsynę a czopki jodopsynę. Barwniki te tworzy białko – opsyna, z którym związany jest retinen, pochodna witaminy A. Pod wpływem światła dochodzi do oddzielenia retinenu od opsyny, która ulega aktywacji i z kolei aktywuje fosfodiesterazę cGMP. W konsekwencji następuje spadek stężenia tego cyklicznego nukleotydu, co pociąga za sobą zamknięcie kanałów dla jonów Na+ i hiperpolaryzację błony komórkowej oraz zmniejszenie uwalniania neurotransmitera hamującego co powoduje pobudzenie dalszych neuronów drogi wzrokowej.. W ciemności następuje regeneracja barwników wzrokowych przez łaczenie się retinenu z opsyną. To powoduje, przez wzrost stężenia cGMP, otwarcie kanałów dla jonów Na+ i depolaryzację błony, a to z kolei wywołuje stałe uwalnianie neurotransmiterów hamujących: glicyny i GABA.

23.1.5. SOCZEWKA (LENS) Soczewka jest dwuwypukła (śred. 10 mm, grubość 4 mm), umocowana jest do ciałka rzęskowego poprzez włókienka oraz wyrostki rzęskowe. Główną jej masę tworzą bardzo wydłużone komórki (do 10 mm), zwane włóknami soczewki. Włókna soczewki są ściśle upakowane, a na przekroju poprzecznym mają kształt sześcioboku. Cytoplazma zawiera niewiele organelli, natomiast znajdują się w niej specyficzne dla soczewki białka – krystaliny (alfa, beta i gamma). Ich układ przestrzenny decyduje o przejrzystości soczewki. Każde włókno zagięte jest w kształt litery U, a zagięcie znajduje się na równiku soczewki, tak więc początek jest z przodu a koniec z tyłu. Zakończenia włókien tworzą z przodu i tyłu soczewki tzw. szwy kształtu litery Y. Cała soczewka otoczona jest błoną zwaną torebką soczewki, pod którą z przodu znajduje się nabłonek soczewki – jednowarstwowy sześcienny. Komórki tego nabłonka na równiku soczewki przekształcają się we włókna soczewki.

Narząd wzroku

289

23.1.6. CIA£O SZKLISTE (CORPUS VITREUM) Ciało szkliste wypełnia wnętrze gałki ocznej. Tworzy je galaretowata przejrzysta substancja, w której znajduje się rzadka sieć włókien kolagenowych, a w jej oczkach nieliczne komórki: hialocyty i makrofagi oraz substancja podstawowa w postaci kwasu hialuronowego.

23.2. NARZ•DY DODATKOWE OKA 23.2.1. SPOJ”WKA (TUNICA CONJUNCTIVA) Spojówka jest rodzajem błony śluzowej, wyścieła od wewnątrz powiekę oraz od zewnątrz gałkę oczną. Pokrywa spojówkę nabłonek wielowarstwowy. Poza brzegami powiek i blisko rąbka rogówki (nabłonek płaski) jest to nabłonek wielowarstwowy walcowaty. Pod nabłonkiem jest tkanka łączna luźna z włóknami sprężystymi.

23.2.2. POWIEKA Wyróżniamy w niej następujące warstwy idąc od zewnątrz: 1) skóra; 2) mięsień okrężny; 3) tarczka; 4) spojówka. Tarczka (tarsus) jest płytką zbudowaną z tkanki łącznej włóknistej, zawiera gruczoły tarczkowe (Meiboma) w liczbie ok. 30. Biegną one do brzegu powieki, budową odpowiadają gruczołom łojowym skóry.

23.2.3. NARZ•D £ZOWY Tworzą go: gruczoły łzowe oraz kanaliki łzowe, woreczek łzowy i przewód nosowo– łzowy. Gruczoł łzowy (g. lacrimalis) składa się z kilku lub kilkunastu płacików gruczołowych, od których odchodzą przewody wyprowadzające, które w górnym sklepieniu spojówki otwierają się do worka spojówkowego. Jest to gruczoł cewkowo–pęcherzykowy, którego komórki wydzielnicze tworzą nabłonek jednowarstwowy sześcienny, otaczają je komórki mioepitelialne. Przewody wyprowadzające mają najpierw nabłonek sześcienny, potem walcowaty, a następnie dwuwarstwowy walcowaty. Łzy oprócz wody i jonów zawierają lizozym.

NARZ•D S£UCHU I R”WNOWAGI

24

Narząd słuchu i równowagi tworzy: ucho zewnętrzne, środkowe i wewnętrzne.

24.1. UCHO ZEWN TRZNE Ucho zewnętrzne składa się z dwóch części: małżowiny usznej i przewodu słuchowego zewnętrznego. Zasadniczym składnikiem budowy małżowiny usznej, nadającym jej kształt, jest chrząstka sprężysta. Pokrywa ją skóra, która po stronie wewnętrznej małżowiny nie zawiera tkanki podskórnej. W skórze małżowiny brak gruczołów potowych, a gruczoły łojowe związane są z nielicznymi włosami. Przewód słuchowy zewnętrzny ma przebieg nieco kręty i długość około 2,5 cm. Ścianę przewodu tworzy początkowo chrząstka będąca przedłużeniem chrząstki małżowiny a następnie kanał kostny w kości skroniowej. Wyścieła go cienka skóra, w której nie ma gruczołów potowych, występują natomiast pojedyncze gruczoły woskowinowe. Są to duże, przekształcone gruczoły potowe, cewkowate, apokrynowe. Cewki gruczołu tworzą komórki sześcienne lub walcowate. Wydzielina tych gruczołów wraz z wydzieliną gruczołów łojowych tworzy woskowinę.

24.2. UCHO åRODKOWE Przewód słuchowy zewnętrzny zamyka błona bębenkowa, która oddziela go od jamy bębenkowej. Jama bębenkowa wraz z błoną bębenkową, kostkami słuchowymi i trąbką słuchową tworzy ucho środkowe (ryc. 24.1).

24.2.1. B£ONA B BENKOWA (MEMBRANA TYMPANI) Błona bębenkowa ma kształt owalny i od strony jamy bębenkowej zrośnięty jest z nią młoteczek poprzez swoją rękojeść, przez co jest ona nieco wciągnięta do jamy bębenkowej. Szkielet błony tworzą włókna kolagenowe ułożone w dwie warstwy: wewnętrzna ma układ włókien okrężny, zewnętrzna promienisty. Jednak część przednio–górna błony nie zawiera włókien i przez to określana jest jako część wiotka (pars flaccida). Od strony przewodu słuchowego błonę bębenkową pokrywa cienka skóra, a więc na powierzchni znajduje się nabłonek wielowarstwowy płaski rogowaciejący. Natomiast od strony jamy bębenkowej błonę pokrywa błona śluzowa jamy z nabłonkiem jednowarstwowym sześciennym.

Narząd słuchu i równowagi

291

Ryc. 24.1. Narząd słuchu i równowagi. 1. Ucho zewnętrzne środkowe i wewnętrzne. Au – małżowina uszna, EM – przewód słuchowy zewnętrzny, TM – błona bębenkowa, AO – kostki słuchowe, TC – jama bębenkowa, AT – trąbka słuchowa, SC – kanały półkoliste, C – ślimak; 2. Ślimak. CD – przewód ślimaka, CN – część ślimakowa nerwu VIII, G – zwój spiralny; 3. Błędnik błoniasty. SDS – przewód półkolisty górny, SDL – przewód półkolisty boczny, SDP – przewód półkolisty tylny, ES – worek śródchłonki, ED – przewód śródchłonki, biała strzałka – ductus reuniens, U – łagiewka, S – woreczek, główka strzałki – przewód łagiewkowo–woreczkowy, A – bańka, V – przedsionek, G – zwój spiralny, CN – część ślimakowa nerwu VIII, TC – jama bębenkowa, St – strzemiączko, OW – okienko owalne, RW – okienko okrągłe, PD – przewód przychłonki, PT – tkanka łączna, FN – nerw twarzowy.

292

Rozdział 24

24.2.2. JAMA B BENKOWA Jama bębenkowa wysłana jest cienką błoną śluzową, którą pokrywa nabłonek jednowarstwowy płaski. Od tyłu łączy się z komórkami wyrostka sutkowego, a od przodu poprzez trąbkę słuchową, z jamą nosowo-gardłową. Wypełnia ją powietrze. Wewnątrz jamy bębenkowej znajdują się kosteczki słuchowe: młoteczek, kowadełko i strzemiączko, które łączą się z sobą tworząc jakby pomost pomiędzy błoną bębenkową i okienkiem owalnym (przedsionka), o które strzemiączko opiera się swoją podstawą. Kostki słuchowe tworzy tkanka kostna zbita grubowłóknista. Pokrywa je błona śluzowa jamy bębenkowej. Z kosteczkami słuchowymi związane są dwa mięśnie: mięsień napinacz błony bębenkowej i mięsień strzemiączkowy. Pierwszy napinając się wciąga błonę bębenkową w kierunku jamy i ogranicza jej drgania, podobnie drugi ogranicza, napinając się, ruchy podstawy strzemiączka. Tak więc oba te mięśnie mogą ograniczać ruchomość kosteczek słuchowych, a przez to chronić ucho przed zbyt silnymi dźwiękami.

24.2.3. TR•BKA S£UCHOWA (EUSTACHIUSZA) Trąbka słuchowa, ma długość ok. 4 cm i łączy, jak wspomniano, jamę bębenkową z jamą nosowo–gardłową. Ścianę trąbki tworzy początkowo (1/3) kanał kostny, a następnie chrząstka (2/3), najpierw sprężysta potem szklista. Wyścieła ją błona śluzowa pokryta w części kostnej przez nabłonek jednowarstwowy walcowaty migawkowy, a w części chrzęstnej nabłonek wielorzędowy migawkowy. U ujścia trąbki słuchowej do nosogardzieli znajduje się nagromadzenie tkanki limfoidalnej tworzące migdałek trąbkowy. Zwykle trąbka jest zamknięta dzięki sprężystości chrząstki, otwiera się w czasie łykania i ziewania, co zapewnia wyrównanie ciśnienia powietrza w jamie bębenkowej z otoczeniem.

24.2.4. FUNKCJA UCHA åRODKOWEGO Ucho środkowe tworzy aparat przewodzący drgania błony bębenkowej wywołane falą dźwiękową do ucha wewnętrznego za pośrednictwem okienka owalnego (przedsionka). Mechanizm działania tego aparatu przewodzącego jest pozornie prosty, w rzeczywistości jest on dość złożony, gdyż z jednej strony zapewnia niwelowanie strat energii jakie zachodzą w czasie przechodzenia drgań z powietrza do środowiska wodnego w uchu wewnętrznym, a z drugiej strony przez regulację napięcia – sztywności, pozwala dostosować się aparatowi przewodzącemu do różnych natężeń fal dźwiękowych.

24.3. UCHO WEWN TRZNE Ucho wewnętrzne tworzy błędnik kostny zawarty w kości skroniowej. Wewnątrz błędnika kostnego znajduje się cienkościenny błędnik błoniasty. Przestrzeń pomiędzy ścianą błędnika kostnego i błoniastego wyścieła cienka warstwa tkanki łącznej i nabłonek jed-

Narząd słuchu i równowagi

293

nowarstwowy płaski, a wypełnia płyn – przychłonka (perilympha). Przestrzeń ta łączy się z przestrzenią podpajęczynówkową mózgu, a przychłonka odpowiada płynowi mózgowordzeniowemu.

24.3.1. B£ DNIK KOSTNY Błędnik kostny tworzą: ślimak i przedsionek, który łączy się z 3 kanałami półkolistymi oraz z przestrzenią podpajęczynówkową poprzez przewód przychłonkowy, a także z jamą bębenkową przez okienko owalne (ryc. 24.1).

24.3.2. B£ DNIK B£ONIASTY Błędnik błoniasty tworzą: łagiewka (utriculus) i woreczek (sacculus), znajdujące się w przedsionku błędnika kostnego oraz ślimak błoniasty znajdujący się w ślimaku kostnym. Łagiewka łączy się z kanałami półkolistymi, z jednej strony, a z drugiej przewodem z woreczkiem. Od tego przewodu łączącego łagiewkę z woreczkiem odchodzi przewód śródchłonkowy zakończony ślepo woreczkiem śródchłonki. Przewód śródchłonki biegnie w kanale kostnym (wodociąg przedsionka), a woreczek śródchłonki leży pomiędzy blaszkami opony twardej. Natomiast woreczek łączy się krótkim przewodem (ductus reuniens) ze ślimakiem błoniastym, którego część znajduje się w przedsionku, a początek w pobliżu okienka owalnego. Błędnik błoniasty tworzy więc przestrzeń zamkniętą, a wypełniony jest płynem – śródchłonką (endolympha). Ścianę błędnika błoniastego tworzy cienka warstwa tkanki łącznej zawierająca włókna kolagenowe i niewielką ilość fibroblastów. W przestrzeni przychłonkowej przebiegają luźne pasma tkanki łącznej łączącej ścianę błędnika błoniastego z kostnym. Nabłonek pokrywający wewnętrzną stronę ściany, poza pewnymi okolicami, jest jednowarstwowy płaski.

24.3.3. åLIMAK (COCHLEA) Ślimak kostny ma długość ok. 35 mm i tworzy ok. 2,5 skrętów. Oś ślimaka tworzy wrzecionko (modiolus). Wewnątrz wrzecionka znajdują się neurony tworzące zwój spiralny. Są to neurony dwubiegunowe, których dendryt zdąża do ślimaka błoniastego i zawartego w nim narządu spiralnego (Cortiego), a neuryty tworzą część ślimakową nerwu VIII. Kanał ślimaka kostnego dzielony jest przez blaszkę spiralną, na część górną i dolną. Część wewnętrzna blaszki spiralnej utworzona jest przez kość, natomiast zewnętrzną część tworzy blaszka błoniasta, zwana także blaszką podstawną (lamina basilaris). Blaszka spiralna wiąże się z zewnętrzną ścianą przewodu ślimaka, w miejscu w którym znajduje się więzadło spiralne (ligamentum spirale). Część przewodu ślimaka znajdująca się nad blaszką spiralną, a więc górna podzielona jest przez cienką błonę zwaną błoną przedsionka (Reissnera). Łączy ona blaszkę spiralną, jej wewnętrzną część, ze ścianą zewnętrzną przewodu. Tak więc na przekroju poprzecznym przewodu ślimaka widać trzy przestrzenie: 1) przewód górny, zwany schodami przedsionka (scala vestibuli);

Rozdział 24

294

2) przewód środkowy (scala media), będący właściwym przewodem błoniastym, a ograniczonym od góry przez błonę przedsionka (Reissnera), a od dołu przez blaszkę podstawną; 3) przewód dolny, schody bębenka (scala tympani). Schody przedsionka i bębenka to przestrzenie wypełnione przychłonką, a przewód błoniasty (scala media) to przestrzeń wypełniona śródchłonką będąca częścią błędnika błoniastego. Schody przedsionka zaczynają się w pobliżu okienka owalnego, a schody bębenka przy okienku okrągłym. Schody przedsionka i bębenka łączą się u szczytu ślimaka poprzez mały otwór zwany szparą osklepka (helicotrema). Przewód ślimakowy (błoniasty) od góry ogranicza, oddzielając od schodów przedsionka błona przedsionka (Reissnera). Tworzy ją cienka warstwa tkanki łącznej z obu stron pokryta nabłonkiem jednowarstwowym płaskim. Od strony zewnętrznej przewód ogranicza prążek naczyniowy (stria vascularis). Jest to silnie unaczyniona błona pokryta specyficznym nabłonkiem zawierającym komórki podstawne i leżące na nich komórki brzegowe. Komórki brzegowe mają cechy komórek aktywnych gdyż zawierają liczne mitochondria oraz cechy komórek zaangażowanych w transport jonów. Prążek naczyniowy zaangażowany jest w produkcję śródchłonki, którą charakteryzuje wysoka zawartość jonów K+. Prążek naczyniowy, u dołu, przechodzi w wyniosłość spiralną (prominentia spiralis), która zawiera naczynia krwionośne, a pokrywa ją nabłonek jednowarstwowy sześcienny. Od góry wyniosłość ogranicza bruzdę spiralną zewnętrzną (sulcus spiralis extremus). komórki zmysłowe zewnętrzne

komórki zmysłowe wewnetrzne

błona nakrywkowa

tunel zewnętrzny komórki Hensena

komórki Klaudiusza komórki Boettchera

błona podstawna

komórki falangowe zewnętrzna komórka filarowa zewnętrzna

naczynie spiralne

komórka falangowa włókna komórka wewnętrzna nerwowe filarowa mielinowe tunel spiralny wewnętrzna wewnętrzny

tunel wewnętrzny (Cortiego)

Ryc. 24.2. Narząd spiralny (Cortiego).

Narząd słuchu i równowagi

295

komórka zmysłowa zew.

błona siatkowata

falanga

komórka zmysłowa wew.

komórka podporowa (Deitersa)

tunel wew,

włókno nerwowe

gałązka nerwu słuchowego komórka filarowa wew.

komórka filarowa zew.

Ryc. 24.3. Fragment aparatu spiralnego (Cortiego).

Komórki wyściełające bruzdę łączą się z komórkami pokrywającymi część zewnętrzną blaszki podstawnej, są to komórki Klaudiusza, a dalej przyśrodkowo komórki Hensena. Komórki te kontaktują się z komórkami tworzącymi narząd spiralny, zwany narządem Cortiego (ryc. 24.2). Jest to narząd, który przekształca drgania mechaniczne w bodźce nerwowe. Tworzą ten narząd komórki zmysłowe oraz komórki podporowe, leżące na blaszce podstawnej. Zewnętrzną część narządu Cortiego tworzą komórki podporowe, zwane falangowymi (Deitersa), ułożone w 3–4 rzędach. W ich górnej, wklęsłej części spoczywają komórki zmysłowe tworzące także 3–4 rzędów. Każda komórka falangowa wysyła do góry wypustkę, która rozszerza się na końcu. Rozszerzone końce wypustek komórek falangowych łączą się na wysokości szczytu komórek zmysłowych i tworzą ciągłą błonę siatkowatą, przez którą przenikają stereocilia komórek zmysłowych. Z komórkami falangowymi zewnętrznymi sąsiadują komórki filarowe – zewnętrzne i wewnętrzne (ryc. 24.3). Szerokie podstawy tych komórek stykają się ze sobą, natomiast bardzo zwężone wyższe części komórek stykają się ze sobą jedynie u szczytu, przez co powstaje pomiędzy komórkami filarowymi zewnętrznymi i wewnętrznymi przestrzeń, którą nazywamy tunelem wewnętrznym. Szczytowe części komórek filarowych biorą udział w tworzeniu błony siatkowatej. Do wewnątrz od komórek filarowych wewnętrznych leżą komórki falangowe wewnętrzne, ułożone w jeden rząd. Spoczywa na nich jeden rząd komórek zmysłowych. Komórki falangowe wewnętrzne podobnie jak zewnętrzne wysyłają wypustkę, która uczestniczy w tworzeniu błony siatkowatej. Z komórkami falangowymi do wewnątrz

296

Rozdział 24

sąsiadują komórki graniczne. Są to komórki sześcienne, które następnie przechodzą w komórki płaskie wyściełające bruzdę wewnętrzną. Komórki zmysłowe narządu spiralnego Cortiego ułożone są po stronie zewnętrznej (3–4 rzędów) i wewnętrznej (1 rząd) komórek filarowych. Różnią się one budową i prawdopodobnie nieco funkcją. Komórki zmysłowe zewnętrzne, spoczywają na kielichowato rozszerzonych komórkach falangowych. Dochodzą do nich włókna nerwowe ze zwoju spiralnego. Na powierzchni posiadają stereocilia. W części podstawnej zawierają mitochondria. Komórki zmysłowe wewnętrzne mają kształt buteleczkowaty, mitochondria leżą w górnej części komórek. Dolna część komórek tworzy liczne połączenia synaptyczne z dendrytami neuronów zwoju spiralnego. Narząd spiralny pokrywa błona nakrywkowa (membrana tectoria), która od wewnątrz łączy się z rąbkiem blaszki spiralnej. Rąbek utworzony jest przez zgrubienie okostnej pokrywającej blaszkę spiralną kostną. Rąbek ma dwie wargi przedsionkową i bębenkową. Z wargą przedsionkową łączy się błona nakrywkowa, a z bębenkową blaszka podstawna. Mechanizm funkcjonowania narządu spiralnego nie został dokładnie poznany. Jednak wydaje się, że zasadnicze znaczenie ma zgięcie wypustek komórek zmysłowych co ma powodować otwarcie kanałów błonowych dla jonów K+, które występują w dużym stężeniu w endolimfie. Powoduje to depolaryzację błony, a przez to przekazanie impulsu nerwowego. Rejestrację dźwięków tłumaczą różne hipotezy. Najstarsza Helmholza – rezonowania, twierdzi, że blaszka podstawna która ma różną szerokość od podstawy ślimaka (coraz szersza) rezonuje odpowiednio do długości fali drgań śródchłonki. Obecnie akceptowana teoria Bekesy’ego zakłada, że „załamanie się” fali biegnącej w śródchłonce wywołuje drgania blaszki podstawnej w odpowiednim odcinku narządu spiralnego.

24.4. NARZ•D R”WNOWAGI Tak więc przewód ślimakowy błoniasty uczestniczy w percepcji dźwięków, natomiast woreczek, łagiewka i kanały półkoliste rejestrują zmiany położenia głowy, a przez to przyczyniają się do utrzymywania równowagi ciała. Kanały półkoliste: przedni (górny), tylny i boczny łączą się z łagiewką. Przebiegają w kanałach kostnych. Kanały półkoliste błoniaste mają średnicę o połowę mniejszą niż kanały kostne, a ścianę ich tworzy błona łącznotkankowa wysłana nabłonkiem jednowarstwowym płaskim. W rozszerzeniach kanałów zwanych bańkami (ampullae), które znajdują się przy ujściu kanału do łagiewki, nabłonek ulega znacznej modyfikacji. W bańkach znajdują się fałdy utworzone z tkanki łącznej pokryte specyficznym nabłonkiem. Fałdy te nazywamy grzebieniami bańkowymi (cristae ampularae). Nabłonek pokrywający grzebień to nabłonek jednowarstwowy walcowaty zawierający komórki zmysłowe, rzęsate oraz komórki podporowe. Wypustki komórek zmysłowych zatopione są w masie galaretowatej tworzącej wraz z nimi tzw. osklepek. Komórki zmysłowe w łagiewce i woreczku znajdują się w strukturach zwanych plamkami statycznymi, które także tworzą komórki zmysłowe i podporowe ułożone w nabłonek jednowarstwowy walcowaty. Nabłonek ten pokrywa masa galaretowata, w której zatopione są rzęski i stereocilia komórek zmysłowych. W przeciwieństwie do grzebieni baniek zawiera ona także kamyczki błędnikowe (statoconia), drobne (3–5 µm) kryształki soli wapnia.

Narząd słuchu i równowagi

297

Ryc. 24.4. Komórki plamki statycznej. VI – komórka zmysłowa typu I, VII – komórka zmysłowa typu II, K – kinetocilium, St – stereocilia, FC – włókienko rdzenne, CP – płytka oskórkowa, BB – ciałko podstawowe, Aff – włókna nerwowe, dośrodkowe, SB – beleczka synaptyczna, N – nexus, Eff – zakończenie nerwu odśrodkowego, G – aparat Golgiego, SV – pęcherzyki synaptyczne, SC – komórki podporowe, TW – siateczka graniczna, Ce – centriola, Mt – mikrotubule, SG – ziarna wydzieliny, BL – błona podstawna, J – kompleksy łączące, MS – osłonka mielinowa.

298

Rozdział 24

Komórki zmysłowe grzebieni i plamek mają dość złożoną ultrastrukturę. Występują w 2 typach (ryc. 24.4). Typ I ma kształt buteleczkowaty i osadzony jest we włóknie nerwowym jak w kielichu. Komórki typu II są smukłe i kontaktują się z nimi liczne zakończenia nerwowe. Na powierzchni obu typów komórek występuje pojedyncza rzęska (migawka), która na przekroju zawiera 9 par i 1 centralną parę mikrotubul oraz ciałko podstawne. Rzęskę nazywa się kinetocylium. Obok pojedynczego kinetocylium, które leży brzeżnie znajduje się kilkadziesiąt stereociliów. Różnią się one wysokością, im dalsze od kinetocylium tym krótsze. Wykazano, że zgięcie stereociliów powoduje depolaryzację komórek zmysłowych. Leżące pomiędzy zmysłowymi komórki podporowe prawdopodobnie uczestniczą w tworzeniu osklepka i kamyków w plamkach łagiewki i woreczka. Tak więc ucho wewnętrzne przekształca bodźce mechaniczne w elektryczne. Uważa się, że narząd równowagi funkcjonuje na zasadzie uginania się stereociliów pod wpływem przesuwania się płynu – śródchłonki wskutek jej bezwładności. Dzięki temu możliwe jest rejestrowanie przez mózg przyspieszeń liniowych (plamki: łagiewki i woreczka) oraz kątowych (grzebienie baniek). Dokładny mechanizm przekształcania zmian ułożenia rzęsek w bodziec nerwowy nie jest jeszcze poznany.

SK”RA

25

Skóra jest narządem złożonym z naskórka (epidermis) oraz skóry właściwej (dermis). Naskórek jest pochodzenia ektodermalnego, natomiast skóra właściwa mezodermalnego. Pod skórą właściwą znajduje się warstwa tkanki łącznej luźnej zawierająca tkankę tłuszczową. Warstwa ta określana jest jako tkanka podskórna (hypodermis). Przydatki skóry, które podobnie jak naskórek są pochodzenia ektodermalnego to: włosy, gruczoły łojowe oraz potowe, a także paznokcie. Rozwojowo do gruczołów skórnych należy także gruczoł mlekowy. Skóra, która stanowi wagowo aż 16% całego organizmu odgrywa bardzo ważną rolę w jego prawidłowym funkcjonowaniu. Chroni organizm przed urazami mechanicznymi, bierze udział w regulacji gospodarki wodnej organizmu. Chroni go także przed drobnoustrojami, substancjami toksycznymi oraz promieniami świetlnymi, głównie w zakresie nadfioletu i podczerwieni. Zaliczana jest do narządów zmysłów, gdyż odbiera bodźce mechaniczne i termiczne. Bierze udział w tworzeniu witaminy D3. Bardzo ważną funkcją skóry jest jej udział w zabezpieczeniu organizmu przed wniknięciem do niego mikroorganizmów. Obok mechanizmów zaliczanych do odporności nieswoistej (patrz rozdz. 13) takich jak niskie pH powierzchni skóry, szczelność naskórka dla roztworów wodnych dzięki wydzielinie gruczołów łojowych oraz bakteriobójcze działanie lizozymu znajdującego się w pocie, działają także mechanizmy związane z odpornością swoistą. Ich działanie jest możliwe dzięki obecności w naskórku komórek dendrytycznych (Langerhansa) oraz właściwościom keratynocytów. Keratynocyty stanowiące około 95% komórek naskórka są zasadniczym elementem SIS (patrz rozdz. 12). Posiadają receptory dla wielu cytokin m.in. dla IFNγ, TNFα, IL–1 oraz IL–6. Pobudzone mogą same wydzielać cytokiny immunostymulujące (IL–1, IL–3, IL–6, IL–8) jak i immunosupresyjne (TNF α, TGF β). Pobudzone keratynocyty mają na powierzchni obok cząsteczek MHC klasy I także klasy II. Te właściwości keratynocytów mogą tłumaczyć wiele procesów patologicznych jakie zachodzą w skórze. Pod względem budowy, a przez to i funkcji skóra jest zróżnicowana zależnie od okolicy ciała. Rozróżniamy skórę cienką i grubą. Skóra gruba w przeciwieństwie do większości powierzchni skóry cienkiej jest nieowłosiona, a występowanie jej jest ograniczone do powierzchni stóp i dłoni.

25.1. NASK”REK Naskórek to nabłonek wielowarstwowy płaski rogowaciejący. Pomiędzy komórkami nabłonka zawiera komórki nienabłonkowe: melanocyty, komórki pająkowate jasne (Lan-

Rozdział 25

300 warstwa rogowa warstwa jasna warstwa ziarnista

warstwa kolczysta

naczynia brodawki

brodawka skórna

warstwa podstawna

warstwa brodawkowa

tkanka łączna

Rys. 25.1. Mikrofotografia naskórka skóry grubej.

gerhansa) i komórki Merkela. Liczba warstw naskórka jest zmienna, w skórze grubej, w której grubość naskórka może dochodzić do 1,5 mm jest ich więcej niż w cienkiej. Także liczba komórek dodatkowych jest zmienna. Naskórek należy do populacji komórek odnawiających się a cykl odnowy trwa, zależnie od różnych czynników, a także okolicy ciała 1–3 miesięcy. W naskórku wyróżnia się następujące warstwy: 1) podstawna; 2) kolczysta; 3) ziarnista; 4) jasna; 5) zrogowaciała; 6) komórek złuszczających się. Warstwa podstawna (stratum basale) zbudowana jest z pojedynczej warstwy komórek walcowatych lub sześciennych, oddzielonych od leżącej pod nią skóry właściwej błoną podstawną. Do błony tej komórki warstwy podstawnej przymocowane są przy pomocy półdesmosomów. Komórki tej warstwy podlegają częstym podziałom mitotycznym.

Skóra

301

Ich cytoplazma zawiera liczne rybosomy, natomiast ER i AG są słabo rozwinięte oraz cytoszkielet zbudowany z tonofibryli o średnicy 8 nm, utworzonych z białka nazywanego keratyną. Obecność tych włókien w komórkach to objaw początku procesu rogowacenia czyli keratynizacji, który kończy się całkowitym zrogowaceniem a następnie złuszczeniem komórek wierzchnich warstw nabłonka. Dlatego też komórki naskórka nazywane są keratynocytami. Wśród komórek warstwy podstawnej odpowiadającym powyższemu opisowi znajdują się komórki niezróżnicowane będące komórkami pnia (macierzystymi) naskórka. Dzięki temu naskórek nawet w bardzo zaawansowanym wieku zachowuje zdolność odnowy. Warstwa kolczysta (stratum spinosum) zawiera kilka warstw wielobocznych komórek, połączonych ze sobą poprzez krótkie wypustki zawierające desmosomy. Wypustki te łącząc się ze sobą tworzą mostki cytoplazmatyczne pomiędzy komórkami nadając komórkom wygląd kolczysty, stąd ich nazwa. W cytoplazmie komórek przebiegają pęczki filamentów pośrednich cytokeratynowych w postaci tonofibryli, najczęściej od jednego desmosomu do drugiego w poprzek komórki. Zapewnia to spoistość i wytrzymałość naskórka. Obok włókien cytoplazma zawiera ziarna związane z procesem rogowacenia – keratynosomy. Komórki warstwy kolczystej sąsiadujące z następną warstwą – ziarnistą, wypełnione są tymi ziarnami. Komórki warstwy kolczystej podlegają podziałom, dlatego też warstwa kolczysta wraz z podstawną nazywana jest warstwą rozrodczą naskórka (Malpighiego). Warstwa ziarnista (stratum granulosum) zawiera 2–6 warstw, spłaszczonych komórek, które obok licznych tonofibryli zawierają ziarna różniące się od keratynosomów, gdyż zawierają keratohialinę, różnią się także od keratynosomów kształtem. Warstwa jasna (stratum lucidum) nie występuje zwykle w skórze cienkiej. Tworzy ją 1–2 warstw płaskich komórek. Cytoplazma ich wypełniona jest prawie całkowicie tonofibrylami, które zespolone są substancją nazywaną eleidyną. Ziarna keratohialinowe nie występują. Błony komórkowe zespolone są substancją przypominającą keratohialinę. Dlatego uważa się, że zawartość ziaren keratohialinowych komórek warstwy ziarnistej uwalniana jest pozakomórkowo. Obecność keratohialiny pomiędzy komórkami naskórka stanowi o jego szczelności. Warstwa zrogowaciała (stratum corneum) tworzona jest przez wiele, szczególnie w skórze grubej, warstw martwych komórek, całkowicie zrogowaciałych. Komórki wypełniają włókienka keratyny, które są przetworzonymi tonofibrylami. Pomiędzy włókienkami keratyny znajduje się keratohialina. Keratyna występująca w naskórku jest w przeciwieństwie do keratyny włosów i paznokci, keratyną miękką. Warstwa rogowa odgrywa zasadniczą rolę jako bariera dla urazów mechanicznych i chemicznych. Warstwa komórek złuszczających się (stratum disjunctum) zawiera zrogowaciałe komórki oddzielające się od powierzchni naskórka. W naskórku, we wszystkich żywych warstwach komórek z wyjątkiem podstawnej, podobnie jak i innych nabłonków wielowarstwowych płaskich np. przełyku, pochwy, występuje wewnątrz komórek pod błoną komórkową białko – inwolukryna. Jej obecność w komórce ma znaczenie w diagnostyce onkologicznej, ponieważ jej synteza w komórkach nowotworowych ulega zaburzeniu. Wykrywane może być za pomocą przeciwciał monoklonalnych metodami immunocytochemicznymi.

302

Rozdział 25

25.2. KOM”RKI NIENAB£ONKOWE NASK”RKA

(ryc. 25.2)

25.2.1. MELANOCYTY Wywodzą się z grzebieni neuroektodermalnych. Są one komórkami barwnikowymi, gdyż produkują ciemno-brązowy barwnik – melaninę. Zwykle ciało komórki – melanocytu znajduje się pomiędzy komórkami warstwy podstawnej, natomiast ich nieraz długie wypustki sięgają w głąb warstwy kolczystej. Wypustki te mogą się wpuklać w cytoplazmę komórek kolczystych, ale nie tworzą z nimi desmosomów, nie zawierają tonofibryli. Proces tworzenia melaniny, w którym zasadniczą rolę odgrywa enzym – tyrozynaza oraz jako substrat tyrozyna, przebiega w czterech fazach: I. powstawanie przy udziale AG, pęcherzyków wykazujących już aktywność tyro– zynazy oraz zawierających drobny materiał ziarnisty; II. pęcherzyk nazywany premelanosomem przyjmuje kształt owalny, zawiera we– wnątrz równolegle ułożone włókienka wykazujące poprzeczne prążkowanie co 10 nm. Zawierają już melaninę; III. zwiększa się zawartość melaniny i premelanosomy przekształcają się w melano– somy (0,5 µm). Wykazują aktywność tyrozynazy; IV. melanosomy przekształcają się w ziarna melaniny. Aktywność tyrozynazy zani– ka, tak jak i synteza melaniny. Ziarno całkowicie wypełnione barwnikiem, nie widać wewnątrz ultrastruktury. Jak wykazano ziarna melaniny mogą być przekazywane z wypustek melanocytów do cytoplazmy keratynocytów (wydzielanie cytokrynne). Melanina powstaje jako ostateczny produkt szeregu reakcji chemicznych, przy czym pierwszym jest przekształcenie tyrozyny pod wpływem tyrozynazy w 3,4-dihydroksy-fenyloalaninę (dopa). Następnie powstaje dopachinon i ostatecznie melanina. W ludzkiej skórze melanina występuje jako: eumelanina i feomelanina. Chociaż powstają ze wspólnych metabolitów pośrednich melaniny te różnią się kolorem. Eumelaniny są pigmentami o kolorze ciemno-brazowym zbudowanymi z polimerów hydroksyindoli. Feomelaniny są czerwonymi i żółtymi polimerami cysteinylowanej dopa. Ludzie o włosach blond lub rudych posiadają geny dla feomelaniny. Melaniny pochłaniają promieniowanie elektromagnetyczne o szerokim spektrum: 200 – 2400 nm. Produkcja melaniny kontrolowana jest hormonami: MSH (hormon melanotropowy) stymuluje produkcję melaniny, a glikokortykosterydy nadnerczowe hamują. Albinizm (bielactwo) jest uwarunkowane genetycznie, przy czym melanina nie powstaje mimo obecności melanocytów, gdyż brak aktywnej tyrozynazy. Syntezę melaniny stymuluje także promieniowanie UV. Jednak nie jest to jedyny efekt tego promieniowania, gdyż ponadto powoduje on: przesunięcie ziaren melaniny z ciała komórki do wypustek oraz zwiększoną cytokrynię, czyli przechodzenie jej do keratynocytów.

Skóra

303

LB LC

LB

2.

SC SG

MG

1.

SS

3.

ER

Mc BL

D

SB

Cap DP

MC BL

Sg

20 µm

Mk

II Sg Th I

III IV

NE BL

5 µm

Ryc. 25.2. Naskórek i jego komórki nienabłonkowe. 1. Naskórek skóry cienkiej. SB – warstwa podstawna, BL – błona podstawna, SS – warstwa kolczysta, SG – warstwa ziarnista, SC – warstwa rogowa, ER – listewka naskórkowa, DP – brodawka skórna, Cap – naczynia włosowate, MC – ciałko dotykowe (Meissnera), strzałki – włókna nerwowe; 2. Komórka pająkowata jasna (Langerhansa) – (LC), LB – ziarna Birbecka; 3. Melanocyt (Mc). MG – ziarna melaniny, BL – błona podstawna, I, II – premelanocyty, III – melanosom, IV – ziarno melaniny, Th – cząsteczki tyrozyny; 4. Komórki Merkela (Mk). Sg – ziarna wydzieliny, D – desmosom, NE – zakończenie nerwowe, BL – blaszka podstawna.

304

Rozdział 25

25.2.2. PAJ•KOWATE JASNE KOM”RKI NASK”RKA (LANGERHANSA) Znajdują się w warstwie podstawnej, ale wypustkami sięgają do wyższych warstw naskórka. Należą one do komórek prezentujących antygen (APC) i są pochodzenia szpikowego. Mają one na powierzchni obok antygenów zgodności tkankowej HLA – A, B, C również, jak limfocyty i makrofagi, antygeny HLA – D/DR. Dzięki dużej zawartości antygenów zgodności tkankowej przyczyniają się do dużej immunogenności skóry, co objawia się po jej przeszczepieniu. Nie mają zdolności do fagocytozy, natomiast po związaniu antygenu wędrują drogą naczyń chłonnych do najbliższego węzła chłonnego, gdzie prezentują antygen limfocytom.

25.2.3. KOM”RKI MERKELA Komórki Merkela, występują w naskórku skóry grubej. Są podobne kształtem do keratynocytów, jednak zawierają ziarnistości podobne do tych jakie występują w komórkach zawierających katecholaminy. Nie zawierają one ich jednak, natomiast wykazano obecność met–enkefalin, bombezyny i VIP. U podstawy komórek znajdują się zwykle zakończenia nerwowe, dlatego komórkom tym przypisuje się funkcje receptorowe.

25.3. SK”RA W£AåCIWA Skóra właściwa (dermis) zbudowana jest z tkanki łącznej zbitej. Zawiera więc dużo włókien kolagenowych, zbudowanych z kolagenu typu I. Są one ułożone nieregularnie i wraz z obecnymi w skórze właściwej włóknami sprężystymi zanurzone są w substancji podstawowej, której głównym składnikiem jest siarczan dermatanu. Grubość skóry właściwej zależy od okolicy ciała i wynosi 0,5–3 mm. Granica pomiędzy skórą właściwą i naskórkiem jest falista, skóra właściwa wnika palczasto w naskórek. Warstwa skóry właściwej wpuklająca się w naskórek nazywa się warstwą brodawkowatą (stratum papillare), pod nią znajduje się warstwa siateczkowa (stratum reticulare) stanowiąca zasadniczy składnik skóry właściwej.

25.3.1. WARSTWA BRODAWKOWATA Warstwę brodawkowatą tworzy tkanka łączna luźna, zawierająca obok włókien kolagenowych i sprężystych, również włókna siateczkowe, które wiążą się z błoną podstawną naskórka, zespalając naskórek ze skórą właściwą. Główny składnik komórkowy tej warstwy to fibroblasty, obok nich komórki tuczne, plazmatyczne i limfocyty. W warstwie brodawkowatej znajduje się sieć naczyń włosowatych, które odżywiają naskórek oraz odgrywają rolę w termoregulacji. Znajdują się w niej także ciała dotykowe (Meissnera), obecne w skórze nieowłosionej. Ciałko dotykowe ma kształt owalny, a jego długa oś jest prostopadła do błony podstawnej naskórka pod którą się znajduje. Otacza je torebka odpowiadająca onerwiu, a w rdzeniu komórki ściśle ułożone poprzecznie do osi długiej

Skóra

305

ciałka. Te komórki to lemocyty oraz fibroblasty. Pomiędzy nimi przebiegają włókna nerwowe bezmielinowe otoczone lemocytami.

25.3.2. WARSTWA SIATECZKOWA (STRATUM RETICULARE) Warstwa siateczkowa zawiera gęstą sieć włókien kolagenowych oraz sprężystych. Włókna kolagenowe leżą różnokierunkowo, ale głównie równolegle do powierzchni skóry. Po przecięciu są odtwarzane. Natomiast włókna sprężyste leżą równolegle do siebie i nie ulegają odtworzeniu po przecięciu. Zawiera niewiele komórek. Przez tą warstwę przebiegają naczynia tętnicze zaopatrujące sieć naczyń włosowatych warstwy brodawkowatej.

25.3.3. TKANKA PODSK”RNA (TELA SUBCUTANEA, HYPODERMIS) Nie należy do skóry, ale czynnościowo i strukturalnie jest z nią ściśle związana. Tworzy ją tkanka łączna luźna, w niej znajduje się tkanka tłuszczowa, zależnie od okolicy ciała, w mniejszej lub większej ilości. W tkance podskórnej znajdują się dalsze części mieszków włosów i gruczołów potowych. Znajdują się także tutaj ciała blaszkowate (Vater– Pacciniego). Mają kształt owalny, a w osi długiej mogą mierzyć ok. 2 mm. Zbudowane są z współśrodkowo ułożonych cienkich blaszek, które tworzą przekształcone fibroblasty. Na przekroju w preparacie histologicznym, przypominają przeciętą cebulę. W osi ciałka przebiega włókno nerwowe bez osłonki. Ciałko jest receptorem czucia ucisku.

25.4. PRZYDATKI SK”RY 25.4.1. W£OSY (PILI) Włosy są rozwojowo związane z naskórkiem. Włos składa się z części wolnej, czyli łodygi włosa oraz korzenia włosa, który tkwi w skórze właściwej i tkance podskórnej. Korzeń włosa otacza bezpośrednio mieszek włosa, zakończony cebulką. Mieszek włosa w górnej części łączy się z naskórkiem, a warstwy komórek które go tworzą są przedłużeniem warstwy rozrodczej naskórka, czyli podstawnej i kolczystej. Od zewnątrz mieszek włosa otacza torebka włosa utworzona przez tkankę łączną skóry właściwej i tkanki podskórnej. Torebkę włosa oddziela od pochewki zewnętrznej włosa, będącą najbardziej zewnętrznie leżącą warstwą komórek mieszka, błona szklista, będąca przedłużeniem błony podstawnej naskórka. Pochewka zewnętrzna włosa ciągnie się od naskórka do cebulki włosa i ona właśnie jest przedłużeniem warstwy rozrodczej naskórka. Leżąca do wewnątrz od niej pochewka wewnętrzna włosa, rozciąga się tylko od cebulki włosa do ujść przewodów gruczołów łojowych, a więc nie sięga do naskórka. Wyróżnia się w niej warstwę nabłonkową jasną (Henlego), którą tworzy jedna warstwa komórek sześciennych oraz warstwa nabłonkowa ziarnista (Huxleya) zbudowana z kilku warstw komórek, zawierające ziarnistości trichohialiny. Na powierzchni pochewki wewnętrznej znajduje się powłoczka pochewki

Rozdział 25

306

naskórek

gruczoł łojowy

przewód wyprowadzający gruczołu potowego

mięsień napinający torebka włosa

gruczoł potowy

Ryc. 25.3. Skóra i jej przydatki.

włosa, jedna warstwa zrogowaciałych komórek, która styka się z włosem, a ściślej z jego częścią zwaną korzeniem. Cebulka włosa to poszerzenie końcowej części mieszka włosa, do którego wpukla się tkanka łączna tworząc brodawkę włosa, silnie unaczynioną. Komórki cebulki znajdujące się nad brodawką tworzą macierz włosa. Komórki macierzy włosa, które zgodnie ze swą nazwą odpowiadają za tworzenie i wzrost włosa, w części bocznej macierzy łączą się z pochewką zewnętrzną włosa. Włos, którego tworzenie zaczyna się od macierzy, zbudowany jest z trzech koncentrycznie ułożonych warstw: wewnątrz rdzeń, następnie kora i na zewnątrz powłoczka włosa. Rdzeń włosa składa się z 3–4 warstw komórek sześciennych zawierających keratynę miękką. Kora włosa stanowiąca jego zasadniczą część, utworzona jest przez wiele warstw wrzecionowatych zrogowaciałych komórek, ułożonych długą osią równolegle do osi włosa. Zawierają keratynę twardą. Powłoczka włosa zbudowana jest z jednej warstwy zrogowaciałych płaskich komórek, zawierających keratynę twardą. W cebulce włosa komórki wszystkich warstw włosa są żywe, następnie przesuwając się w kierunku powierzchni naskórka ulegają stopniowo rogowaceniu. Zabarwienie włosów zależy od obecności melanocytów obecnych w macierzy, które przekazują melaninę komórkom kory włosa. Z włosem, poprzez jego torebkę związany jest mięsień przywłośny, zbudowany z komórek mięśniówki gładkiej. Jego napięcie np. pod wpływem zimna lub strachu powoduje tzw. gęsią skórkę.

Skóra

307

błona szklista pochewka zewnętrzna

rdzeń

kora

powłoczka włosa torebka włosa

błona szklista

cebulka włosa

Ryc. 25.4. Budowa mieszka włosa.

melanocyty brodawka włosa

pochewka wewnętrzna

pochewka zewnętrzna

25.4.2. CYKL W£OSOWY Mieszki włosowe wykazują aktywność cykliczną. Wyróżnia się trzy fazy tego cyklu (ryc. 25.5): Anagen – to okres wzrostu włosa w wyniku podziałów komórek jego macierzy; Katagen – gdy włos przestaje rosnąć; Telogen – gdy włos wypada, a macierz włosa niejako odpoczywa. Dla włosów pokrywy czaszki cykl ten trwa około 3 lat.

Rozdział 25

308

7 6 5 4 7 1

8

3 9

2

Ryc. 25.5. Cykl włosowy. 1– cebulka włosa, 2 – cebulka nowego włosa, 3 – nowy włos, 4 – pochewka, 5 – mięsień przywłośny, 6 – gruczoł łojowy, 7 – włos wypadający, 8 – sznur nabłonkowy, 9 – pozostałość torebki włosa.

25.4.3. GRUCZO£Y £OJOWE (GLANDULAE SEBACEAE) Gruczoły łojowe związane są z mieszkami włosowymi lub naskórkiem, bowiem przewód wyprowadzający gruczołu, wysłany nabłonkiem wielowarstwowym płaskim, uchodzi do mieszka włosa lub na powierzchni naskórka. Nabłonek przewodu wyprowadzającego łączy się z pochewką zewnętrzną włosa. Specjalną odmianą gruczołu łojowego jest gruczoł tarczkowy powiek. Skóra gruba dłoni i stóp gruczołów tych nie posiada. Gruczoły łojowe znajdują się w skórze właściwej. Otoczone są przez torebkę łącznotkankową. Są gruczołami pęcherzykowymi, których pęcherzyki tworzone są z kilku komórek i nie mają światła. Na obwodzie pęcherzyka komórki podlegają podziałom i przesuwając się do środka ulegają degeneracji przez gromadzenie substancji lipidowych. Następnie ulegają rozpadowi, tworząc łój. Jest to więc wydzielanie holokrynowe. Łój przeciwdziała wysuszeniu skóry, ma również działanie przeciwbakteryjne.

25.4.4. GRUCZO£Y POTOWE Gruczoły potowe, wywodzą się z naskórka. Są one gruczołami cewkowymi nierozgałęzionymi. Sięgają one do głębokich warstw skóry właściwej, a nawet do tkanki podskórnej. Część wydzielnicza jest zwykle zwinięta kłębuszkowato natomiast wyprowadzająca ma przebieg prosty i uchodzi na powierzchni naskórka. Rozróżnia się dwa rodzaje gruczołów potowych: 1) merokrynowe i 2) duże, „wonne”, dawniej zwane apokrynowymi.

Skóra

309

Gruczoły potowe merokrynowe znajdują się na powierzchni prawie całej skóry. Część wydzielniczą tworzy jednowarstwowy nabłonek sześcienny lub walcowaty, zawierający komórki ciemne (śluzowe) i jasne (surowicze). Cewkę wydzielniczą otaczają komórki mioepitelialne. Przewód wyprowadzający tworzy nabłonek dwuwarstwowy. Nie ma komórek mioepitelialnych. Gruczoły potowe duże „wonne” występują pod pachami, należą do nich gruczoły woskowinowe ucha zewnętrznego. Są podobne do gruczołów potowych merokrynowych, ale część wydzielnicza jest szersza i nie tak zwinięta. Brak w nabłonku komórek jasnych. Wydzielają w sposób apokrynowy. Wydzielina ich jest bezwonna, ale szybko ulega rozkładowi pod wpływem bakterii i wtedy ma woń.

25.4.5. PAZNOKIE∆ Paznokieć to płytka rogowa tworzona przez naskórek. Zawiera keratynę. Przylega on do łożyska paznokcia będącego zmodyfikowanym naskórkiem. Płytka paznokcia zagłębia się w rowek łożyska, a znajdujące się tu komórki naskórka tworzą macierz paznokcia, w którym zaczyna się tworzenie płytki paznokcia, która następnie rogowacieje i przesuwa się na swoim łożysku.

25.5. GRUCZO£ MLEKOWY U dojrzałej płciowo kobiety w gruczole mlekowym zwanym również sutkiem wyróżniamy: 1) brodawkę sutka; 2) otoczkę brodawki sutka; 3) ciało sutka zbudowane ze zrębu łącznotkankowego oraz miąższu gruczołowego. Budowa gruczołu mlekowego różni się w okresie spoczynku (nieczynny), okresie ciąży i okresie karmienia.

25.5.1. OKRES SPOCZYNKU Brodawka sutka i jej otoczka pokryta jest nabłonkiem wielowarstwowym płaskim rogowaciejącym, pod nim znajduje się tkanka łączna zbita (z komórkami mięśniówki gładkiej). Na brodawce znajduje się 10–20 otworów mlekowych, będące ujściami, każdy odrębnego przewodu płatowego, który poniżej ujścia rozszerza się tworząc tzw. zatokę mleczną. W początkowych odcinkach przewody wysłane są nabłonkiem wielowarstwowym płaskim, który przechodzi w dwuwarstwowy sześcienny lub walcowaty. Ciało sutka tworzy tkanka łączna, która dzieli miąższ gruczołu na 15–20 płatów, a następnie płaty na płaciki, zbudowane z pęcherzyków gruczołowych. Pęcherzyki łączą się z przewodami pęcherzykowymi. Z nich powstają przewody płatowe. Przewody międzypłacikowe i dalsze wysłane są nabłonkiem jednowarstwowym walcowatym lub sześciennym. Przewody otaczają komórki mioepitelialne.

310

Rozdział 25

Ryc. 25.6. Gruczoł mlekowy. (1) Lobe – płat, Ad – tkanka tłuszczowa, LD – przewód mlekowy, N – brodawka sutka, A - otoczka brodawki sutka, S – przegroda; (2) – Lobule – płacik, Ta – zakończenia pęcherzykowo-cewkowe, IlD – przewód wewnątrzpłacikowy, ID – przewód międzypłacikowy, LD – przewód mlekowy, A otoczka brodawki, AG – gruczoły potowe otoczki, N – brodawka, M – mięsień zwieracz brodawki, Ep – naskórek, LS – zatoka mlekowa, B – mięsień mlekowy; (3) E – nabłonek, Ad – tkanka tłuszczowa, Ta – zakończenia pęcherzykowo-cewkowe, CT – tkanka łączna, IlD – przewód wewnątrzpłacikowy, ID – przewód międzypłacikowy.

Skóra

311

Ryc. 25.7. Nabłonek gruczołu mlekowanego w okresie wydzielania mleka (laktacji). Krople lipidowe (LD) oddzielają się od szczytu komórki nabłonkowej otoczone przez błonę komórkową , w procesie określanym jako wydzielanie apokrynowe. Składniki białkowe mleka wydzielane są przez egzocytozę a więc drogą wydzielania merokrynowego.

W okresie spoczynku, szczególnie u kobiet, które nigdy nie karmiły jest bardzo mało pęcherzyków. Ściany ich tworzy jedna warstwa komórek sześciennych lub walcowatych. W okresie spoczynku ich ultrastruktura nie jest rozbudowana. Zrąb łącznotkankowy stanowi istotny składnik gruczołu w czasie spoczynku. Tkanka tłuszczowa może tworzyć tzw. płaciki tłuszczowe.

25.5.2. OKRES CI•ØY Miąższ gruczołowy znacznie przeważa nad zrębem łącznotkankowym. W wyniku licznych podziałów komórkowych rozwijają się pęcherzyki gruczołowe i przewody. W koń-

312

Rozdział 25

cowym okresie ciąży pęcherzyki wypełnione są wydzieliną tzw. siarą. Rozwój gruczołu mlekowego w okresie ciąży następuje pod wpływem hormonów: estrogenów, progesteronu, ale przede wszystkim pod wpływem prolaktyny przysadkowej. Również łożysko produkuje hormon laktogenny.

25.5.3. OKRES KARMIENIA (LAKTACJI) Szczególne zmiany dotyczą komórek pęcherzyków. Komórki kształtu walcowatego, mają silnie rozwinięte organella związane z wydzielaniem, a więc RER i AG. Wydzielanie tłuszczów mleka odbywa się sposobem apokrynowym, gdyż wydzielina oddziela się od szczytu komórki otoczona cienką warstwą cytoplazmy i błoną komórkową, natomiast białko mleka wydzielane jest merokrynowo – przez egocytozę. Po zakończeniu laktacji gruczoł ulega uwstecznieniu, dotyczy to oczywiście elementów miąższu gruczołowego, a szczególnie pęcherzyków. Znacznemu uwstecznieniu podlega gruczoł mleczny w okresie przekwitania, gdy spada poziom hormonów płciowych.