ĆWICZENIE 22(7). 31 marca i 1, 2 kwietnia 2010 r.
Temat: Układ krą\
enia.
1. Serce (preparat nr 33).
2. Aorta barwiona rezorcynÄ… fuksynÄ… (preparat nr 31).
3.Aorta barwiona hematoksylinÄ…  eozynÄ… (preparat nr 30).
4. śyła i tętnica średniego kalibru (preparat nr 29).
5. Naczynia włosowate krezka (preparat nr 28).
6. śyła nasienna, komórki epitelioidalne (preparat nr 24).
7. Regulacja rozwoju i regeneracji naczyń krwionośnych (tekst z rycinami 22/1).
8. Schemat naczynia włosowatego (schemat 22/2).
9. Naczynie włosowate siatkówki (EM 22/3 - powiększenie 10 tys. razy).
10. Model reologiczny aorty (schemat 22/4).
11. Schemat budowy ścian tętnic typu sprę\
ystego (schemat 22/5).
12. Model reologiczny tętnic typu mięśniowego (schemat 22/6).
13. Schemat budowy ścian tętnic typu mięśniowego (schemat 22/7).
14. Udział komórek śródbłonka w regulacji skurczu mięśniówki gładkiej naczyń krwionośnych (schemat 22/8).
15. Ciałka Weibel Palade'a (EM 22/9).
16. Komórki epitelioidalne w anastomozach tętniczo-\
ylnych (Tekst 22/10).
17. Czynnik wzrostu śródbłonka (tekst 22/11).
Tekst z rycinami 22/1.
REGULACJA ROZWOJU I REGENERACJI NACZYC
KRWIONOÅšNYCH
Układ krwionośny stanowi wa\
ny element spajający poszczególne tkanki i narządy w jeden organizm.
Cały układ krwionośny podobnie jak układ limfatyczny jest wysłany nabłonkiem pochodzenia
mezenchymatycznego (śródbłonkiem). Komórki śródbłonka, oglądane od strony światła naczynia, mają kształt
wydłu\
onych wielokÄ…tów (najczęściej szeÅ›ciokÄ…tów) o wymiarach ok. 10 x 30 µm, z osiÄ… dÅ‚ugÄ… równolegÅ‚Ä… do osi
naczynia. Grubość cytoplazmy wynosi ok. 0,2 µm, a cytoplazmy i jÄ…dra ok. 3 µm. Åšrednica naczyÅ„ wÅ‚osowatych jest
porównywalna z wielkością erytrocytów, co zapewnia efektywną wymianę gazów (rycina 1 i 2 w materiałach). Niektóre
komórki śródbłonka \
ył, tętnic i kapilar (np. w mózgu, grasicy) tworzą połączenia typu occludens i neksus, które sprawiają,
\
e jest on szczelny (wymiana substancji odbywa się poprzez transcytozę). Przechodzenie jonów między komórkami
zapewniają połączenia typu neksus. Połączenia te ulegają czasem zerwaniu, zwłaszcza podczas migracji komórek
macierzystych związanej z tworzeniem nowych naczyń, prawidłowych oraz patologicznych nowotworu (w tych ostatnich
zwykle nie ulegajÄ… ponownemu odtworzeniu). Tak\
e VEGF oraz działająca z nim synergistycznie Ang-2 powodują
rozszerzenie tych połączeń natomiast Ang-1 działa przeciwnie. W przypadku braku tej kostymulacji mo\
e dojść do
obumarcia komórek śródbłonka.
Śródbłonek, szczególnie kapilar i małych tętnic zawiera liczne pory, powstałe przez fuzję pęcherzyków, słu\
Ä…ce do
transportu makroczÄ…steczek. Swoistymi strukturami cytoplazmy endotelium
wsierdzia, tętnic i \
yÅ‚ sÄ… paÅ‚eczkowate twory o wymiarze 0,2 x 0,4 µm,
otoczone błoną  ciałka Weibela-Palade a. Zawierają białko von
Willebranda oraz mikrotubule. Śródbłonek, dzięki obecności kompleksów
KOMPLEKSY AKTYNA-MIOZYNA
KOMPLEKSY AKTYNA-MIOZYNA
aktyny i miozyny, ma zdolność kurczenia się. Dzięki temu zwiększa się
jego przepuszczalność. Na wolnej powierzchni komórek, szczególnie nad
jądrami, znajdują się grupy mikrokosmków, a w błonie komórkowej liczne
glikoproteiny.
CIAA
KA WEIBELA-PALADE A (czynnik VIII krzepnięcia)
CIAA
KA WEIBELA-PALADE A (czynnik VIII krzepnięcia)
Śródbłonek bierze udział w transporcie gazów i substancji
chemicznych, w sposób bierny  zgodny z gradientem stę\
eń (np. O2,
CO2) lub czynny  głównie przez transcytozę. Przez pory oraz przestrzenie międzykomórkowe mogą przechodzić
leukocyty i erytrocyty  diapedeza.
Komórki syntetyzują i uwalniają hormony miejscowe: prostacyklinę PGI2
ET1
(przeciwdziała agregacji płytek i rozszerza naczynia), inne prostaglandyny oraz
ET2
ET3
endoteliny ET-1, ET-2, ET-3 (21-aminokwasowe peptydy powstajÄ…ce z 200-
Angiotensyna I
Angiotensyna I
aminokwasowych proendotelin, kurczące mięśniówkę naczyń oraz będące
Konwertaza
Konwertaza
mitogenami).
Śródbłonek wytwarza równie\
tlenek azotu NO, przez który działają
Angiotensyna II
Angiotensyna II
rozkurczajÄ…co na naczynia takie substancje jak: acetylocholina, histamina,
Acetylocholina
Acetylocholina
bradykinina, substancja P i inne.
PGI2
Histamina
Histamina
Endotelium wydziela tak\
e Ang1 i Ang2 oraz konwertazę powodującą przejście Bradykinina
Bradykinina
Substancja P
Substancja P
angiotensyny-1 w angiotensynÄ™-2.
PDGFB, uwalniany z ECs po stymulacji VEGF, wpływa głównie na tworzenie
NO
się i dojrzewanie ściany naczyń.
Wzajemna interakcja pomiędzy otaczającymi tkankami a komórkami
śródbłonka jest jednym z podstawowych procesów odpowiedzialnym za ró\
nicowanie oraz prawidłowe funkcje organów
ludzkiego ciała.
Najwa\
niejszym czynnikiem wpływającym na angiogenezę jest VEGF (czynnik wzrostu śródbłonka naczyń 
vascular endothelial growth factor). Pierwsze wzmianki o istnieniu substancji stymulującej angiogenezę pojawiły się w
1948 roku, po badaniach Michaelsona nad powstawaniem naczyń siatkówki. W latach osiemdziesiątych, po wyizolowaniu
jej przez Sengera i współpracownicy, z tkanek nowotworowych w 1983 roku, substancja ta znana była jako czynnik
przepuszczalności naczyń (VPF  vascular permeability factor  ze względu na występujące rozszczelnienie śródbłonka
po zadziałaniu nim na naczynia). Natomiast za datę odkrycia funkcji angiogenetycznych VPF oraz nadania mu obecnej
nazwy przyjmuje siÄ™ rok 1989 (badania prowadzone w laboratoriach Uniwersytetu San Francisco i firmy Genentech).
VEGF jest wydzielany przez liczne komórki, m.in. przez włókna obwodowych nerwów czuciowych w skórze płodu,
pęcherzyki płucne czy poddane działaniu hipoksji astrocyty w czasie tworzenia się naczyń siatkówki. Receptory dla niego
znajdują się głównie na komórkach śródbłonka. Stanowi on czynnik torujący dla tworzących się naczyń
Poza VEGF, który jest ogólnoustrojowym czynnikiem angiogenetycznym, istnieją tak\
e tkankowo-specyficzne
czynniki wzrostu, takie jak EG-VEGF (endocrine gland VEGF) wydzielany tylko przez gruczoły produkujące hormony
sterydowe (np. kora nadnerczy) oraz działający proliferacyjnie głównie na naczynia tych narządów (ale nie na śródbłonek
aorty, naczyń pępowinowych czy skóry). Być mo\
e zostaną wkrótce odkryte tak\
e czynniki specyficzne dla innych
narządów.
Regulacja rozwoju naczyń na przykładzie tkanki nerwowej.
Przykładem wzajemnego oddziaływania śródbłonka i tkanki nerwowej mogą być doświadczenia z
przeszczepianiem tkanki mózgowej z naczyniami do innych tkanek oraz naczyń obwodowych do mózgu. W pierwszym
przypadku zmniejszała się liczba połączeń ścisłych między ECs (endothelial cells, komórki śródbłonka) oraz zwiększała
przepuszczalność naczyń, w drugim - nabierały charakteru naczyń mózgowych (obwódki zamykające occludens i
przylegania adherens miedzy komórkami śródbłonka, ciągła i dobrze rozwinięta błona podstawna) wraz z wytworzeniem
bariery krew-mózg.
Równie\
w dojrzałym hipokampie istnieje współdziałanie śródbłonka oraz neuronów. W miejscach podziału
naczyń oraz na końcach kapilar istnieją konglomeraty neuroblastów, gleju i angioblastów, mogące być z
ródłem nowych
neuronów w dorosłym organizmie.
Wydaje siÄ™, \
e czynniki wydzielane przez ECs, jak np. BDNF (brain-derived neurotrophic factor, mózgowy czynnik
neurotroficzny), sÄ… konieczne do prze\
ycia, migracji, wzrostu oraz dojrzewania neuronów. Wytwarzanie BDNF przez
śródbłonek stymulowane jest przez VEGF.
Nerwy i naczynia pokonują często te same szlaki w trakcie embriogenezy. Przykładem mogą być kończyny gdzie
tętnice i nerwy tworzą wspólne pęczki zaopatrujące mięsnie i kości. Spowodowane jest to prawdopodobnie
wykorzystywaniem przez oba te układy wspólnych mechanizmów przekaz
nikowych, składających się z semaforyn i VEGF
oraz receptorów dla nich  neuropilin, występujących na komórkach śródbłonka i aksonach neuronów.
Rozwój naczyń w siatkówce oka.
W trakcie rozwoju embrionalnego, pierwszą siecią naczyń siatkówki są te wychodzące ze szczytu nerwu
wzrokowego i rozpostarte na wewnętrznej powierzchni tej części oka. Towarzyszy im bliz
niacza sieć astrocytów
pochodzących równie\
z tego nerwu  uwa\
a siÄ™, \
e naczynia podÄ…\
ają za powstającymi wypustkami komórek
glejowych. Po wytworzeniu się pierwotnej, jednopoziomowej sieci, naczynia zaczynają wnikać głębiej w siatkówkę, a\
do
warstwy splotowatej wewnętrznej, formując drugą, równoległą sieć naczyniową (niezale\
ną od astrocytów). Pierwotna
sieć powstaje w mechanizmie waskulogenezy (formowanie się naczyń de novo z komórek prekursowych, migrujących i
ró\
nicujących w komórki śródbłonka), natomiast wtórna  angiogenezy (powstawanie nowych naczyń w wyniku
rozrastania siÄ™ istniejÄ…cej sieci naczyniowej).
Wa\
ną rolę w rozwoju siatkówki odgrywa VEGF. Poza śródbłonkiem, receptory dla tego czynnika wzrostu
znajdują się na komórkach glejowych oraz komórkach barwnikowych siatkówki. Połączenie VEGF z receptorem powoduje
migrację tych komórek (bez proliferacji). VEGF wydzielany jest zarówno przez astrocyty jak i komórki śródbłonka  jest to
więc zarówno oddziaływanie autokrynne jak i parakrynne.
Brak właściwej kontroli procesów formowania się naczyń w siatkówce mo\
e prowadzić do wielu schorzeń, takich
jak: retinopatia cukrzycowa, starcze zwyrodnienie plamki, retinopatia wcześniaków.
Angiogeneza w procesie kościotworzenia.
Dosyć dobrze poznane jest wzajemne oddziaływanie chrząstki i kości z naczyniami (zwłaszcza podczas
osteogenezy na podło\
u chrzęstnym). Prawidłowa, spoczynkowa chrząstka wydziela silne czynniki antyangiogenetyczne i
w związku z tym pozbawiona jest naczyń. Jednak w początkowym okresie osteogenezy, kiedy następuje proliferacja
chondrocytów, występuje równie\
zwiększenie ekspresji czynników wzrostu naczyń w chondrocytach. W chrząstkę
zaczynają wnikać naczynia, chondrocyty wchodzą w apoptozę a w ich miejsce zaczynają migrować osteoblasty i
osteoklasty.
Eksperymenty ze wspólną hodowlą chondrocytów i komórek śródbłonka wykazały, \
e te ostatnie wydzielajÄ…
czynniki powodujące hipertrofię chondrocytów oraz opóz
niają ich ró\
nicowanie. Hipertroficzne chondrocyty wydzielajÄ…
VEGF, który dodatkowo pobudza wnikanie naczyń. Tworzy się więc pętla dodatniego sprzę\
enia zwrotnego.
Badania in vitro z u\
yciem HUVEC (human umbilical vein endothelial cells, komórki śródbłonka pochodzące z \
yły
pępowinowej) i komórek prekursorowych osteoblastów umo\
liwiły potwierdzenie komunikowanie się tych dwóch rodzajów
komórek (przez koneksynę-43), co jest konieczne do ró\
nicowania się komórek prekursorowych w osteoblasty.
Regeneracja śródbłonka
Åšredni czas \
ycia komórek śródbłonka wynosi ok. 100 dni, w związku z tym konieczne jest ich ciągłe odtwarzanie
w celu utrzymania ciągłości tej warstwy ściany naczynia.
Jednym ze spostrze\
eń poczynionych w badaniach in vivo jest obserwacja dotycząca szybszego skracania się
telomerów w komórkach śródbłonka naczyń, które najczęściej są dotknięte zmianami mia\
d\
ycowymi (takie jak np.
tętnice wieńcowe). Istnieją miejsca, np. tętnice biodrowe, gdzie śródbłonek jest szczególnie nara\
ony na działanie sił
hemodynamicznych. Występuje w nich znaczna proliferacja komórek, a w jej następstwie szybsze skracanie telomerów i
zwiększone ryzyko wystąpienia mia\
d\
ycy. W hodowlach in vitro, ECs z zaburzoną funkcją telomerów (wyłączonym
genem dla białka TRF2) mają zahamowaną proliferacje oraz zmieniony fenotyp. Są powiększone, zwiększa się ekspresja
inhibitorów kinaz zale\
nych od cyklin (cyclin-dependent kinase, CDK), ICAM-1, spada natomiast produkcja tlenku azotu
przez śródbłonkową syntetazę tlenku azotu. Podobne zmiany występują tak\
e w replikacyjnym starzeniu siÄ™
niezmienionych komórek (po około 50 podziałach). Komórki te mają równie\
wiÄ™kszÄ… aktywność ß-galaktozydazy,
enzymu charakterystycznego dla  starych komórek.
W niekorzystnych warunkach, takich jak: zmniejszenie przepływu czy stę\
enia ró\
nych substancji (np. VEGF,
bFGF, MMPs, PDGF czy NO), mo\
e nastąpić regresja naczyń. Przykładem mo\
e być zanik kłębuszków nerkowych w
przypadku braku VEGF.
Komórki śródbłonka pochodzą z angioblastów płodu (podobne pochodzenie jak komórek krwi) oraz z komórek
prekursorowych śródbłonka (mogą tak\
e wydzielać czynniki wzrostu naczyń) i komórek macierzystych szpiku u dorosłych.
Wszystkie te rodzaje komórek mają podobne antygeny, receptory dla podobnych cytokin (np. VEGF, PlGF, angiopoetyny
(Ang)-1, ID)) oraz mogą przekształcać się jedne w drugie (np. HSCs) mogą powstawać w \
yciu płodowym z komórek
śródbłonka a leukocyty i HSCs mogą zarówno przekształcać się w EC jak i stymulować formowanie naczyń), ró\
niÄ… siÄ™
natomiast czasem i miejscem występowania.
Tak\
e w póz
niejszych etapach \
ycia istnieje grupa komórek, krą\
ące śródbłonkowe komórki prekursorowe,
wywodząca się głównie ze szpiku i mające znaczenie w naprawie uszkodzonych naczyń oraz wzroście guzów. Ludzkie
EPCs charakteryzują się obecnością antygenów powierzchniowych takich jak np.: CD31,CD34, CD133, CD146, CXCR4,
c-Kit, VE-cadherin, VEGFR2, vWF. W stanie spoczynku CEPs VEGFR+ stanowią tylko 0,01% jądrzastych komórek krwi.
Je\
eli konieczny jest wzrost śródbłonka, następuje mobilizacja tych komórek (ich liczba we krwi wciągu 24 godzin wzrasta
do 12%), po czym osiadają one w miejscach gdzie został odsłonięty kolagen i fibronektyna, a następnie, w zale\
ności od
działających na nie czynników, przekształcają się w śródbłonek (pod wpływem VEGF-A) lub mięśniówkę gładką (dzięki
obecności PDGF). Uwa\
a siÄ™, \
e VEGF-A, metaloproteinazy oraz PlGF są odpowiedzialne za uwalnianie komórek
prekursorowych ze szpiku. Komórki prekursorowe mają zdecydowanie większe zdolności proliferacyjne ni\
dojrzałe ECs.
Regeneracja śródbłonka naczyń przy udziale EPCs (endothelial progenitor (precursor) cells  komórek
prekursorowych śródbłonka).
Angiogeneza w gojeniu ran.
Do szybkiej i efektywnej naprawy uszkodzonych tkanek konieczne jest dostarczenie do nich odpowiedniej ilości
tlenu, substancji od\
ywczych, czynników wzrostu oraz komórek  naprawczych (usuwających zniszczoną tkankę,
drobnoustroje, odbudowujÄ…cych strukturÄ™ narzÄ…du). Ju\
w poczÄ…tkowym okresie gojenia (faza proliferacyjna) mo\
na
stwierdzić wysokie stę\
enie jednego z czynników angiogenetycznych  zasadowego czynnika wzrostu fibroblastów (bFGF
 basic fibroblasts growth factor). Powoduje on migracje i proliferacje komórek śródbłonka. Pochodzi prawdopodobnie z
zapasów nagromadzonych w płytkach krwi i uszkodzonej tkance gdy\
jego maksymalne stÄ™\
enie obserwuje siÄ™ w ciÄ…gu
pierwszych 24 godzin po urazie a następnie spada. W przeciwieństwie do bFGF, poziom VEGF nie wzrasta bezpośrednio
po uszkodzeniu, ale dopiero w kilka dni po nim (ze szczytem w siódmym dniu). Z tego względu VEGF wydaje się być w
tym przypadku czynnikiem podtrzymującym a nie inicjującym wzrost naczyń. Mo\
e być wydzielany przez wiele ró\
nych
rodzajów komórek, np. przez: makrofagi, neutrofile, keratynocyty, fibroblasty czy śródbłonek, zwłaszcza w warunkach
hipoksji, często występującej w okolicach rany.
Wa\
ny wpływ na angiogenezę mają makrofagi. Zwłaszcza po stymulacji hipoksją, wysokim stę\
eniem mleczanów
lub cytokinami produkowanymi przez śródbłonek, mogą one wydzielać czynniki bezpośrednio indukujące wzrost naczyń.
Makrofagi powodują równie\
degradację macierzy pozakomórkowej, co ma kluczowe znaczenie dla powstawania nowych
naczyń i regeneracji tkanek. Oddziaływają one równie\
na inne komórki pobudzając je do produkcji substancji
proangiogenetycznych.
Powy\
szy tekst powstał na podstawie prac:
Lipski KM, Ostrowski K, Komender J, Śladowski D: Udział śródbłonka w formowaniu się naczyń. Postępy Biologii
Komórki, 33 (2006): 59-70
Lipski KM, Ostrowski K, Komender J, Śladowski D: Rola śródbłonka w trakcie rozwoju oraz dojrzewania tkanek i
narządów. Postępy Biologii Komórki, 33 (2006): 95-102
Opracowali K. Lipski & D.Åšladowski
Schemat nr 22/2
10 µm
erytrocyt
BÅ‚ona podstawna
perycyt
Komórka śródbłonka
Schemat naczynia włosowatego
EM nr 22/3
perycyt
perycyt
erytrocyt
erytrocyt
śródbłonek
śródbłonek
błona podstawna
błona podstawna
Naczynie włosowate siatkówki (EM powiększenie 10 tys. razy)
Schemat nr 22/4
F
ciśnienie
ciśnienie
F
ciśnienie ciśnienie
Model reologiczny aorty. Du\
e skoki ciśnienia występujące w aorcie w czasie pracy serca są  buforowane
poprzez błony sprę\
yste będące charakterystycznym elementem błony środkowej tętnic typu sprę\
ystego.
 Schemat nr 22/5
T
TNICE TYPU SPR
śYSTEGO
T
TNICE TYPU SPR
śYSTEGO
(du\
ego kalibru)
(du\
ego kalibru)
Błona wewnętrzna
Błona wewnętrzna
Błona środkowa
Błona środkowa
BÅ‚ona dodatkowa
BÅ‚ona dodatkowa
NACZYNIA NACZYC

NACZYNIA NACZYC

(vasa vasorum)
(vasa vasorum)
Schemat budowy ścian tętnic typu sprę\
ystego
Schemat nr 22/6
T
TNICE TYPU MI
ÅšNIOWEGO
T
TNICE TYPU MI
ÅšNIOWEGO
(średniego kalibru)
(średniego kalibru)
F
przepływ
przepływ
F
przepływ
przepływ
Model reologiczny tętnic typu mięśniowego. Regulacja przepływu krwi następuje dzięki skurczowi komórek
mięśniówki gładkiej, której nagromadzenie w błonie środkowej jest charakterystyczne dla tętnic średniego
kalibru.
Schemat nr 22/7
T
TNICE TYPU MI
ÅšNIOWEGO
T
TNICE TYPU MI
ÅšNIOWEGO
(średniego kalibru)
(średniego kalibru)
Błona wewnętrzna
Błona wewnętrzna
Błona środkowa
Błona środkowa
BÅ‚ona dodatkowa
BÅ‚ona dodatkowa
30-40 warstw
miocytów
BÅ‚ona sprÄ™\
ysta wewnętrzna
Schemat budowy ścian tętnic typu mięśniowego.
Schemat nr 22/8
ET1
ET2
ET3
Angiotensyna I
Angiotensyna I
Konwertaza
Konwertaza
Angiotensyna II
Angiotensyna II
Acetylocholina
Acetylocholina
PGI2
Histamina
Histamina
Bradykinina
Bradykinina
Substancja P
Substancja P
NO
Udział komórek śródbłonka regulacji skurczu mięśniówki gładkiej naczyń krwionośnych