1. STRUKTURY I PODSTAWOWE PROCESY KOMÓRKOWE

Komórkę definiuje się jako najmniejszą jednostkę zdolną do samodzielnego życia. Podstawowe atrybuty życia stanowią: wykorzystanie składników nieorganicznych do budowy substancji organicznych oraz reakcja na zmienne warunki otoczenia. Powszechnie znane cechy materii żywej, takie jak: zdolność do wymiany składników ze środowiskiem (pobieranie i wydalanie), wytwarzanie i zużytkowywanie energii, wzrost i rozmnażanie, wrażliwość na bodźce oraz zdolność do ruchu są wyrazem praktycznej realizacji atrybutów podstawowych. W organizmach wielokomórkowych wytworzyły się zespoły komórek (tkanki), w których jedna z cech dominuje nad innymi, co jest równoznaczne ze specjalizacją strukturalną i czynnościową. Komórki takiego organizmu różnią się zatem znacznie swoją wielkością (u człowieka od 3 do 200 μm), kształtem oraz wyposażeniem ultrastrukturalnym. Zasadniczy schemat organizacji komórki i przebieg procesów wewnątrzkomórkowych pozostaje jednak ten sam.

Wyodrębnienie komórki ze środowiska jako samodzielnej struktury, przy równoczesnym utrzymaniu wymiany składników chemicznych z otoczeniem, dokonuje się dzięki obecności błony, która otacza całą komórkę. Istnienie podobnych błon wewnątrz komórki warunkuje jej przestrzenną organizację i umożliwia oddzielenie miejsc o określonej aktywności, nazywanych organelami. Zarówno błonę otaczającą komórkę, jak i błony organeli określa się mianem błon biologicznych.

Błony biologiczne

Ogólna budowa błon

Błony biologiczne zbudowane są z lipidów i białek. Stosunek wagowy obu tych składników waha się zależnie od typu błony (w błonie komórkowej wynosi np. 1:1). Zawsze jednak liczba cząsteczek lipidowych wielokrotnie przewyższa liczbę cząsteczek białkowych, które posiadają większe rozmiary. Ponieważ w temperaturze ustrojów żywych lipidy znajdują się w formie płynnej, wzajemny układ białek i lipidów porównuje się do "morza lipidów", w którym pływają białkowe "góry lodowe".

Cząsteczki lipidowe posiadają dwa bieguny o odmiennych właściwościach: biegun hydrofilny (wykazujący powinowactwo do wody) i biegun hydrofobowy (nie wiążący się z wodą). W środowisku wodnym cząsteczki lipidowe spontanicznie układają się w taki sposób, aby ich grupy hydrofilne zwrócone były do wody, a grupy hydrofobowe od niej odsunięte. Układy takie mogą przyjmować formę kulistych zbiorów cząsteczek (micelli), albo dwuwarstwy.

Dwuwarstwa lipidowa stanowi podstawową formę organizacji lipidów w błonie. Lipidy tworzą w niej dwa pokłady, układając się w ten sposób, że ich grupy hydrofilne zwrócone są na zewnątrz, a grupy hydrofobowe zostają ukryte wewnątrz dwuwarstwy. Białka mogą przechodzić przez całą grubość dwuwarstwy lipidowej, lub też mogą leżeć na jej zewnętrznej, lub wewnętrznej powierzchni.

Składniki chemiczne błon

Lipidy błonowe. W skład lipidów błonowych wchodzą fosfolipidy, cholesterol i glikolipidy.

A. Fosfolipidy - kwasy tłuszczowe wchodzące w skład fosfolipidów mogą być nasycone lub nienasycone, przy czym im większa jest liczba wiązań nienasyconych, tym bardziej płynna i przepuszczalna staje się błona. Płynność błony wzrasta także w miarę skracania się długości kwasów tłuszczowych i spadku poziomu cholesterolu.

B. Cholesterol - stabilizuje strukturę błony oraz zapobiega zmianom płynności błony w warunkach obniżonej temperatury.

C. Glikolipidy - występują tylko w błonie otaczającej całą komórkę (błonie komórkowej). W błonie komórkowej glikolipidy stanowią składnik warstwy zewnętrznej i uczestniczą w tworzeniu otoczki cukrowcowej wokół komórek (tzw. glikokaliksu).

Białka błonowe. Wbudowane są w dwuwarstwę lipidową w ten sposób, że ich regiony hydrofilne (polarne) zwrócone są do środowiska wodnego, natomiast hydrofobowe fragmenty cząsteczki zanurzone są w głębi błony, gdzie sąsiadują z hydrofobowymi odcinkami lipidów.

Ze względu na stopień związania z błoną, białka można podzielić na integralne i powierzchniowe (inaczej obwodowe). Wiekszość białek integralnych stanowią białka transbłonowe, które przebijają całą dwuwarstwę lipidową swoim obszarem hydrofobowym i wysterczają do środowiska zewnętrznego oraz do cytoplazmy obszarami hydrofilnymi. Wyraźnie poza obszarem dwuwarstwy znajdują się białka powierzchniowe, związane słabszymi wiązaniami niekowalencyjnymi z białkami integralnymi błony (po stronie środowiska zewnętrznego, lub od strony cytoplazmy).

Białka błonowe pełnią w błonie funkcje strukturalne, enzymatyczne, transportowe i receptorowe, z tym, że nierzadko ta sama cząsteczka białkowa łączy w sobie kilka spośród wymienionych ról.

Transport przez błony

Ze względu na to, że większą część obszaru błon zajmują lipidy, substancje rozpuszczalne w lipidach swobodnie przedostają się przez błony (np. sterydy, hormony, leki, tlen, azot, dwutlenek węgla) Cząsteczki wody, mimo słabej rozpuszczalności w lipidach, łatwo przechodzą przez błony, prawdopodobnie dzięki swym małym rozmiarom. Przepuszczalność określonych błon dla wody może być zwiększona w przypadku, gdy w ich obrębie znajdą się dodatkowe kanały wodne. Transport przez błonę cząsteczek o większych rozmiarach (cukrów, aminokwasów), a zwłaszcza transport obdarzonych ładunkiem jonów wymaga udziału białek transportowych błony. Wśród białek tych można wyróżnić: kanały, białka nośnikowe oraz pompy.

A. Kanały stanowią obszary hydrofilne zawarte w obrębie jednej dużej cząsteczki białkowej, wielokrotnie przebijającej całą grubość błony, lub pomiędzy sąsiednimi łańcuchami peptydowymi zwróconymi do siebie grupami polarnymi. Przez taki obszar hydrofilny mogą przechodzić jony lub woda. Kanały jonowe mogą być stale otwarte, lub też otwierać się pod wpływem określonych bodźców, np. hormonów, neuromediatorów, jonów, zmianą potencjału, lub kanały otwierane mechanicznie. W każdym przypadku otwarcie kanału polega na zmianie konformacji budujących go białek. Do stale otwartych kanałów należą kanały wodne (akwaporyny).

Zarówno substancje rozpuszczalne w lipidach, jak i przechodzące przez kanały przemieszczają się od środowiska o wyższym stężeniu do środowiska o stężeniu niższym i transport taki określa się mianem dyfuzji biernej.

B. Białka nośnikowe wiążą wybrane cząsteczki po jednej stronie błony i uwalniają je po drugiej stronie. Przeniesienie cząsteczki przez błonę wywołane jest wyłącznie zmianą konformacji białka, nie towarzyszy mu natomiast przemieszczenie białka nośnikowego. Ten rodzaj transportu zachodzi również zgodnie z gradientem stężeń, lecz cechuje go inna kinetyka przenoszenia substancji i określa się go jako dyfuzję ułatwioną. W ten sposób przedostają się przez błony aminokwasy i cukry proste.

C. Pompy jonowe reprezentują białka o charakterze nośników, z tym, że przenoszą jony wbrew gradientowi stężeń, na koszt energii pochodzącej z hydrolizy ATP. Transport taki nosi nazwę transportu aktywnego. Najbardziej powszechny przykład pompy jonowej stanowi Na⁺, K⁺-ATPaza (inaczej pompa sodowo-potasowa).

Inny sposób transportu dotyczy substancji wielkocząsteczkowych, lub całych struktur; jest to tzw. transport z błoną (transport pęcherzykowy albo cytoza). Polega on na oddzielaniu się od błony jej fragmentów, które formują pęcherzyki zamykające w swym wnętrzu transportowaną substancję. Pęcherzyk taki zlewa się (ulega fuzji) z błoną ograniczającą strukturę docelową i uwalnia swoją zawartość do wnętrza tej struktury. Szczególne przykłady tego rodzaju transportu stanowią egzocytoza i endocytoza opisane dalej.

Błona komórkowa

Błona komórkowa, zwana inaczej plazmolemą, otacza całą komórkę. Jej cechy szczególne stanowią: większa od innych błon grubość (ok. 7,5 nm), wyraźnie zaznaczona w mikroskopie elektronowym trójwarstwowość oraz asymetria budowy. Ta ostatnia wynika z obecności glikolipidów i reszt cukrowcowych glikoproteidów tylko po stronie zewnętrznej błony a także z nierównomiernego rozmieszczenia lipidów w obu blaszkach dwuwarstwy.

W błonie komórkowej zlokalizowane są różne rodzaje receptorów: dla pobieranych substancji (p. dalej), dla antygenów i przeciwciał, dla hormonów białkowych i neuromediatorów, jak również liczne kanały i białka nośnikowe, a w niektórych jej obszarach dodatkowo enzymy związane ze szczególna funkcją komórek (np. enzymy uczestniczące w procesach resorbcji). Charakterystyczny składnik błony komórkowej (określany nawet jako jej marker) stanowi Na⁺, K⁺-ATPaza, która na zasadzie antyportu przenosi jony Na⁺ z komórki do środowiska zewnętrznego, a jony K⁺ w kierunku odwrotnym, co znajduje wyraz w istnieniu gradientów: sodowego i potasowego w poprzek błony.

Glikokaliks (osłonka powierzchniowa)

Jest to warstwa pokrywająca błonę komórkową, zbudowana z reszt cukrowcowych połączonych z białkami błonowymi (glikoproteidy), lub z lipidami zewnętrznej blaszki dwuwarstwy (glikolipidy). Po enzymatycznym usunięciu z powierzchni błony, warstwa cukrowcowa zostaje odbudowana przez komórkę. Ze względu na ogromne bogactwo możliwych kombinacji reszt cukrowcowych w oligosacharydach powierzchniowych, glikokaliks determinuje specyficzne własności powierzchniowe komórek. W szczególności uczestniczy w zjawiskach wzajemnego rozpoznawania się komórek (w trakcie embriogenezy, lub zjawisk immunologicznych), przy czym cukrowce jednej komórki stanowią ligandy dla selektyn, lub innych receptorów (lektyn) w błonie drugiej komórki. Glikokaliks pośredniczy w ustalaniu kontaktów między komórkami, może też wpływać na skład substancji pobieranych przez nie na drodze endocytozy.

Jądro komórkowe

Obecność jądra komórkowego jest charakterystyczną i stałą cechą wszystkich komórek Eukaryota. Wyjątek stanowią dojrzałe erytrocyty ssaków, które w zaawansowanych stadiach swego rozwoju tracą jądra komórkowe. Jądro zanika też w degenerujących komórkach naskórka oraz we włóknach soczewkowych.

W jądrze komórkowym tradycyjnie wyróżnia sie następujące składniki: chromatynę jądrową, jąderko, zrąb jądra i sok jądrowy oraz otoczkę jądrową.

Chromatyna jądrowa

Pojęciem chromatyny jądrowej określa się substancję zawartą w jądrze interfazowym, która barwi się barwnikami zasadowymi. Substancja ta stanowi rozspiralizowaną (rozproszoną) formę chromosomów.

Składniki chemiczne chromatyny. Pod względem chemicznym chromatyna zbudowana jest z kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA), histonów oraz białek niehistonowych. W okresie aktywności transkrypcyjnej chromatyny (p. dalej), w jej składzie pojawiają się dodatkowo kwasy rybonukleinowe (RNA).

1. DNA stanowi najważniejszy składnik chromatyny jako molekularny odpowiednik cząstek informacji genetycznej - genów. Całkowita zawartość DNA w jądrze o podstawowej, tj. haploidalnej liczbie chromosomów tworzy genom. Każda dwuniciowa cząsteczka DNA tworzy jeden chromosom. Nośnikiem informacji genetycznej są odcinki DNA kodujące strukturę białek komórki. Odcinki te wyróżniają się szczególnie urozmaiconym składem nukleotydowym. W procesie transkrypcji następuje przepisanie szyfru nukleotydowego z wzorcowego łańcucha DNA na komplementarny łańcuch RNA (mRNA), który po przedostaniu się do cytoplazmy stanowi matrycę dla syntezy właściwego białka. Odcinki kodujące strukturę białek w rzeczywistości stanowią niewielki fragment (ok. 1%) genomu. Pozostałe odcinki DNA zawierają informację o budowie innych rodzajów RNA (rRNA, tRNA.

B. Histony. Zawarty w chromatynie DNA związany jest z histonami. Histony stanowią grupę niskocząsteczkowych białek o charakterze zasadowym. W zależności od wzajemnej proporcji zawartych w w nich aminokwasów lizyny i argininy wyróżnia się 5 klas histonów: H1, H2A, H2B, H3 i H4.

C. Białka niehistonowe, w przeciwieństwie do poprzednich, stanowią grupę bardzo zróżnicowaną. Wśród białek tych można wyróżnić białka enzymatyczne, regulatorowe i strukturalne. Białka enzymatyczne biorą udział w syntezie i modyfikacjach kwasów nukleinowych, lub w przemianach składników białkowych jądra. Białka regulatorowe są odpowiedzialne za regulację aktywności genów, z czym wiąże się ich specyficzność komórkowa i narządowa. Białka strukturalne związane są z przestrzenną organizacją chromatyny.

Przestrzenna organizacja chromatyny. Wymienione wyżej składniki chromatyny zorganizowane są w sposób umożliwiający pomieszczenie dziesiątek par chromosomów (u człowieka 23 pary) - każdy o długości kilku centymetrów - na terenie jądra komórkowego, którego przeciętna średnica wynosi ok. 5 μm.

Podstawową jednostką budowy chromatyny jest nukleosom. Ma on kształt krążka o średnicy 11 nm i grubości 5 nm i składa się z rdzenia histonowego, na który nawinięta jest nić DNA. W skład rdzenia nukleosomu wchodzi 8 cząsteczek histonów (po dwie pary histonów H2A, H2B, H3 i H4), tworząc tzw. oktamer. Wokół oktameru owija się odcinek podwójnej nici DNA odpowiadający 146 parom zasad nukleotydowych, który wytwarza niepełne dwa skręty wokół obwodu nukleosomu. Pomiędzy sąsiednimi oktamerami rozciąga się krótki, liczący do 80 par zasad odcinek łączący, który należy również do nukleosomu. Poza strukturą nukleosomu znajduje się histon H1, który spina początek i koniec nici DNA nawiniętej na rdzeń nukleosomu.

Na preparatach izolowanej chromatyny oglądanych w mikroskopie elektronowym, nukleosomy dostrzega się w postaci "koralików nanizanych na sznurek". Struktura taka nosi nazwę nukleofilamentu. Cząsteczki histonów H1, leżące na powierzchni nukleosomów, mogą wzajemnie ze sobą reagować powodując zbliżenie nukleosomów do siebie. W efekcie tego zbliżenia wytwarza się najczęściej układ "zygzakowaty", w którym nić DNA przewija się wśród dwóch leżących naprzeciw siebie szeregów ciasno ułożonych nukleosomów. Te dwa szeregi, owijając się wokół siebie w formie spirali (superhelizy), tworzą włókno chromatynowe (solenoid).Przy udziale niehistonowych białek chromatyny pewne obszary włókna chromatynowego zostają wybrzuszone w postaci bocznych pętli zaczepionych na zrębie chromosomu, dzięki czemu następuje dalsze skrócenie całej struktury. W pierwszej fazie cyklu podziałowego komórki dochodzi do kolejnej spiralnej kondensacji włókna chromatynowego z pętlami, w efekcie czego powstaje chromatyda dostrzegalna już w mikroskopie optycznym jako połowa chromosomu.

Opisane struktury chromatyny mogą przechodzić z jednej formy w drugą, co determinuje stan czynnościowy chromatyny.

Euchromatyna i heterochromatyna. Euchromatyna wg. klasycznej definicji, opartej o obraz zarówno z mikroskopu optycznego jak i elektronowego stanowi jaśniejsze (mniej gęste elektronowo) obszary chromatyny.

Heterochromatyna odpowiada skondensowanej formie chromatyny, którą dostrzega się w mikroskopie optycznym w postaci intensywnie zabarwionych grudek, a w mikroskopie elektronowym w formie elektronowo gęstych obszarów. Heterochromatyna stanowi frakcję chromatyny nieaktywnej transkrypcyjnie.

Jąderko

Jąderko odpowiedzialne jest za produkcję podjednostek rybosomów. Obserwuje się go na terenie jądra jako wyraźną, kulistą grudkę, która barwi się zwykle zasadochochłonnie, chociaż niekiedy może wykazywać powinowactwo do barwników kwaśnych. W obrazach mikroskopowo-elektronowych ma gąbczastą strukturę, w której można wyróżnić 3 rodzaje obszarów: (1) jasne centra włókienkowe, zawierające aktualnie nieaktywny rybosomowy DNA (rDNA), (2) gęste obszary włókienkowe, gdzie odbywa się proces transkrypcji prerybosomowego RNA (pre-rRNA) oraz (3) obszary ziarniste złożone głównie z dojrzewających podjednostek rybosomów.

Liczba jąderek i rozmiary zależą od stanu aktywności komórki i zwiększają się wraz z nasileniem syntezy białek i związanym z tym zapotrzebowaniem na rybosomy. Dojrzałe odmiany rRNA opuszczają jąderko po wbudowaniu do podjednostek rybosomów, które poprzez sok jądrowy dryfują w stronę porów otoczki jądrowej. Podjednostki mniejsze rybosomu opuszczają jąderko niemal natychmiast po wytworzeniu, natomiast podjednostki większe dojrzewają dwukrotnie dłużej, dzięki czemu stanowią główny składnik obszarów ziarnistych.

Zrąb jądra i sok jądrowy

Termin "zrąb jądra" obejmuje struktury pozostające w jądrze po chemicznej eliminacji chromatyny i jąderka. Zrąb jądra zbudowany jest z białek, które warunkują odpowiednią organizację przestrzenną wewnątrz jądra (uporządkowany układ chromosomów, skupianie się składników jąderka). Do składników zrębu jądra zalicza się: blaszkę i pory otoczki jądrowej. Sok jądrowy (kariolimfa) zawiera płynne składniki jądra, w których zawieszone są chromatyna, jąderko i twory od nich pochodzące, a także zrąb jądra. Składników soku jądrowego nie obserwuje się w preparatach histologicznych.

Otoczka jądrowa

Otoczka jądrowa zbudowana jest z dwóch błon oddzielonych od siebie przestrzenią okołojądrową (perynuklearną). W miejscach, gdzie obie błony stykają się ze sobą, ulega zamknięciu przestrzeń okołojądrowa a obszar jądra uzyskuje łączność z cytoplazmą. Miejsca te określa się jako pory jądrowe.

Rybosomy

Rybosomy są to struktury zbudowane z rybosomowego RNA i białek. Ich wielkość nie przekracza 32 nm, w związku z czym w mikroskopie optycznym nie dostrzega się ich jako poszczególnych tworów, chociaż ich duże nagromadzenie manifestuje się wyraźną zasadochłonnością cytoplazmy.

Podstawową cechą charakteryzującą rybosom jest stała sedymentacji (S), odzwierciedlająca jego masę. W przypadku rybosomów eukariotycznych wynosi ona 80 S, dla rybosomów prokariotycznych 70 S, a dla rybosomów mitochondrialnych 55 S. Każdy rybosom zbudowany jest z dwóch podjednostek: małej i dużej. Stałe sedymentacji podjednostek rybosomów eukariotycznych oraz ich skład przedstawione są w tabeli 1.3.

Ponieważ rybosomy organizmów prokariotycznych oraz rybosomy mitochondrialne są mniejsze, ich podjednostki mają niższe stałe sedymentacji, a ponadto zawierają one mniej białek oraz krótsze na ogół cząsteczki rRNA (o niższych wartościach S).

Rybosomy stanowią miejsce syntezy białek w komórce. W okresie nieaktywnym obie podjednostki rybosomu przemieszczają się w cytoplazmie oddzielnie, a ich połączenie znamionuje aktualnie trwający proces translacji. Proces ten rozpoczyna się od przyłączenia do małej podjednostki rybosomu tzw. inicjującego tRNA oraz mRNA. Powstały kompleks łączy się następnie z dużą podjednostką rybosomu w ten sposób, że pomiędzy obiema podjednostkami wytwarza się szczelina, w której mieści się mRNA i do której dopływają następne cząsteczki tRNA wraz z przyłączonymi aminokwasami. Dzięki temu, że ta sama nić mRNA odczytywana jest zwykle przez kilka rybosomów, powstają grupy rybosomów powiązanych ze sobą za pomocą mRNA, które nazywa się polirybosomami (albo polisomami). Wytwarzany łańcuch peptydowy mieści się początkowo w obrębie kanału przebijającego dużą podjednostkę. Po przekroczeniu długości ok. 40 aminokwasów peptyd wysuwa się z podjednostki rybosomu na zewnątrz.

Jeżeli początkowy odcinek peptydu zawiera odpowiedni odcinek sygnałowy, który kieruje rybosom w stronę błon siateczki śródplazmatycznej, to wówczas rybosom w trakcie dalszej syntezy białka zostaje przyłączony do siateczki. O przebiegu syntezy białka na polirybosomach wolnych (zawieszonych w cytoplazmie), lub związanych z błonami siateczki decyduje zatem obecność lub brak określonego odcinka sygnałowego, co z kolei wynika z przeznaczenia syntetyzowanego białka. Na błonach siateczki przebiega synteza białek wydzielniczych, enzymów lizosomowych oraz białek integralnych wchodzących w skład wszystkich pozostałych błon (siateczki, aparatu Golgiego, endosomów, lizosomów, ziaren wydzielniczych, błony komórkowej). Natomiast pozostałe białka, przeznaczone do jądra (składniki chromatyny, enzymy związane z replikacją, transkrypcją i naprawą DNA), białka wchodzące w skład cytozolu (w tym także białka enzymatyczne), białka cytoszkieletu, i wreszcie białka przeznaczone do mitochondriów i peroksysomów (tak błonowe, jak i enzymatyczne) syntetyzowane są na rybosomach wolnych. Należy podkreślić, że białka jądrowe, mitochondrialne i peroksyzomowe wyposażone są również w odcinki sygnałowe właściwe dla danego przedziału komórki.

Siateczka śródplazmatyczna

Siateczka śródplazmatyczna stanowi zespół spłaszczonych zbiorników (cystern) oraz rozgałęzionych rurek.

Siateczka śródplazmatyczna szorstka i gładka

W obrębie siateczki wyróżnia się dwa obszary: siateczkę szorstką (ziarnistą) i gładką (bezziarnistą), które nierzadko łączą się ze sobą. Podstawę tego podziału stanowi wprawdzie obecność rybosomów na zewnętrznej, cytoplazmatycznej powierzchni błon siateczki, jednakże siateczka szorstka pozbawiona rybosomów nie staje się siateczką gładką, ponieważ oba obszary różnią się także swoją formą przestrzenną oraz składem chemicznym. Siateczka śródplazmatyczna szorstka występuje w postaci cystern podczas gdy siateczka gładka tworzy kanaliki. W błonach siateczki gładkiej znajduje się więcej cholesterolu, natomiast w błonach siateczki szorstkiej obecne są dodatkowe białka odpowiedzialne za rozpoznawanie i przyłączanie rybosomów.

Jak już wspomniano, przyłączanie się rybosomów do siateczki uwarunkowane jest aktualnie zachodzącą syntezą białka wyposażonego w odpowiedni odcinek sygnałowy. Odcinek ten stanowi początkowy fragment peptydu i zawiera ok. 20 aminokwasów. Odcinek sygnałowy po wysunięciu się z rybosomu rozpoznawany jest przez krążący w cytozolu kompleks białkowo-rybonukleinowy zwany w skrócie SRP (cząsteczka rozpoznająca sygnał). Cząsteczka SRP reaguje następnie z jednym z białek integralnych błony siateczki szorstkiej, zwanym białkiem przyjmującym i w ten sposób zakotwicza rybosom wraz z syntetyzowanym peptydem do błony siateczki. Niespecyficzne przyłączanie się do błony siateczki rybosomów syntetyzujących inne (pozbawione odpowiedniego sygnału) peptydy, jest blokowane przez cytozolowe kompleksy białkowe, które otaczają te peptydy w trakcie ich powstawania.

Odcięcie odcinka sygnałowego, którego początek pozostaje po stronie cytoplazmatycznej błony, uwalnia do wnętrza siateczki białka wydzielnicze i enzymy lizosomowe. W przypadku białek przeznaczonych do wbudowania w błonę odcinek sygnałowy może zostać utrzymany, lub też białko zostaje zakotwiczone w błonie za pomocą hydrofobowego odcinka stop. W trakcie syntezy białka na powierzchni szorstkiej siateczki śródplazmatycznej obserwuje się liczne, przyłączone do niej rybosomy w postaci polisomów.

Znaczenie czynnościowe siateczki środplazmatycznej

Błony siateczki śróplazmatycznej szorstkiej umożliwiają odseparowanie białek wydzielanych na zewnątrz od białek własnych komórki, jak również enzymów lizosomowych od składników cytozolu. Przyłączenie do błon siateczki rybosomów syntetyzujących integralne białka błonowe pozwala na wbudowanie tych otatnich w obręb błony.

Na terenie siateczki śródplazmatycznej szorstkiej rozpoczyna się modyfikacja wytworzonych białek poprzez odcięcie odcinka sygnałowego oraz przyłączenie cząsteczek cukrów w procesie glikozylacji. Zarówno na terenie szorstkiej, jak i gładkiej siateczki zachodzi synteza lipidów, pewne etapy przemian hormonów sterydowych, przetwarzanie trucizn i leków (głównie przy udziale oksydaz mikrosomowych) prowadzące do ich odtruwania.

Siateczka gładka stanowi główny zbiornik łatwo uwalnianych jonów Ca²⁺. Ostatnio wyodrębniono nawet oddzielny przedział przedział siateczki w formie błoniastych pęcherzyków lub cystern, które nazwano kalciosomami.

Aparat Golgiego

Na poziomie mikroskopu elektronowego podstawową jednostkę strukturalną aparatu Golgiego stanowi diktiosom. Jest to zespół błoniastych cystern, spłaszczonych w częściach środkowych i rozszerzonych workowato w częściach brzeżnych. Cysterny te w liczbie 5-8 ułożone są jedna na drugiej na podobieństwo stosu głębokich talerzy. Cała struktura jest zwykle półksiężycowato wygięta i towarzyszą jej pęcherzyki o średnicy 30-50 nm (tzw. mikropęcherzyki). Dodatkowo w komórkach gruczołowych obserwuje się duże wakuole o średnicy 500-3000 nm (makropęcherzyki albo wakuole zagęszczające).

Pojedyncze cysterny diktiosomu wykazują obecność otworów (fenestracji) oraz kanalików odchodzących od ich części obwodowej. Kanaliki te mają łączyć ze sobą nie tylko pojedyncze cysterny w obrębie tego samego diktiosomu, lecz również zespalać diktiosomy rozproszone w różnych miejscach komórki w jeden system, stanowiący aparat Golgiego.

Biegunowość diktiosomu

W obrębie diktiosomu wyróżnia się dwa bieguny: leżący bliżej jądra biegun formowania (inaczej cis), oraz zwrócony do błony komórkowej biegun dojrzewania (inaczej trans). Biegun cis jest zwykle wypukły i sąsiadują z nim małe pęcherzyki. Biegun trans jest wklęsły i w jego pobliżu lokalizują się makropęcherzyki. Na biegunie trans błona jest grubsza, z wyraźnie zaznaczoną strukturą trójwarstwową, co upodabnia ją do błony komórkowej.

Dodatkowe przedziały związane z aparatem Golgiego

Najdalsza cysterna po stronie trans jest wyraźnie grubsza i stanowi sieć trans stanowi w której produkty z wnętrza cystern diktiosomu zostają rozdzielone pomiędzy trzy różne typy pęcherzyków:

- pęcherzyki transportujące, które dostarczają elementy białkowe i lipidowe do błony komórkowej, wydzielając równocześnie na zewnątrz wytworzone w komórce składniki substancji międzykomórkowej,

- pęcherzyki hydrolazowe, tj. pęcherzyki okryte (klatryną), w których zostają zebrane enzymy lizosomowe,

- wakuole zagęszczające, w których gromadzone są produkty wydzielane na drodze egzocytozy regulowanej

Rola aparatu Golgiego w komórce

Zasadnicza funkcja aparatu Golgiego we wszystkich komórkach polega na przebudowie błon - z podobnych do siateczki śródplazmatycznej na podobne do błony komórkowej. Konieczność takiej przebudowy wynika z tego że tylko błony podobne do siebie zdolne są do wzajemnej fuzji, która umożliwia włączanie fragmentów jednych błon do drugich, jak również przekazywanie pomiędzy przedziałami błonowymi substancji zawartych w ich wnętrzu.

Składniki błon wytworzone w siateczce śródplazmatycznej przenoszone są w ścianach pęcherzyków przepływających od siateczki do bieguna cis diktiosomu i dalej przez jego kolejne cysterny aż do sieci trans, w której zostaną skierowane do odpowiedniego obszaru błony. Przebudowa błon w aparacie Golgiego obejmuje także postępującą glikozylację białek błonowych, która polega na przyłączaniu dalszych reszt cukrowcowych powstają w efekcie zróżnicowane glikoproteidy o różnej długości łańcuchów oligosacharydowych i różnym ich składzie. Oligosacharydy białek błonowych wejdą w skład glikokaliksu, podobnie jak glikolipidy, których reszty cukrowcowe zostają również dobudowane na terenie diktiosomu.

Z przebudowy błon na terenie aparatu Golgiego wynika jego znaczenie dla odnowy błony komórkowej oraz wytwarzania pęcherzyków zdolnych do fuzji z błoną komórkową tj. lizosomów i ziarnistości wydzielniczych.

Inną rolą spełnianą przez aparat Golgiego (a właściwie przez jego sieć trans) jest segregacja zawartości pęcherzyków dostarczanych do diktiosomów i oddzielenie enzymów lizosomowych od produktów wydzielniczych komórki. Szczególnie intensywnie rozwinięty jest aparat Golgiego w komórkach gruczołowych, w których nie tylko dostarcza błon do opakowania wydzieliny, ale również uczestniczy w jej modyfikacji fizycznej (zagęszczanie) i chemicznej (glikozylacja, siarkowanie, fosforylacja). Zagęszczeniu wydzieliny (z czym łączy się nazwa wakuoli zagęszczających) towarzyszy zmniejszenie się rozmiarów wakuoli i przyrost gęstości elektronowej, prowadzące do ich przekształcenia w ziarna wydzielnicze.

Fuzja błon i egzocytoza

Usuwanie na zewnątrz hydrofilnej wydzieliny komórkowej opakowanej w pęcherzyki wytwarzane na biegunie trans aparatu Golgiego zachodzi na drodze egzocytozy. Jest to proces polegający na transporcie wydzieliny w formie pęcherzyków w stronę błony komórkowej, zlewaniu się (fuzji) błony pęcherzyków z błoną komórkową i uwolnieniu zawartości pęcherzyka w taki sposób, że przez cały czas zostaje zachowana ciągłość błony komórkowej.

Endocytoza i przedział endosomowy

Mianem endocytozy określa się szczególny rodzaj transportu substancji ze środowiska zewnętrznego do komórki, który polega na tym, że pobierana substancja nie przechodzi przez błonę komórkową lecz przemieszcza się razem z fragmentem tej błony w postaci pęcherzyka. W przypadku, gdy endocytoza dotyczy substancji płynnych, nazywa się ją pinocytozą, a gdy dotyczy ciał stałych - fagocytozą. Oba zjawiska różnią się przy tym nie tylko charakterem pobieranej substancji, ale również sposobem formowania pęcherzyków, zapotrzebowaniem na energię, i znaczeniem biologicznym.

W trakcie pinocytozy fragment błony komórkowej zagłębia się w cytoplazmę, po czym oddziela się jako pęcherzyk zwany pinosomem, we wnętrzu którego zamknięty zostaje płyn z otoczenia komórki. Proces ten nie wymaga energii, ani udziału cytoszkieletu komórki. Pinocytoza występuje we wszystkich komórkach i ma za zadanie dostarczanie do nich wody wraz z rozpuszczonymi w niej składnikami. Pewną odmianę pinocytozy stanowi transcytoza polegająca na tym, że płyn pobierany przez komórkę na jednej z jej powierzchni zostaje przetransportowany w pęcherzykach przez cytoplazmę i wydalony po drugiej stronie komórki. Zjawisko transcytozy charakteryzuje komórki wyspecjalizowane w przenoszeniu substancji z jednego środowiska do drugiego (np. śródbłonki wyścielające wnętrze naczyń krwionośnych).

Proces fagocytozy również nie dotyczy wszystkich komórek, lecz tylko ściśle określonych populacji, do których należą makrofagi oraz granulocyty. W przebiegu fagocytozy pochłaniane ciało przylega do powierzchni komórki fagocytującej, która wysuwa wypustki otaczające to ciało i "zagarnia" je w głąb cytoplazmy, tworząc pęcherzyk o nazwie fagosomu. Proces ten wymaga energii oraz udziału mikrofilamentów aktynowych.

Lizosomy

Lizosomy są to pęcherzyki, wewnątrz których zachodzą procesy rozkładu (lizy) wielkocząsteczkowych substratów katalizowane przez zawarte w nich enzymy. W preparatach histologicznych, odróżnienie lizosomów od innych struktur pęcherzykowych w komórce dokonuje się na podstawie wykazania w nich obecności najbardziej typowych enzymów (tzw. enzymów markerowych), którymi są kwaśna fosfataza lub ß-glikuronidaza.

Enzymy i błona lizosomów

Enzymy lizosomowe należą do grupy kwaśnych hydrolaz, tj. enzymów katalizujących proces hydrolizy, których optimum działania mieści się w pH kwaśnym. Wśród ok. 50 dotychczas zidentyfikowanych enzymów lizosomowych można wyróżnić trzy główne grupy:

• esterazy, działające na różnego typu wiązania estrowe

• glikozydazy, rozkładające wiązania glikozydowe w wielocukrach i proteoglikanach

- peptydazy, rozszczepiające wiązania peptydowe w białkach i peptydach. Jak wynika z powyższego zestawienia, wewnątrz lizosomów istnieją systemy zdolne do trawienia wszystkich podstawowych składników komórki: białek, lipidów, kwasów nukleinowych i wielocukrów.

Powstawanie lizosomów

Enzymy lizosomowe syntetyzowane są na rybosomach związanych z szorstką siateczką śródplazmatyczną i wprowadzane są do jej wnętrza podczas trwania translacji. We wnętrzu siateczki podlegają glikozylacji, po czym transportowane są pęcherzykami do aparatu Golgiego. upakowanie w pęcherzyki hydrolazowe.

Znaczenie lizosomów

Lizosomy reprezentują błonowy przedział trawienny, w którym związki wielkocząsteczkowe rozkładane są na składniki proste ponownie wykorzystywane przez komórkę. Uczestniczą zatem w przebudowie struktur komórkowych podczas wzrostu i różnicowania sie komórek, w destrukcji komórek zużytych (degeneracji), rozkładaniu materiału pobranego z zewnątrz, zwłaszcza podczas fagocytozy. W szczególnych przypadkach enzymy lizosomowe mogą być wydalane poza komórkę i brać udział w trawieniu składników otaczających tkanek (resorbcja kości, implantacja blastocysty w błonie śluzowej macicy, procesy zapalne, naciekanie nowotworów).

Mitochondria

W mikroskopie elektronowym stwierdzono, że każde mitochondrium otoczone jest dwiema błonami biologicznymi: zewnętrzną i wewnętrzną.

Pomiędzy obiema błonami znajduje się przestrzeń międzybłonowa, a wnętrze mitochondrium wypełnia macierz (matriks).

Wewnętrzna błona mitochondrialna ma powierzchnię większą niż błona zewnętrzna i wpukla się do środka mitochondrium w postaci grzebieni (cristae). Grzebienie te mogą mieć kształt blaszek (lamelli) i wtedy mitochondrium określa się jako blaszkowate, bądź też kształt rurek (tubul) i mitochondrium nazywa się wtedy rurkowatym (tubularnym). Stopień pofałdowania błony wewnętrznej wzrasta w miarę nasilania się aktywności oddechowej komórki.

Najważniejsze układy białkowe tej błony stanowią kompleksy wchodzące w skład łańcucha transportu elektronów (p. dalej), przy czym markerem jest oksydaza cytochromowa.

Grzybki mitochondrialne i oksydatywna fosforylacja. Na preparatach mikroskopowo-elektronowych barwionych negatywowo zaobserwowano uszypułowane struktury wysterczające z błony wewnętrznej w kierunku macierzy. Struktury te noszą nazwę grzybków mitochondrialnych i składają się z kulistej główki o śr. 10 nm, szyjki wysokiej na 5 nm oraz podstawki, która stanowi fragment błony wewnętrznej.

W błonie wewnętrznej, w pobliżu podstawki grzybka zlokalizowane są elementy łańcucha transportu elektronów (inaczej łańcucha oddechowego), składającego się z trzech dużych kompleksów enzymatycznych (dehydrogenazy NADH, cytochromów b-c₁, oraz oksydazy cytochromowej) pomiędzy którymi krążą dwa mniejsze przenośniki elektronów (ubichinon i cytochrom c). Elektrony, pobrane wraz z H⁺ od NADH wytworzonego w cyklu Krebsa przenoszone są od wyższego poziomu energetycznego do niższego (tj. w kierunku od ujemnego do dodatniego potencjału oksydo-redukcyjnego) czemu towarzyszy uwalnianie energii. Energia ta zostaje wykorzystana do pompowania protonów (H⁺) poprzez błonę wewnętrzną w kierunku od macierzy do przestrzeni międzybłonowej i wytworzenia gradientu chemicznego (różnicy stężeń) jonów H⁺ po obu stronach tej błony.

W grzybkach mitochondrialnych znajduje się kompleks syntazy ATP (F₀-F₁ ATPaza), złożony z kanału wodorowego (czynnik F₀ - szypuła grzybka), oraz obszaru enzymatycznego (F₁ - główka grzybka). Otwarcie kanału umożliwia zgodny z gradientem przepływ jonów H⁺ w pobliże główki grzybka, gdzie energia tego przepływu zostaje wykorzystana do przyłączenia grupy fosforanowej do ADP, z wytworzeniem ATP. Ten ostatni proces nosi nazwę oksydatywnej fosforylacji. Wytworzony ATP trasportowany jest do cytoplazmy (na zasadzie antyportu z ADP) gdzie w miarę potrzeby zachodzi jego hydroliza i uwolnienie zmagazynowanej energii.

Energia zawarta w gradiencie protonowym błony wewnętrznej może być również wykorzystana do aktywnego transportu różnych substancji w stronę macierzy mitochondrialnej (np. nadmiaru jonów Ca²⁺ z cytozolu, fosforanu do syntezy ATP, pirogronianu jako substratu do cyklu Krebsa), a także do wbudowywania białek do mitochondriów (p.dalej).

Przestrzeń międzybłonowa i macierz mitochondrialna

Przestrzeń międzybłonowa daje się zuważyć tylko w okresie nasilonej fosforylacji oksydatywnej, jest natomiast praktycznie niedostrzegalna w mitochondriach mało aktywnych. Ze względu na nieselektywną przepuszczalność błony zewnęwtrznej, zawartość przestrzeni międzybłonowej różni się od składu cytozolu tylko brakiem dużych cząsteczek białkowych. W niektórych miejscach (tzw. miejsca kontaktowe) błony zewnętrzna i wewnętrzna stykają się ze sobą, co umożliwia import do mitochondriów białek syntetyzowanych w cytoplazmie (p. dalej). Marker enzymatyczny przestrzeni stanowi kinaza adenilanowa.

Macierz mitochondrialna zawiera widoczne ciałka gęste (skupiające lipoproteiny oraz złogi fosforanów wapniowych i magnezowych), rybosomy mitochondrialne (o stałej sedymentacji 55 S), nici mitochondrialnego DNA (cząsteczki pętlowe, pozbawione histonów). W jej skład wchodzą ponadto enzymy cyklu Krebsa oraz enzymy uczestniczące w ß-oksydacji krótkich kwasów tłuszczowych. W macierzy mitochondrialnej znajdują się też wszystkie elementy niezbędne dla replikacji DNA, jego transkrypcji i translacji (tRNA, mRNA, odpowiednie enzymy). Enzymem markerowym macierzy jest dehydrogenaza izocytrynianowa.

Biogeneza mitochondriów

Obecność odrębnego aparatu genetycznego (DNA, rybosomów, enzymów związanych z transkrypcją i translacją) sugeruje niezależność mitochondriów od genomu jądrowego. W rzeczywistości jednak mitochondria są zdolne do samodzielnej syntezy tylko 13 białek błony wewnętrznej. Pozostałe białka mitochondrialne syntetyzowane są na rybosomach cytoplazmatycznych pod kontrolą chromatyny jądrowej i wprowadzane do mitochondriów posttranslacyjnie. Odpowiednie sekwencje sygnałowe na końcu aminowym tych białek są rozpoznawane przez receptory w błonie zewnętrznej mitochondriów, co poprzedza przemieszczenie białek przez białkowe kompleksy translokacyjne zlokalizowane w miejscach kontaktu z błoną wewnętrzną. Tak wprowadzone białka mogą zostać zakotwiczone w błonie zewnętrznej, lub też przedostać się do macierzy mitochondrialnej, a z niej do błony wewnętrznej i przestrzeni międzybłonowej. W tych dwóch ostatnich przypadkach białko zostaje wyposażone w dodatkowe sygnały skierowujące.

Obecność śladowych ilości własnego aparatu genetycznego tłumaczy się pochodzeniem mitochondriów od bakterii, które przed ok. miliardem lat stały się symbiontami pierwotnych komórek eukariotycznych.

Peroksysomy

Są to pęcherzyki o rozmiarach znajdujących się na granicy zdolności rozdzielczej mikroskopu optycznego (0,1-1 μm). Szczególnie duże i liczne peroksysomy występują w komórkach wątrobowych oraz w komórkach kanalika proksymalnego nefronu. W mikroskopie elektronowym niekiedy dostrzega się kanaliki łączące peroksysomy ze sobą w sieć pęcherzykowo-kanalikową. Od innych struktur błoniastych w komórce peroksysomy odróżnia się wykazując obecność enzymu markerowego: katalazy. Oprócz niej peroksysomy zawierają zestaw oksydaz, m.in: moczanową, D-aminokwasów, hydroksykwasów, a także enzymy związane z ß-oksydacją kwasów tłuszczowych. Swoją nazwę peroksysomy zawdzięczają nadtlenkowi wodoru (ang. hydrogen peroxide), który wytwarzany jest przy udziale oksydaz i rozkładany przy udziale katalazy.

Zarówno enzymy peroksysomowe, jak i składniki ich błony syntetyzowane są na wolnych rybosomach i podobnie jak białka mitochondrialne wbudowywane posttranslacyjnie. W wyniku tego błona otaczająca peroksysomy różni się swoim składem od innych błon w komórce i nie podlega fuzji z nimi.

W peroksysomach u wielu zwierząt występuje parakrystaliczny rdzeń, zbudowany z oksydazy moczanowej. W komórkach człowieka brak tego enzymu, a peroksysomy nie zawierają rdzenia.

Rola peroksysomów w komórce polega na:

- rozkładaniu przez katalazę toksycznego dla komórek nadtlenku wodoru,

- utlenianiu szeregu substratów, m.in. pochodnych puryn.

- ß-oksydacji kwasów tłuszczowych (o długich łańcuchach),

- syntezie niektórych lipidow (eterolipidów)

- współudziale w metabolizmie cholesterolu i kwasów żółciowych.

Centriole, cytoszkielet i podstawy zjawisk ruchowych w komórce

Centriole

Po zastosowaniu specjalnego barwienia (np. hematoksyliną żelazistą), centriole dostrzegalne są pod mikroskopem optycznym w postaci dwóch ziarenek, które leżą w części środkowej komórki i razem z otaczającym je jasnym obszarem cytoplazmy tworzą tzw. cytocentrum.

Centriole oglądane w mikroskopie elektronowym są strukturami kształtu walca o długości 0,25-2 μm i średnicy 0,1-0,2 μm. Ściany tego walca utworzone są z mikrotubul, ułożonych po trzy (triplety) i regularnie rozmieszczonych na obwodzie w sposób przypominający układ łopatek w turbinie (pod kątem w stosunku do płaszczyzny stycznej do powierzchni walca). Triplety te są powiązane ze sobą za pomocą mostków białkowych odchodzących w regularnych odstępach od mikrotubul brzeżnych, a do środka centrioli skierowane są promieniste "szprychy", zawierające białko wiążące Ca²⁺ - prawdopodobnie centrynę. Mikrotubule zbudowane są z form A i B białka tubuliny (p. dalej), podczas gdy materiał otaczający centriole (okołocentriolarny) zawiera unikalną tubulinę G. W niektórych komórkach (leukocytach), po stronie zewnętrznej cylindra znajdują się globularne kompleksy białkowe nazywane satelitami.

Centriole stanowią ośrodki organizacji mikrotubul zarówno cytoplazmatycznych (p. dalej), jak i mikrotubul wchodzących w skład struktur osiowych (aksonemy) witek i migawek. W tym ostatnim przypadku centriole noszą nazwę ciałek podstawnych. W fazie przygotowania komórki do podziału (po rozpoczęciu syntezy DNA) centriole ulegają podwojeniu, a centriole pochodne pojawiają się jako cylindry złożone z 9-ciu pojedynczych mikrotubul zorientowanych prostopadle do centrioli macierzystych.

Mikrotubule

Występują w komórce w kilku formach: jako trwałe elementy budulcowe centrioli, ciałek podstawnych, witek i migawek, względnie trwałe mikrotubule wypustek neuronów (neurotubule), oraz nietrwałe mikrotubule cytoplazmatyczne (wliczając w to mikrotubule wrzeciona podziałowego).

Wszystkie mikrotubule są rurkami o średnicy 25 nm i długości zależnej od ich lokalizacji. Ściany tych rurek utworzone są z globularnych białek - tubuliny A i B. Białka te o m.cz. zbliżonej do 50 kD, tworzą dimery, które na drodze polimeryzacji łączą się w sznury zwane protofilamentami. Boczna agregacja takich sznurów prowadzi do wytworzenia płaszczyzny, która zamykając się tworzy ścianę rurki. Pełny obwód wolnych mikrotubul cytoplazmatycznych stanowi 13 protofilamentów, tam jednak, gdzie mikrotubule przylegają do siebie tworząc triplety (w centriolach) lub dublety (w aksonemie migawek i witek), ściany kolejnych mikrotubul są niekompletne i zbudowane tylko z 11 protofilamentów.

Proces powstawania mikrotubul rozpoczyna się w obszarze tubuliny G, w pobliżu centrioli, który to rejon nosi nazwę centrum organizacji mikrotubul (MTOC, ang. microtubule organizing centre). Polimeryzacji mikrotubul sprzyja wysokie stężenie wolnej tubuliny w cytoplazmie, spadek poziomu jonów Ca²⁺, nade wszystko zaś dostępność GTP, odpowiedzialnego za wiązanie kolejnych dimerów. Zwolnienie tempa dobudowywania nowych cząsteczek tubuliny jest równoznaczne z początkiem rozpadu mikrotubuli. Każda z mikrotubul cytoplazmatycznych może zatem istnieć jedynie w fazie wzrastania, albo skracania się. Ponieważ dynamika wymiany dimerów nie jest jednakowa na obu końcach mikrotubul, koniec, na którym dobudowywanie jest znacznie szybsze oznacza się "+", w odróżnieniu od końca "-", na którym przyłączanie cząstek zachodzi wolniej. W trakcie wzrostu mikrotubuli jej koniec "-" pozostaje zakotwiczony w centrum organizacji. Proces polimeryzacji mikrotubuli może zostać zahamowany podaniem z zewnątrz tzw. trucizn mikrotubul (kolchicyny, winblastyny, winkrystyny), w efekcie czego znikają w komórce mikrotubule cytoplazmatyczne (a zwłaszcza mikrotubule wrzeciona podziałowego), natomiast żadnym zmianom nie podlegają mikrotubule migawek i witek.

Mikrotubulom towarzyszą białka dodatkowe, związane z nimi czynnościowo: wysokocząsteczkowe MAPs (ang. microtubule-associated proteins, czyli białka związane z mikrotubulami), oraz niskocząsteczkowe tau, które pośredniczą w wiązaniu się mikrotubul między sobą oraz z innymi elementami cytoszkieletu. Szczególne znaczenie przypada dwom grupom białek o charakterze mechanoenzymów tj. dyneinom i kinezynom. Są to białka zbudowane z dwóch długich i dwóch krótkich łańcuchów peptydowych tworzących dwie "główki" połączone ruchomo z długim "ogonkiem". Dzięki temu, że białka te wykazują aktywność ATP-azową, mogą wykorzystywać energię uzyskaną z hydrolizy ATP do zmiany swego kształtu (zgięcia "główki" w stosunku do "ogonka"), czemu towarzyszy przeniesienie punktu przyczepu główki do mikrotubuli w inne miejsce. W ten sposób białka te mogą "kroczyć" wzdłuż mikrotubul, w kierunku ich końca "+" (kinezyny), lub "-" (dyneiny). Kroczenie dyneiny wzdłuż dubletów mikrotubul stanowi podstawę ruchu migawek lub witek. Natomiast przyłączenie się dowolnych struktur (pęcherzyków, ziarn wydzielniczych, lub błon przedziałów wewnątrzkomórkowych) na końcu "ogonka" każdego z tych białek umożliwia wewnątrzkomórkowy transport tych elementów.

Mikrofilamenty

Są to struktury włókienkowe o grubośći 6 nm i różnej długości zbudowane z białka aktyny. Białko to występuje w cytoplazmie w postaci dimerów, o kształcie zbliżonym do cyfry 8, zbudowanych z aktyny G (nazwa pochodzi od globularnego kształtu monomerów). W wyniku polimeryzacji dimerów, aktyna G przechodzi w aktynę F (od słowa filament) która tworzy mikrofilamenty.

Mikrofilament aktynowy ma formę łańcucha złożonego ze spiralnie skręconych dimerów, co w negatywowo barwionych obrazach mikroskopowo-elektronowych imituje dwa splecione sznurki korali. Podobnie jak mikrotubule, mikrofilamenty również mogą występować w komórce jako struktury trwałe (rusztowanie mikrokosmków, sieć krańcowa pod powierzchnią komórek walcowatych, mikrofilamenty obecne w połączeniach międzykomórkowych) oraz pojawiające się okresowo (podczas podziału cytoplazmy, przyczepiania się komórek do podłoża lub ich ruchu pełzakowatego). W obwodowej części cytoplazmy, pod błoną komórkową znajduje sie zwykle sieć krótkich filamentów aktynowych tworzących tzw. korę cytoplazmy. Bodźce zewnętrzne rejestrowane przez błonę komórkową mogą przenosić się na sieć aktynową bezpośrednio przez białka szkieletu błonowego, albo przy udziale białek sygnalizacyjnych G i powodować jej reorganizację.

Procesy polimeryzacji i depolimeryzacji mikrofilamentów zachodzą kolejno po sobie, z wyraźną przewagą dobudowywania cząsteczek aktyny na jednym końcu filamentu określanym jako biegun "+". Przy określonym stężeniu wolnej aktyny w otoczeniu, ustala się równowaga pomiędzy szybkością dobudowywania aktyny na jednym końcu i jej odłączania na drugim końcu filamentu, co wyraża się utrzymywaniem jego niezmiennej długości, przy stale postępującej wymianie cząsteczek aktynowych. Przemieszczanie się tych cząsteczek wzdłuż filamentu określa się terminem "dreptanie".

Polimeryzację mikrofilamentów stymulują: wysokie stężenie aktyny G oraz wysoki poziomu ATP. Może ona być hamowana albo przyspieszana przez odpowiednie białka cytoplazmatyczne. Na proces tworzenia lub dezintegracji mikrofilamentów można również wpływać działając odpowiednimi truciznami (np. cytochalazyna B sprzyja depolimeryzacji, a falloidyna nadmiernej polimeryzacji).

Układ mikrofilamentów w cytoplazmie determinowany jest przez białka łączące się z aktyną, które mogą wiązać filamenty w pęczki (α-aktynina, fimbryna), bądź promować tworzenie się krzyżujących sieci (filamina). Równolegle powiązane mikrofilamenty usztywniają mikrokosmki w brzeżkach szczoteczkowych, a także uczestniczą w kontaktach komórek między sobą i z podłożem.

Współdziałanie mikrofilamentów aktynowych z grupą mechanoenzymów - miozynami warunkuje zjawiska ruchowe towarzyszące cytokinezie, pełzaniu komórek, fagocytozie, a także transportowi wewnątrzkomórkowemu ziarnistości wydzielniczych.

Podstawy interakcji aktyny z miozyną II, stanowiącej istotę skurczu mięśni prążkowanych zostały opisane w rozdziale. W komórkach niemięśniowych wiązanie miozyny z aktyną przebiega podobnie i towarzyszy mu również zmiana konformacyjna w tej ostatniej, związana z hydrolizą ATP. W komórkach niemięśniowych miozyna nie tworzy jednak stałych mikrofilamentów lecz mogą one pojawiać się doraźnie w ilościach i rozmiarach znacznie mniejszych niż w komórkach mięśniowych, tworząc tzw. mikrosarkomery. Ujawnianie się takich miofilamentów uzależnione jest od wzrostu poziomu jonów Ca²⁺, które za pośrednictwem wiążącej je kalmoduliny indukują fosforylację łańcuchów lekkich miozyny (przy udziale odpowiedniej kinazy. Fosforylacja ta zmienia konformację spoczynkową miozyny II w tej sposób, że możliwa staje się zarówno boczna agregacja cząsteczek miozynowych w mikrofilament, jak i wiązanie z aktyną.

Drugą cechą komórek niemięśniowych jest występowanie w nich dodatkowo tzw. miozyny I, albo minimiozyny, która występuje w postaci monomerów, posiada tylko jedną globularną "główkę" i bardzo krótki "ogonek". Miozyna I nigdy nie tworzy filamentów, lecz dzięki temu, że jej "ogonek" ma zdolność przyłączania sie do różnych błon w komórce, umożliwia ona transport pęcherzyków (a także całych przedziałów błoniastych) wzdłuż mikrofilamentów aktynowych, z którymi reaguje "główka".

Ruch komórek

Najżywszy ruch cechuje komórki takie jak plemniki, których witka umożliwia poruszanie się pod prąd strumienia płynu. Zasada ruchu witki jest taka sama jak w przypadku ruchu migawek na powierzchni komórek. boczne zgięcie zarówno witki jak i migawki wynika z przemieszczania się dyneiny wzdłuż obwodowych mikrotubul w kierunku dystalnym (końca “+”) raz po jednej, raz po drugiej stronie struktury osiowej. Efektywność ruchu plemnika zwiększona jest dodatkowo przez udział grubych włókien, w których zidentyfikowano specyficzne dla plemnika białka kurczliwe.

Wiele komórek w organizmie dojrzałym (i niemal wszystkie w organizmie embrionalnym) wykazuje zdolność do ruchu pełzakowatego. Ruch taki wymaga kontaktu komórek z podłożem o konsystencji stałej (np. włóknami substancji międzykomórkowej) i wykorzystuje reorganizację filamentów aktynowych, lub ich współdziałanie z miozynami. Lokalna polimeryzacja aktyny leży u podstaw tworzenia na wiodącym końcu komórki dwojakiego rodzaju wypustek: wąskich, nitkowatych o nazwie filipodia lub szerokich w formie płacht nazywanych lamellipodia. Towarzyszy temu depolimeryzacja sieci filamentów korowych powodująca upłynnienie cytoplazmy, która wlewa się do szerokich wypustek. W części komórki pozostającej z tyłu miozyna II reaguje z pęczkami filamentów aktynowych i wywołuje skurcz, w trakcie którego cytoplazma przemieszcza się do przodu.

Ruch pelzakowaty komórek może być nieukierunkowany (przypadkowy), lub też skierowany w stronę określonych bodźców. W ustroju komórki najczęściej migrują w kierunku produktów metabolizmu bakterii, rozpadłych tkanek, lub określonych czynników wydzielanych przez inne komórki - cytokin . Ruch indukowany przez bodźce chemiczne określany jest jako chemotaksja i jak każdy ruch ukierunkowany wymaga dodatkowego udziału mikrotubul, które wytyczają kierunek przemieszczania się cytoplazmy.

Wszystkie zjawiska ruchowe wymagają jonów Ca²⁺ jak o sygnału inicjującego.

Filamenty pośrednie

Są to struktury włókienkowe o średnicy 10 nm, występujące zarówno na terenie jądra komórkowego, jak i cytoplazmy. Filamenty pośrednie jądra to wspomniane już laminy A i B obecne pod otoczką jądrową komórek wszystkich typów. Filamenty pośrednie cytoplazmy zbudowane są natomiast z białek, których skład różni się w zależności od rodzaju tkanki, z której wywodzą się komórki

Wszystkie białka filamentów pośrednich reprezentują cząsteczki o kształcie wydłużonych włókienek. Takie monomery podlegają bocznej agregacji do dimerów, których równoległy układ z końcami NH₂ i COOH zwróconymi przeciwstawnie daje tetramery. Dzięki schodkowatemu przesunięciu dimerów wobec siebie w tetramerach pozostaja wolne odcinki umożliwiające "zazębienie" się następnych jednostek. Ostateczne filamenty pośrednie powstają przez spiralne ułożenie 8 tetramerów. Filamenty keratynowe z reguły zawierają cytokeratyny I i II, nie wiążą natomiast żadnych białek z pozostałych grup. W filamentach z rodziny wimentyny i filamentach neuronów możliwe jest współwystępowanie dowolnych białek z obu tych grup, co prowadzi do znacznego zróżnicowania składu filamentów pośrednich.

Dzięki swojej strukturze przypominającej plecioną linę, filamenty pośrednie wyróżniają się od innych elementów cytoszkieletu swoją elastycznością; poddają się odkształceniom, a po ustaniu działającej siły powracają do formy poprzedniej. W zależności od rodzaju tworzących je białek tworzą różne układy przestrzenne: pęczków kierujących się w stronę obwodu komórki (keratyny), luźnych sieci zlokalizowanych głównie wokół jądra (wimentyny), bądź równoległych pasm w długich wypustkach (neurofilamenty). Filamenty pośrednie nie wykazują biegunowości i raz spolimeryzowane stanowią najbardziej trwały element cytoszkieletu. Ich ewentualny demontaż wymaga chemicznej modyfikacji białek filamentów (np. fosforylacji).

Filamenty pośrednie biorą udział w utrzymaniu kształtu komórek, wzmacniają je mechanicznie i odpowiadają za usytuowanie różnych struktur komórkowych w określonym miejscu. Poprzez łączenie się z mikrotubulami a także z białkami błony komórkowej filamenty pośrednie mogą stabilizować calość cytoszkieletu.

Znajomość typu filamentów pośrednich charakteryzujących określone tkanki znalazła praktyczne wykorzystanie w diagnostyce nisko wyróżnicowanych nowotworów, chociaż obecnie już wiadomo, że w niektórych komórkach mogą współistnieć filamenty więcej niż jednego rodzaju.

Inne składniki cytoplazmy

Oprócz wyżej opisanych struktur, w cytoplazmie mogą się jeszcze znajdować materiały zapasowe: lipidy i glikogen (zaliczane dawniej do tzw. wtrętów komórkowych).

Lipidy występują w postaci kropel, które przy zastosowaniu odpowiednich utrwalaczy i technik skrawania materiału można obserwować już na poziomie mikroskopu optycznego. W rutynowych preparatach (parafinowych lub celoidynowych), miejsca po lipidach wypłukanych przez rozpuszczalniki organiczne są puste, co nadaje cytoplaźmie charakter "piankowaty". Krople lipidowe nie są otoczone błoną, co zapewnia łatwą dostępność zawartych w nich składników. Stanowią formę zmagazynowania materiału wysokoenergetycznego przeznaczonego do późniejszego wykorzystania (w komórkach jajowych, wątrobowych), a w szczególnym przypadku komórek tłuszczowych zlewają się w jedną kroplę wypełniającą całe ich wnętrze. Krople lipidowe mogą również gromadzić produkty wyjściowe do syntezy substancji aktywnych biologicznie (np. hormonów sterydowych w komórkach sterydotwórczych, lub pochodnych kwasu arachidonowego w granulocytach). Zwiększenie ilości kropel znamionuje niekiedy początek procesów degeneracyjnych (np. w komórkach ciałka żółtego) lub stanowi oznakę uszkodzenia komórek (np. wątrobowych).

Glikogen występuje w postaci ziarenek, wielkości 25-30 nm, które w przypadku ich większej ilości można wykazać w mikroskopie optycznym za pomocą reakcji PAS. W mikroskopie elektronowym ziarenka glikogenu obserwuje się w postaci charakterystycznych skupisk zwanych rozetami. Najczęściej lokalizują się one w pobliżu kalciosomów magazynujących jony Ca²⁺, które są niezbędne dla aktywacji enzymów uczestniczących w przemianach glikogenu.

Dla płynnej części cytoplazmy, w której zawieszone są wszystkie opisane struktury i materiały zapasowe biochemicy zaproponowali nazwę cytozol. Stanowi ona wysoce skoncentrowany roztwór makromolekuł, wśród których znajdują się m.in. lokalnie działające enzymy, białka wędrujące do różnych przedziałów komórki, monomery elementów cytoszkieletu, oraz białka szoku termicznego (HSP - heat shock proteins), których zadaniem jest zabezpieczenie prawidłowej konformacji innych białek.

2. TKANKA NABŁONKOWA

Każda tkanka składa się z komórek o zbliżonej charakterystyce strukturalnej i funkcjonalnej i z wyprodukowanej przez nie substancji międzykomórkowej. Najbardziej charakterystyczną cechą tkanki nabłonkowej jest ścisłe przyleganie do siebie tworzących ją komórek; jedyną formą substancji międzykomórkowej są blaszki podstawne.

Zespoły komórek nabłonkowych tworzą dwa zasadnicze rodzaje struktur: wyściółki nabłonkowe i gruczoły. Wyściółki nabłonkowe pokrywają zewnętrzne i wewnętrzne powierzchnie organizmu, kontaktujące się (bezpośrednio lub pośrednio) ze środowiskiem zewnętrznym (skóra, spojówki i rogówka, drogi pokarmowe, oddechowe, moczowe i rozrodcze) oraz z płynami ustrojowymi (naczynia krwionośne i limfatyczne, jamy ciała). Gruczoły są natomiast skupiskami komórek nabłonkowych, o zróżnicowanej wielkości i budowie, wyspecjalizowanymi w pełnieniu funkcji wydzielniczej.

Nabłonki nigdy nie zawierają naczyń krwionośnych; tlen i substancje odżywcze docierają do nich na drodze dyfuzji z naczyń znajdujących się w pod- lub okołonabłonkowej tkance łącznej.

Komórki nabłonkowe w większości cechują się polaryzacją, czyli biegunowością ich błony komórkowej, a niekiedy także organizacji wewnętrznej. Można w nich z reguły wyróżnić dwie odmienne pod względem morfologicznym i funkcjonalnym powierzchnie: (1) przyszczytową (wolną) oraz (2) boczną i przypodstawną.

2.1. Funkcje nabłonków

Nabłonki spełniają wyjątkowo różnorodne funkcje. Należą tu:

A. Funkcja ochronna: ochrona głębiej położonych tkanek przed uszkodzeniami mechanicznymi, chemicznymi i termicznymi (np. naskórek, nabłonek jamy ustnej).

B. Funkcja resorbcyjna: wchłanianie (zazwyczaj ze światła wewnętrznego przewodu) różnych substancji (np. nabłonek jelitowy, nabłonek kanalików nerkowych).

C. Funkcja wydzielnicza: produkcja i wydzielanie różnych substancji (np. gruczoły, wyściółka nabłonkowa żołądka).

D. Funkcja barierowa: regulacja transportu różnych substancji poprzez warstwę nabłonkową. Funkcja ta ma dwa aspekty: z jednej strony niektóre typy nabłonków mają za zadanie maksymalne ułatwienie tego transportu, cechują się zatem znaczną przepuszczalnością (np. śródbłonek większości naczyń włosowatych lub - dla gazów - wyściółka pęcherzyków płucnych), z drugiej zaś istnieją bardzo szczelne pokrywy nabłonkowe uniemożliwiające swobodny przepływ substancji szczelinami międzykomórkowymi i wymuszające ich selektywny transport przez błonę i cytoplazmę komórek (np. śródbłonek naczyń włosowatych w mózgu, nabłonek jelitowy).

E. Funkcja zmysłowa: odbiór bodźców ze środowiska zewnętrznego (np. kubki smakowe, komórki receptorowe ucha wewnętrznego).

2.2. Ogólna charakterystyka nabłonków

2.2.1. Klasyfikacja i występowanie nabłonków

Klasyfikacja nabłonków oparta jest na dwóch kryteriach: ilości warstw komórek nabłonkowych i ich kształcie. Zgodnie z pierwszym kryterium wyróżniamy nabłonki jednowarstwowe i wielowarstwowe, a zgodnie z drugim płaskie, sześcienne i walcowate (ryc. 2.1). Charakterystyka typu nabłonka powinna uwzględniać oba te kryteria. W przypadku nabłonków wielowarstwowych, w których występują komórki o zróżnicowanych kształtach, w nazwie nabłonka bierze się pod uwagę kształt komórek warstwy powierzchniowej.

Nabłonek wielowarstwowy płaski występuje w dwóch odmianach:

a) nierogowaciejący - zbudowany wyłącznie z żywych komórek;

b) rogowaciejący - komórki powierzchniowych warstw obumierają i przekształcają się w martwe płytki rogowe.

Poniższa tabela zestawia typy nabłonków występujących u człowieka.

Tabela 2.1. Zestawienie typów, funkcji i lokalizacji nabłonków

Typ nabłonka	Główne funkcje	Przykładowa lokalizacja
jednowarstwowy płaski	barierowa	naczynia (śródbłonek), pęcherzyki płucne (pneumocyty), kanaliki pośrednie nerki, jamy ciała (mezotelium)
jednowarstwowy sześcienny	barierowa, resorbcyjna, wydzielnicza	kanaliki nerkowe, gruczoły, nabłonek powierzchniowy soczewki i jajnika
jednowarstwowy walcowaty	barierowa, resorbcyjna, wydzielnicza	cewa pokarmowa, drogi żółciowe i rozrodcze, gruczoły
wieloszeregowy	ochronna, wydzielnicza, zmysłowa	drogi oddechowe, przewód najądrza, kubki smakowe, obszary receptoryczne ucha wewn.
wielowarstwowy płaski	ochronna	skóra (rogowaciejący), jama ustna, gardło, przełyk, odbyt, pochwa, rogówka
wielowarstwowy sześcienny	ochronna	przewody wyprowadzające gruczołów potowych
wielowarstwowy walcowaty	ochronna	strefy przejściowe między nabłonkiem jednowarstw. walcowatym a wielowarstw. płaskim (nagłośnia, wpust, odbyt), cewka moczowa, przewody wypr. dużych gruczołów, spojówka
przejściowy (urotelium)	ochronna, barierowa	drogi moczowe

Dwa spośród wymienionych tu nabłonków wymagają krótkiego komentarza.

Nabłonek wieloszeregowy (wielorzędowy, rzekomo-wielowarstwowy) jest odmianą nabłonka jednowarstwowego walcowatego, w którym występuje kilka typów komórek różniących się wysokością. Ponieważ wszystkie komórki mają podstawy na tej samej wysokości (przylegają do blaszki podstawnej, p. dalej), ich jądra komórkowe - w zależności od wysokości komórki i położenia w niej jądra - leżą w nabłonku na różnych poziomach, stwarzając na pierwszy rzut oka wrażenie wielowarstwowości nabłonka.

Nabłonek przejściowy (urotelium), występujący w drogach moczowych, jest nabłonkiem wielowarstwowym (u niektórych gatunków komórki górnych warstw mają cienkie wypustki sięgające do błony podstawnej, co pozwala go też traktować jako specjalną odmianą nabłonka wieloszeregowego, nie jest to jednak cecha stała).

Powierzchniową warstwę tego nabłonka stanowią specyficzne komórki baldaszkowate - przeważnie dwujądrzaste, o zmodyfikowanej przyszczytowej błonie komórkowej. Jest ona zbudowana z sztywnych, asymetrycznych płytek (zewnętrzna warstwa elektronowo gęsta jest dwukrotnie grubsza niż wewnętrzna) o średnicy 0,3-0,5 μm, połączonych między sobą “zawiasowymi” obszarami błony o normalnej strukturze. Nieprzepuszczalne dla wody płytki zajmują 90% przyszczytowej powierzchni komórki baldaszkowatej. W obrębie płytek występują specyficzne dla tych komórek białka transbłonowe, uroplakiny, których zewnątrzkomórkowe odcinki powodują asymetrię błony i tworzą na powierzchni płytki ścisłe, heksagonalne układy o niemal krystalicznej strukturze.

Warstwa komórek baldaszkowatych - a szczególnie ich przyszczytowa błona komórkowa - stanowi barierę chroniącą nabłonek i położone poniżej tkanki przed bezpośrednim wpływem kwaśnego i hiperosmotycznego moczu. Komórki baldaszkowate połączone są dobrze rozwiniętymi strefami zamykającymi (p. dalej), które całkowicie uszczelniają pokrywę nabłonkową.

Nabłonek ten charakteryzuje się wyjątkową rozciągliwością - zapewnia ciągłość wyściółki pęcherza moczowego, którego wewnętrzna powierzchnia może przy maksymalnym wypełnieniu moczem powiększyć się w stosunku do pęcherza obkurczonego nawet 4-krotnie. W obkurczonym pęcherzu obserwujemy 5-6-warstwowy nabłonek, z komórkami baldaszkowatymi silnie uwypuklającymi się do światła. Natomiast w pęcherzu rozciągniętym na skutek wypełnienia moczem, liczba warstw komórek w nabłonku spada do trzech, a komórki baldaszkowate są spłaszczone i rozciągnięte. Do zmian tych dostosowuje się również błona komórkowa komórek baldaszkowatych: przy obkurczaniu się pokrywy nabłonkowej płytki błonowe wpuklają się do wnętrza komórki i odrywają wraz z przyległymi “zawiasowymi” obszarami błony, tworząc dyskowate pęcherzyki. Są one podręcznym magazynem przyszczytowej błony komórkowej: przy rozciąganiu pokrywy nabłonkowej zostają do niej ponownie wbudowane.

2.2.2. Odnowa nabłonków

Z uwagi na pełnione funkcje i kontakt ze środowiskiem zewnętrznym, komórki nabłonków ulegają stełej odnowie. Część ulega eliminacji na drodze złuszczania lub apoptozy, a ich miejsce zajmują komórki nowowytworzone. Proces ten jest szczególnie intensywny w nabłonkach bardziej narażonych na działanie czynników uszkadzających (naskórek, nabłonek przewodu pokarmowego). Istnieją dwa główne mechanizmy odnowy nabłonków.

A. W nabłonkach wielowarstwowych, warstwa podstawna zbudowana jest z komórek niskozróżnicowanych, które dzielą się mitotycznie. Komórki potomne przesuwają się ku wyższym warstwom, ulegając równocześnie różnicowaniu.

B. W nabłonkach jednowarstwowych, zbudowanych z wyspecjalizowanych morfologicznie i czynnościowo komórek, znajdują się również niezbyt liczne komórki niezróżnicowane (macierzyste). Są to przeważnie niewielkie komórki spoczywające na blaszce podstawnej. Komórki te dzielą się i różnicują w dojrzałe komórki nabłonka.

2.3. Zróżnicowania przyszczytowej (wolnej) powierzchni komórek nabłonkowych

Powierzchnia komórki nabłonkowej, kontaktująca się ze środowiskiem zewnętrznym, może być zaopatrzona w 3 rodzaje struktur: mikrokosmki, stereocylia i migawki.

2.3.1. Mikrokosmki.

Mikrokosmki są palczastymi wypustkami cytoplazmy pokrytymi błoną komórkową. Ich średnica wynosi ok. 0,1 μm, a długość dochodzi do 2 μm. Mogą występować pojedynczo lub w nieregularnych skupiskach na powierzchni komórek wszystkich tkanek, natomiast w niektórych nabłonkach (nabłonek jelitowy, kanaliki proksymalne nerki) tworzą one tzw. brzeżek szczoteczkowy. Są wówczas nieco odmienne: sztywne, jednakowej wysokości, ułożone gęsto jeden obok drugiego w formie palisady. Mikrokosmki te posiadają szczególną strukturę wewnętrzną: wewnątrz każdego mikrokosmka znajduje się wiązka filamentów aktynowych. Filamenty połączone są bocznie z błoną komórkową za pośrednictwem miozyny I, a pomiędzy sobą poprzecznymi mostkami zbudowanymi ze specyficznych białek, fimbryny i williny. Wiązka ta dochodzi do sieci krańcowej - zlokalizowanego w przyszczytowej cytoplazmie gęstego pokładu filmentów aktynowych i pośrednich powiązanych z podbłonową spektryną.

Brzeżek szczoteczkowy ok. 30-krotnie zwielokrotnia wolną powierzchnię nabłonka, co zwiększa jego możliwości resorbcyjne. Błona komórkowa mikrokosmków brzeżka zaopatrzona jest w szczególnie gruby glikokaliks i związane z nim niektóre enzymy hydrolityczne (fosfataza alkaliczna, disacharydazy w nabłonku jelitowym).

Stereocylia to szczególnie długie (do 10 μm) mikrokosmki, niekiedy rozszerzone w okolicy szczytowej. Wyposażone są, tak jak typowe mikrokosmki, w wiązkę mikrofilamentów aktynowych. U człowieka występują wyłącznie na powierzchni nabłonka wyścielającego kanał najądrza i w komórkach ucha wewnętrznego (receptory słuchu i równowagi).

2.3.2. Migawki (rzęski)

Są to wypustki cytoplazmy komórek obdarzone zdolnością ruchu. W formie brzeżka migawkowego spotykamy je na powierzchni nabłonka dróg oddechowych i jajowodu, w komórkach innych nabłonków mogą występować pojedynczo lub w niewielkich grupach. Pojedyncza migawka, o długości 7-10 μm i średnicy 0,2 μm, pokryta jest błoną komórkową i zawiera wewnątrz specyficzny aparat ruchowy, aksonemę. Aksonema to biegnąca przez całą długość łodygi migawki (p. dalej) wiązka mikrotubul, które na przekroju poprzecznym wykazują charakterystyczny układ: na obwodzie rozmieszczonych jest 9 par (dubletów) mikrotubul, a w środku biegną dwie oddzielne mikrotubule centralne. Poszczególne pary mikrotubul połączone są pomiędzy sobą za pośrednictwem (1) podwójnych mostków zbudowanych z mechanoenzymu dyneiny, która odpowiedzialna jest za przesuwanie się par obwodowych mikrotubul względem siebie oraz (2) włókien z elastycznego białka neksyny, które zapobiegają nadmiernemu przesunięciu i odpowiadają za powrót sąsiadujących par mikrotubul do stanu wyjściowego.

Odpowiednio zsynchronizowane ruchy par mikrotubul wywołują ruch całej migawki: odbywa się on w jednej płaszczyźnie i ma dwie fazy: aktywne, szybkie zgięcie w jedną stronę (zależne od dyneiny) i bierne wyprostowanie (zależne od neksyny). Częstotliwość uderzeń wynosi od 7-10/sek (w tchawicy) do ok. 20/sek (w jajowodzie). Synchronizacja ruchu mikrotubul dotyczy nie tylko pojedynczej migawki, lecz także całego brzeżka migawkowego: poszczególne migawki ułożone wzdłuż długiej osi pokrywy nabłonkowej "biją" z minimalnym opóźnieniem w stosunku do siebie. Daje to w efekcie "falę" uderzeń migawek przesuwającą się w określonym kierunku (nazywamy to zjawisko metachronią ruchu migawek). W ten sposób brzeżek migawkowy może przesuwać struktury znajdujące się na jego powierzchni, np. komórkę jajową, czy warstwę śluzu wraz z przyklejonymi do niej tworami - na tej drodze usuwane są cząstki pyłu z dróg oddechowych (ruch migawek skierowany jest do jamy gardłowej).

Część migawki wystającą z komórki nazywamy łodygą. Oprócz niej w skład migawki wchodzi jeszcze ciałko podstawne i aparat korzonkowy. Tuż poniżej podstawy migawki aksonema przechodzi w ciałko podstawne, zmieniając układ swych mikrotubul: znikają mikrotubule centralne, a do każdej pary mikrotubul obwodowych dochodzi dodatkowa mikrotubula, tworząc triplet (trójkę). Morfologia ciałka podstawnego (9 obwodowych tripletów mikrotubul) jest zatem identyczna z morfologią centrioli i obie te struktury są różnymi funkcjonalnie odmianami tej samej organeli. Ciałko podstawne steruje wytwarzaniem mikrotubul aksonemy i być może koordynuje ich ruch. Aparat korzonkowy to biegnąca od ciałka podstawnego w głąb cytoplazmy wiązka cienkich włókienek wykazująca w mikroskopie elektronowym poprzeczne prążkowanie. Rola mikrotubul centralnych i aparatu korzonkowego w funkcjonowaniu migawki jest wciąż niejasna.

Witki występujące w plemniku różnią się od migawek większą długością, obecnością dodatkowych włókien i osłonek białkowych i spiralnym ruchem. Zaopatrzone są w aksonemę o takim samym układzie mikrotubul, jak w migawce, posiadają również identyczne ciałko podstawne.

2.4. Zróżnicowania bocznych powierzchni komórek nabłonkowych

W nabłonkach jednowarstwowych komórki stykają się ze sobą tylko bocznymi powierzchniami. W tym rejonie sąsiadujące komórki tworzą w niektórych nabłonkach zazębiające się palczasto wypustki, w innych powierzchnia styku jest względnie równa. Stałym elementem bocznych powierzchni komórek nabłonkowych są połączenia międzykomórkowe. Połączenie zbudowane jest z dwóch symetrycznych części, z których każda należy do jednej z komórek tworzących styk. Za zespolenie błon komórek odpowiadają transbłonowe białka łączące, które "wystają" z błon i stykają się ze sobą w szczelinie międzykomórkowej.

Połączenia międzykomórkowe mogą się tworzyć pomiędzy komórkami wszystkich tkanek - najpowszechniej występują jednak w tkance nabłonkowej i dlatego zostaną omówione w niniejszym rozdziale.

Połączenia międzykomórkowe spełniają 3 zasadnicze funkcje:

- zapewniają mechaniczne powiązanie sąsiadujących komórek (połączenia mechaniczne);

- uszczelniają przestrzeń międzykomórkową (połączenia ścisłe lub barierowe);

- umożliwiają bezpośrednie przekazywanie jonów i substancji niskocząsteczkowych z komórki do komórki (połączenia komunikacyjne).

Połączenia mechaniczne wiążą ze sobą nie tylko błony stykających się komórek (z uwagi na półpłynny charakter błony połączenie takie byłoby zbyt słabe), ale przede wszystkim ich cytoszkielety. Jest to możliwe dzięki udziałowi w tych połączeniach trzech stałych elementów: (1) transbłonowych białek łączących - kadheryn (p. rozdz. 1.2.2), tworzących właściwe połączenie w przestrzeni międzykomórkowej, (2) białek pośredniczących, łączących wewnątrzkomórkowy odcinek kadheryny z cytoszkieletem oraz (3) filamentów cytoszkieletu.

Połączenia ścisłe i komunikacyjne tworzone są wyłącznie przez transbłonowe białka łączące.

2.4.1. Strefa przylegania (zonula adhaerens)

Jest to połączenie mechaniczne o charakterze ciągłego pasa biegnącego wokół każdej z komórek tworzących styk. Błony komórkowe oddzielone są od siebie przestrzenią o szerokości ok. 20 nm, w obrębie której łączą się kadheryny obu komórek. Po cytoplazmatycznej stronie błon uwidacznia się skupienie elektronowo gęstego materiału (tu lokalizują się białka pośrednie), przez które przebiega okrężna wiązka mikrofilamentów aktynowych. Dzięki współdziałaniu aktyny z miozyną I strefa przylegania jest połączeniem dynamicznym i nie tylko mechanicznie wiąże komórki, ale może - w wyniku przemieszczania się mikrofilamentów - modyfikować kształt całych zespołów komórkowych (np. przekształcanie się powierzchni nabłonkowych w zamknięte cewki w trakcie organogenezy, czy "wypychanie" martwych komórek z nabłonka ulegającego fizjologicznej odnowie).

Lokalną odmianą tego połączenia jest punkt przylegania - łączący komórki tylko na niewielkiej powierzchni. Połączenia takie spotyka się pomiędzy komórkami śródbłonków naczyniowych i pomiędzy astrocytami w centralnym systemie nerwowym.

2.4.2. Desmosom (macula adhaerens)

Jest również połączeniem mechanicznym, o lokalnym charakterze (porównuje się go do zatrzasku spinającego błony sąsiadujących komórek). Odległość pomiędzy błonami komórkowymi w obrębie desmosomu wynosi ok. 30 nm. Tuż pod błonami, w cytoplazmie komórek znajdują się zbudowane ze specyficznych białek pośredniczących (desmoplakin i plakoglobin) elektronowo gęste płytki desmosomowe, w których zakotwiczają się dochodzące z głębi cytoplazmy filamenty pośrednie (w nabłonkach filamenty keratynowe, czyli tonofilamenty). W przestrzeni między błonami widoczne są zewnątrzkomórkowe odcinki specyficznych dla tego połączenia kadheryn (desmoglein) zazębiające się ze sobą na kształt zamka błyskawicznego, które wiążą komórki ze sobą. Miejsce zazębienia się desmoglein widoczne jest w mikroskopie elektronowym w postaci ciemnego prążka położonego centralnie w szczelinie międzybłonowej.

2.4.3. Strefa zamykająca (zonula occludens)

Jest to połączenie ścisłe. W jego obrębie dochodzi do styku sąsiadujących błon komórkowych, który w mikroskopie elektronowym daje obraz fuzji ich zewnętrznych warstw. Rejony styku mają przestrzennie postać sieci sznurów otaczających komórkę w formie ciągłego pasa. Sznury te zbudowane są z linijnie ułożonych globularnych, transbłonowych białek łączących (klaudyn i okludyn) obecnych w obu błonach i ściśle ze sobą zespolonych.

Strefa zamykająca uszczelnia przestrzeń międzykomórkową i uniemożliwia przez to niekontrolowane przechodzenie substancji przez szczeliny pomiędzy sąsiadującymi komórkami, wymuszając transport tych substancji wyłącznie przez błonę i cytoplazmę komórek, które proces ten kontrolują i decydują o jego selektywności (np. w nabłonku jelitowym). Połączenie to stanowi również barierę dla bocznego przemieszczania się białek i lipidów budujących błonę komórkową, umożliwiając w ten sposób utrzymanie jej lokalnych zróżnicowań.

Pojedynczy styk błon nie gwarantuje całkowitej szczelności nabłonka - jej stopień wzrasta wraz z liczbą sznurów opasujących komórkę.

Obecność stref zamykających jest przyczyną istnienia tzw. barier tkankowych izolujących od siebie określone rejony w niektórych narządach:

• bariera krew-mózg (pomiędzy naczyniami a tkanką nerwową w mózgu), spowodowana przez obecność stref zamykających pomiędzy komórkami śródbłonka naczyniowego;

• bariera grasicza (pomiędzy naczyniami i utkaniem kory grasicy), zależna od stref zamykających pomiędzy komórkami nabłonkowego zrębu grasicy;

• bariera jądrowa (pomiędzy przedziałem zewnętrznym i wewnętrznym w kanalikach nasiennych jądra), utworzona przez strefy zamykające łączące komórki Sertolego.

2.4.4. Neksus (macula communicans, połączenie szczelinowe)

Połączenie to ma charakter komunikacyjny. Odległość pomiędzy sąsiadującymi błonami wynosi tu 2 nm. W obu błonach skupione są specyficzne kompleksy białkowe, koneksony, o średnicy ok. 8 nm, tworzące otwarte w warunkach fizjologicznych kanały o średnicy 1,5 nm. Każdy konekson zbudowany jest z 6 podjednostek utworzonych przez białka należące do rodziny koneksyn. Koneksony sąsiadujących błon komórkowych stykają się ze sobą w ten sposób, że ich ułożone współosiowo kanały wytwarzają bezpośrednią drogę komunikacji pomiędzy cytoplazmą przyległych komórek. Mogą przez nie przechodzić substancje niskocząsteczkowe (do 1 kDa): jony, cukry, nukleotydy, aminokwasy, witaminy, itp. Ważną fizjologicznie funkcją neksusów jest przekazywanie z komórki na komórkę potencjałów czynnościowych (bodźców), powodujących np. zsynchronizowany skurcz mięśni gładkich czy mięśnia sercowego. Również przepływ poprzez neksusy cyklicznego AMP, jonów Ca²⁺ i innych tzw. wtórnych przekaźników umożliwia sygnalizację, czyli "porozumiewanie się" komórek.

Koneksony zamykają się na skutek wewnątrzkomórkowego spadku pH lub wzrostu stężenia jonów Ca²⁺. Dzieje się tak m.in. przy uszkodzeniu komórki. Zamknięcie koneksonów zapobiega wówczas przeniesieniu się zaburzeń jonowych do sąsiednich, nieuszkodzonych komórek.

W niektórych nabłonkach jednowarstwowych walcowatych połączenia międzykomórkowe występują w przyszczytowym rejonie komórek w formie regularnych kompleksów, zwanych dawniej listewkami granicznymi. W skład takiego kompleksu wchodzą: położona najwyżej strefa zamykająca, leżąca pod nią strefa przylegania oraz nieco niżej położone desmosomy.

Zestawienie najważniejszych informacji o polączeniach międzykomórkowych i połączeniach komórka - substancja międzykomórkowa (p. dalej) przedstawia tabela 2.2.

2.5. Zróżnicowania przypodstawnej powierzchni komórek nabłonkowych

Przypodstawne powierzchnie komórek w nabłonkach jednowarstwowych oraz komórek najniższej warstwy w nabłonkach wielowarstwowych przylegają zawsze do blaszki podstawnej, czyli sąsiadują z substancją międzykomórkową. Mogą tu występować specjalne połączenia mechaniczne komórek z tą substancją zbudowane wg podobnej zasady, jak mechaniczne połączenia międzykomórkowe z tą istotną różnicą, że transbłonowymi białkami wiążącymi się z substancją międzykomórkową są integryny. W mikroskopie elektronowym połączenia takie wyglądają jak "połówki" połączeń międzykomórkowych, wytworzone na styku komórki i substancji międzykomórkowej. Do tej klasy struktur należą półdesmosomy oraz kontakty lokalne (ogniskowe).

W niektórych nabłonkach (przewody wyprowadzające ślinianek, kanaliki nerkowe) przypodstawna część komórki wytwarza - dzięki wpukleniom błony komórkowej - regularne wypustki układające się pionowo, lub też przeplatające się z analogicznymi wypustkami sąsiednich komórek. Leżące w tej części cytoplazmy mitochondria układają się w obrębie wypustek pionowo, niekiedy po kilka, co widoczne jest w mikroskopie optycznym w postaci pionowych prążków. Struktura ta nosi nazwę prążkowania przypodstawnego i funkcjonalnie związana jest ze szczególnie nasilonym transportem jonów: wpuklenia błony zwiększają jej powierzchnię, co umożliwia nagromadzenie w tym obszarze licznych białek transportowych, a mitochondria dostarczają ATP niezbędnego do transportu aktywnego. Strukturą pokrewną są występujące w innych transportujących jony nabłonkach sfałdowania przypodstawnej błony komórkowej - jednak zbyt wąskie, by zmieściły się w nich mitochondria, które co prawda grupują się w pobliżu, ale nie tworzą prążkowania (komórki "jasne" wyścielajace ciałko rzęskowe w oku, gruczoły potowe, cewki zbiorcze w nerce).

2.6. Blaszka podstawna

Blaszka podstawna jest jedyną formą zorganizowanej substancji międzykomórkowej wyprodukowanej przez komórki nabłonkowe. Tworzy ona cienki pokład oddzielający przypodstawną powierzchnię nabłonka od sąsiadujących tkanek (głównie tkanki łącznej). W barierach utworzonych przez dwie warstwy komórek nabłonkowych ("złożone" ze sobą dwa nabłonki jednowarstwowe płaskie, np. bariera powietrze-krew w płucach, czy bariera filtracyjna w ciałku nerkowym), blaszki podstawne obu nabłonków zespalają się we wspólną warstwę zajmującą centralne położenie w barierze i uczestniczącą w jej funkcji.

Blaszki podstawne występują także w tkankach innych niż nabłonkowa, gdzie jednak otaczają całe komórki (kom. mięśniowe, tłuszczowe, kom. Schwanna). Są one zawsze wytworem komórek, do których przylegają.

W mikroskopie elektronowym widoczne są dwie warstwy blaszki podstawnej: tuż pod nabłonkiem występuje blaszka jasna o grubości ok. 25 nm, a pod nią blaszka ciemna o grubości ok. 50 nm. Pod bardzo wysokimi powiększeniami uwidacznia się w nich sieć przeplatających się pasm o średnicy ok. 3-4 nm - bardzo gęsta w blaszce ciemnej i rozproszona w jasnej. W obrębie tych pasm stwierdzono obecność 4 podstawowych składników budulcowych blaszki podstawnej: układ sieciowy tworzą agregaty kolagenu typu IV oraz glikoproteidu lamininy; perlekan (proteoglikan heparanowy, przyczepiony jest do lamininy, a białko o mniejszych rozmiarach cząsteczek, entaktyna, tworzy mostki pomiędzy lamininą i kolagenem. Laminina i kolagen posiadają specyficzne miejsca wiążące integryny komórek przylegających do blaszki podstawnej.

Wielu blaszkom podstawnym towarzyszy dodatkowa warstwa włóknisto-siatkowata o zmiennej grubości, zbudowana głównie z włókien srebrochłonnych i proteoglikanów, a niekiedy również z nielicznych włókien sprężystych. Jest ona wytworem tkanki łącznej i przytwierdza do niej blaszkę podstawną. Wyróżnia się trzy rodzaje struktur mocujących blaszkę podstawną do łącznotkankowego podłoża: (1) włókna zakotwiczające o grubości ok. 10 nm, zbudowane z kolagenu typu VII, (2) cienkie wypustki blaszki ciemnej wiążące się z włóknami srebrochłonnymi oraz (3) mikrofibryle odchodzące od włókien sprężystych. Warstwa włóknisto-siatkowata jest szczególnie gruba pod naskórkiem oraz nabłonkiem rogówki i tchawicy.

Dzięki obecności warstwy włóknisto-siatkowatej cała podnabłonkowa struktura może uzyskiwać grubość do kilku μm, co pozwala ją dostrzec w mikroskopie świetlnym, szczególnie po wykonaniu reakcji P.A.S. (wykazującej obecność reszt cukrowcowych) oraz po impregnacji solami srebra. Nazywamy ją wówczas błoną podstawną. W praktyce nazwy "blaszka podstawna" i "błona podstawna" często używane są wymiennie.

Blaszka podstawna służy nie tylko do przytwierdzenia związanych z nią komórek do podłoża. Determinuje ona również polarność komórek oraz bierze udział w procesach wymiany substancji pomiędzy komórkami a otoczeniem, pełniąc rolę filtra i modulując zwłaszcza przechodzenie makrocząsteczek obdarzonych ładunkiem elektrycznym. Stanowi też barierę dla przechodzących przez nią komórek. Kontakt pomiędzy błoną komórki a białkami budującymi blaszkę podstawną ma często formę swoistego rozpoznawania ligandu przez receptor i ukierunkowuje ruchy komórek. Zarówno w okresie morfogenezy, jak i w dojrzałym organizmie blaszka podstawna wyznacza drogi migrujących komórek nabłonkowych i decyduje o kształcie ich skupisk. W rozwoju płodowym odgrywa istotną rolę we wzroście, a później w regeneracji włókien nerwowych, "prowadząc" rosnące wypustki neuronów. Uważa się też, że obecność blaszki podstawnej może wywierać hamujący wpływ na proliferację związanych z nią komórek (transformacji nowotworowej towarzyszy zanik blaszki podstawnej).

3.TKANKA ŁĄCZNA

Jak sama nazwa wskazuje tkanka ta łączy, utrzymuje i podpiera inne tkanki ustroju. Jej możliwości mechaniczne wynikają z obfitości i właściwości fizycznych istoty międzykomórkowej - cechy wyróżniającej tkankę łączną od innych tkanek ustroju. Drugim składnikiem tej tkanki są komórki; ich czynność warunkuje powstawanie istoty międzykomórkowej i decyduje o mechanizmach obronnych ustroju. Komórki tkanki łącznej mogą gromadzić substancje zapasowe (lipidy) i wytwarzać liczne mediatory regulujące czynność innych komórek.

Istnieje wiele odmian tkanki łącznej, które różnią się budową i przystosowane są do pełnienia różnych funkcji. Wyspecjalizowanymi odmianami tkanki łącznej są chrząstka, kość i krew.

Istota międzykomórkowa - składa się z dwóch zasadniczych elementów: włókien oraz istoty podstawowej.

Włókna tkanki łącznej

Klasyczna histologia wyróżnia trzy rodzaje włókien: kolagenowe, srebrochłonne oraz sprężyste (elastyczne). Różnią się one grubością, właściwościami mechanicznymi, składem chemicznym oraz barwliwością.

Włókna kolagenowe - są bardzo odporne na rozciąganie (rozciągają się najwyżej o ok. 5%) i wytrzymałe na rozerwanie. Zbudowane są z kolagenu, którego układ powoduje występowanie charakterystcznego prążkowania poprzecznego.

Zdolność do syntezy kolagenu posiada wiele komórek różnych tkanek, ale głównym producentem tego białka są fibroblasty tkanki łącznej właściwej oraz ich odpowiedniki w innych odmianach tkanki łącznej (chondroblasty i osteoblasty tkanek podporowych, odontoblasty miazgi zęba).

Włókna srebrochłonne. Nazywane są również kratkowymi lub siateczkowymi

(retikulinowymi). Nazwy pochodzą od zdolności do impregnacji solami srebra (na kolor czarny) oraz od tendencji tworzenia układów krat względnie gęstych sieci, które stanowią podporę dla delikatnych struktur, takich jak zespoły komórek a nawet pojedyncze komórki.

Włókna sprężyste (elastyczne). Występują jako pojedyncze włókna, ułożone zwykle w sieci. Pojedyncze włókno sprężyste może zostać rozciągnięte o około 100% swej długości, po czym wraca siłami sprężystości do poprzedniego stanu - stąd włókna elastyczne występują w narządach poddawanych sprężystym odkształceniom: np. w naczyniach krwionośnych, zwłaszcza w tętnicach typu elastycznego, w ścianach pęcherzyków płucnych i oskrzeli, w chrząstce sprężystej; znaczne ich ilości spotyka się w skórze (szczególnie u osób młodych), a także w tkance łącznej wiotkiej. Stanowią podstawowy składnik więzadeł sprężystych (np. struny głosowe).

Substancja podstawowa (macierz)

Nazwą tą określamy bezstrukturalną (w obrazie mikroskopu optycznego) składową istoty międzykomórkowej. Substancję podstawową tworzą proteoglikany, które mogą tworzyć wielkocząsteczkowe agregaty. W macierzy występują ponadto tzw. białka niekolagenowe.

Komórki tkanki łącznej

W tkance łącznej występują: fibroblasty i ich spoczynkowe formy fibrocyty, makrofagi, komórki tuczne (mastocyty), komórki plazmatyczne (plazmocyty), komórki tłuszczowe (adipocyty), komórki mezenchymalne, a w niektórych typach tkanki łącznej dodatkowo komórki napływowe pochodzące bezpośrednio z krwi.

Fibroblasty są komórkami produkującymi składniki istoty międzykomórkowej (zarówno włókien jak i macierzy). Fibroblasty mają wypustki, z których dwie przeciwległe są szczególnie długie. Cytoplazma barwi się zasadochłonnie ze względu na obfitą siateczkę szorstką, silnie rozwinięty jest aparat Golgiego. Po zakończeniu produkcji składników istoty międzykomórkowej fibroblast traci wyposażenie związane z aktywną syntezą, a cytoplazma staje się kwasochłonna i bardzo słabo barwliwa, stąd w mikroskopie optycznym widoczne jest praktycznie tylko jądro komórki. Taką spoczynkową formę fibroblasta nazywamy fibrocytem.

Makrofagi - wywodzą się z monocytów, które po opuszczeniu krwi osiedlają się w tkance łącznej właściwej. Pod wpływem stymulacji aktywnie przemieszczają się w tkankach. Ruch makrofagów zależy od działania czynników chemotaktycznych (metabolity bakteryjne, produkty limfocytów, substancje uwalniane z rozpadłych komórek) i ma charakter ukierunkowany. Aktywowany makrofag wykazuje zwiększoną zdolność do fagocytozy oraz do syntezy i uwalniania mediatorów. Makrofagi tego typu zawierają większą ilość siateczki szorstkiej, mają silniej rozwinięty aparat Golgiego, a ponad wszystko bardziej rozbudowany system lizosomowy. Mikroskop elektronowy ujawniawnia ponadto liczne wypustki błony komórkowej (niespokojna powierzchnia), związane z procesami fagocytozy i ruchem komórki. Głównym zadaniem makrofagów jest udział w mechanizmach obronnych ustroju. Realizują to przez fagocytozę i trawienie pochłoniętych substancji oraz na drodze produkcji i wydzielania licznych biologicznie czynnych substancji wpływających na działanie innych komórek Pochłonięte cząstki mogą być kompletnie degradowane przy udziale kwaśnych hydrolaz lizosomowych, albo po częściowym przetworzeniu prezentowane limfocytom. Makrofagi dysponują ponadto mechanizmami zabijania bakterii, jakkolwiek słabiej rozwiniętymi niż w neutrofilach.

Komórki plazmatyczne (plazmocyty) - są to komórki regularnego, zazwyczaj owalnego kształtu, o gładkich obrysach. Posiadają okrągłe jądro z charakterystycznym układem heterochromatyny lokalizującej się obwodowo na kształt cyfr na tarczy zegara, oraz wybitnie zasadochłonną cytoplazmę. Mikroskop elektronowy ujawnia niezwykle silnie rozbudowaną siateczkę szorstką, co wraz z dobrze rozwiniętym aparatem Golgiego wskazuje, iż plazmocyt jest komórką wydzielniczą nastawioną na produkuję białka "na eksport". Jej produktem są immunoglobuliny (przeciwciała) które mają podstawowe znaczenie w zjawiskach odporności typu humoralnego. Prekursorami plazmocytów są limfocyty B, które przez kolejne stadia przechodzą w klasyczne plazmocyty.

Głównym miejscem występowania komórek plazmatycznych są narządy limfatyczne oraz blaszka właściwa błon śluzowych, zwłaszcza przewodu pokarmowego.

Komórki tuczne (mastocyty) - w ich cytoplaźmie występują wybitnie zasadochłonne, często przykrywające kuliste jądro. Mastocyty mają słabo wykształcone organelle z wyjątkiem aparatu Golgiego; ich błona komórkowa tworzy liczne mikrokosmki. Komórki te występują bardzo powszechnie, lokalizują się najczęściej w sąsiedztwie drobnych naczyń krwionośnych, szególnie w narządach stykających się ze środowiskiem zewnętrznym: w skórze, przewodzie pokarmowym, układzie oddechowym. Takie rozmieszenie mastocytów pozostaje w związku z ich główną rolą, jaką jest wywoływanie lokalnego stanu zapalnego w reakcji na obce substancje. Mastocyty realizują swe zadania poprzez produkcję licznych biologicznie aktywnych substancji, np.histaminy (zwiększa przepuszczalność naczyń i powoduje skurcz mięśni gładkich, z wyjątkiem krążenia obwodowego) , heparyny (hamującej krzepnięcie krwi) i czynnika aktywującego płytki.

Substancje uwolnione przez komórkę tuczną powodują poszerzenie i zwiększenie przepuszczalności drobnych naczyń krwionośnych, degradację składników istoty międzykomórkowej i napływ granulocytów, co wywołuje miejscowy stan zapalny. W przypadku masywnej degranulacji mastocytów reakcje mogą mieć charakter bardziej uogólniony i dotyczyć całych narządów (katar sienny, napady astmy, a nawet wstrząs powodujący w krańcowych przypadkach śmierć). Reakcje takie zachodzą u osób uczulonych na określone substancje (alergeny), noszą nazwę anafilaktycznych i należą do zjawisk obejmowanych ogólną nazwą alergii.

Odmiany tkanki łącznej

Tkanka łączna właściwa - jest najpowszechniejszym rodzajem tkanki łącznej, stąd jej nazwa. Cechą charakterystyczną jest przewaga istoty międzykomórkowej, której skład oraz wzajemne proporcje macierzy i włókien decydują o podziale na tkankę łączną wiotką (luźną) oraz tkankę łączną zbitą.

Tkanka łączna wiotka występuje bardzo powszechnie, wypełnia miejsca pomiędzy elementami tworzącymi narządy i tkanki, jest podstawowym budulcem błon surowiczych (krezka), dociera właściwie wszędzie tam, gdzie dochodzą rozgałęzienia naczyń krwionośnych. Posiada istotę międzykomórkową zbudowaną z obfitej, silnie uwodnionej macierzy w której są luźno rozrzucone pęczki włókien kolagenowych i sieci wókien sprężystych (zwłaszcza w rejonach poddawanych rozciąganiu). Występują w niej wszystkie typy komórek tkanki łącznej oraz elementy napływowe z krwi, a jej macierz pośredniczy w wymianie substancji między naczyniami i komórkami.

Tkanka łączna włóknista (zbita) - jest uboga w komórki, którymi są głównie fibrocyty, a w substancji międzykomórkowej włókna zdecydowanie dominują nad istotą podstawową. Pełni funkcje mechaniczne. W zależności od układu włókien może mieć charakter nieuporządkowany, względnie uporządkowany (regularny). Tkanka łączna włóknista znajduje się w miejscach narażonych na siły rozciągające o działaniu różnokierunkowym i tworzy główną masę skóry właściwej, torebki włókniste narządów, twardówkę gałki ocznej, a także rozścięgna oraz powięzie,

więzadła i ścięgna.

Tkanka łączna siateczkowa - tworzy ją delikatna sieć włókien srebrochłonnych, na których są rozpięte gwiaździste komórki, otaczające całkowicie włókna na kształt mankietów. Jakkolwiek wszystkie komórki mają podobny kształt, wyróżnia się wśród nich kilka rodzajów, różniących sie budową a zwłaszcza czynnością: komórki niezróżnicowane, fibrocyty, makrofagi oraz komórki uczestniczące wspólnie z makrofagami w indukcji odpowiedzi immunologicznej Tkanka ta występuje głównie w szpiku i narządach limfatycznych.

Tkanka tłuszczowa - tworzą ją głównie komórki, a istota międzykomórkowa jest bardzo uboga - co odbiega od typowego schematu budowy tkanki łącznej. Występuje w postaci tkanki tłuszczowej żółtej i brunatnej. Pierwsza z nich zbudowana jest z komórek tłuszczowych (adipocytów) typu jednopęcherzykowego, których głównym zadaniem jest magazynowanie tłuszczów, druga z adipocytów wielopęcherzykowych, które są generatorami ciepła.

Tkanka tłuszczowa żółta. Adipocyt jednopęcherzykowy jest dużą, kulistą komórką (średnica może przekraczać 100 μm). Jego wnętrze wypełnia prawie całkowicie pojedyncza (stąd nazwa) wakuola tłuszczowa, spychająca na obwód cytoplazmę i jądro, które ulega spłaszczeniu. Organelle komórkowe (głównie siateczka gładka i liczne mitochondria) rozmieszczone są obwodowo w rąbku cytoplazmy, a zwłaszcza w okolicy jądra, gdzie pas cytoplazmy jest nieco szerszy. Wakuola tłuszczowa nie jest otoczona błoną. Komórki tłuszczowe występują pojedynczo i w większych skupiskach otaczających naczynia na terenie tkanki łacznej wielu narządów, ale główna ich masa tworzy tkankę tłuszczową, stanowiącą podstawowy budulec tkanki podskórnej i torebek tłuszczowych niektórych narządów. W tkance tłuszczowej adipocyty są oplecione delikatnymi włóknami srebrochłonnymi i ściśle przylegają do siebie. Komórki tłuszczowe tworzą zraziki, zazwyczaj kształtu piramidowego, oddzielone od siebie tkanką łączną włóknistą, z którą wnikają naczynia krwionośne (tkanka tłuszczowa jest silnie unaczyniona). Adipocyty posiadają enzymy umożliwiające z jednej strony lipogenezę, a z drugiej lipolizę i uwalnianie powstałych produktów do naczyń.

Tkanka tłuszczowa brunatna - tworzą ją komórki o mniejszych rozmiarach (20-40 mm) i kulistym jądrze położonym bardziej centralnie. Ich cytoplazma (obfitsza niż w adipocytach tkanki żółtej) zawiera liczne wakuole tłuszczowe, stąd nazwa komórek: adipocyty wielopęcherzykowe. Tkanka tłuszczowa brunatna występuje zawsze w formie zrazików, jest bardzo silnie unaczyniona i unerwiona. Komórki tkanki tłuszczowej brunatnej reagują głównie na stres wywołany oziębieniem. Częściowe rozprzęgnięcie utleniania i fosforylacji w mitochondriach powoduje, iż znaczna część energii zamiast zmagazynowania w ATP uwalniana uwalniana jest

w formie ciepła.

4. TKANKI PODPOROWE

Są to wyspecjalizowane odmiany tkanki łącznej; należą do nich tkanka chrzęstna i kostna. Ich właściwości mechaniczne: sztywność (chrząstka), w połączeniu z twardością (kość), pozwalają ustrojowi zachować kształt, mimo grawitacji i działania sił mechanicznych. Kość stanowi ponadto magazyn niektórych pierwiastków o ważnej roli biologicznej i jest środowiskiem dla szpiku.

O różnicowaniu się mezenchymy w kierunku chrząstki lub kości decyduje ciśnienie parcjalne tlenu. Wysokie ciśnienie (obecność naczyń) promuje powstanie kości, niskie indukuje tworzenie chrząstki.

Chrząstka

Zbudowana jest z obfitej istoty międzykomórkowej (na którą składają się włókna i zżelifikowana istota podstawowa nadająca chrząstce charakterystyczną sztywność) oraz z komórek: chondrocytów, tkwiących w jamkach istoty podstawowej. Chrząstka nie zawiera naczyń, a substancje odżywcze muszą pokonywać często daleką drogę, od pokrywającej ją unaczynionej tkanki łącznej zwanej ochrzęstną, do leżących w głębi chondrocytów. Oprócz naczyń ochrzęstna zawiera komórki mezenchymalne różnicujące się w komórki chrząstkotwórcze, umożliwiające wzrost chrząstki przez dobudowę od zewnątrz (apozycję). Ochrzęstna nie występuje jedynie na chrząstce pokrywającej powierzchnie stawowe. Chociaż przenikanie substancji ułatwia obfita istota podstawowa, chrząstka należy do tkanek o bardzo niskim metaboliźmie.

Ze względu na rodzaj i ułożenie włókien oraz ilość i organizację macierzy wyróżniamy trzy typy chrząstki: szklistą, włóknistą i sprężystą.

Chrząstka szklista

U dorosłych buduje przymostkowe części żeber, usztywnia drogi oddechowe oraz pokrywa powierzchnie stawowe. W okresie embrionalnym zbudowane są z niej kości długie, które dzięki specyficznej zdolności tej tkanki do intensywnego wzrostu "od wewnątrz" (śródmiąższowego), mogą szybko powiększać swoje rozmiary. W okresie rozwojowym chrząstka pozostaje na granicy trzonów i nasad, co umożliwia dalszy wzrost kości na długość (do ok. 22 roku życia).

Istota międzykomórkowa chrząstki szklistej zbudowana jest z macierzy i włókien kolagenowych. Jakkolwiek sucha masa obu składowych jest podobna, to in vivo istota podstawowa, dzięki wybitnemu uwodnieniu, zajmuje objętość kilkadziesiąt razy większą.

Głównym składnikiem macierzy są agregaty proteoglikanów. Tworzą one przestrzenną sieć powiązaną z grubszym rusztowaniem włókien kolagenowych. Chrząstka szklista jest szczególnie wytrzymała na ściskanie. Oprócz roli mechanicznej macierz spełnia rolę pośrednika w wymianie substancji odżywczych między naczyniami ochrzęstnej a chondrocytami. .

Włókna kolagenowe chrząstki szklistej ułożone są w formie gęstej sieci (układ pilśniowy). Rozmieszczenie macierzy i włókien jest w chrząstce szklistej uporządkowane. Macierz skupia się wokół komórek w postaci kulistych obszarów barwiących się zasadochłonnie i noszących nazwę terytoriów chrzęstnych, względnie kul chondrynowych. Przestrzenie między nimi zawierają mniej macierzy, natomiast są znacznie bogatsze we włókna, stąd wiążą również barwniki kwaśne. Kule chondrynowe spoczywają niejako w koszyczkach utworzonych przez esowato przebiegające włókna (układ pudełkowy), co dodatkowo zwiększa odporność mechaniczną chrząstki.

Komórki chrzęstne (chondrocyty) znajdują się w jamkach leżących w centrum każdego terytorium chrzęstnego. Mogą występować pojedynczo, względnie po kilka jako tzw. grupa izogeniczna powstała przez podział jednej komórki Zawierają one silnie rozwinięty aparat Golgiego (zwłaszcza komórki aktywne, chondroblasty, syntetyzujące składniki istoty międzykomórkowej). Nawet w dojrzałej chrząstce substancja międzykomórkowa ulega ciągłej wymianie. Stąd chondrocyty stale produkują jej składniki oraz enzymy degradujące zarówno składniki macierzy jak i włókna.

Chrząstka sprężysta

Ogólną budową przypomina chrząstkę szklistą o słabiej rozwiniętych terytoriach chrzęstnych. Cechą, która ją wyróżnia, jest obecność sieci zbudowanej z licznych włókien sprężystych, tym grubszych i gęściej ułożonych, im chrząstka jest bardziej dojrzała (w rejonach centralnych, najdalszych od ochrzęstnej).

Chrząstka sprężysta występuje w uchu zewnętrznym (małżowina uszna, ściana kanału słuchowego zewnętrznego, trąbka słuchowa), w nagłośni, w ścianie małych oskrzeli, tworzy także niektóre chrząstki krtani.

Chrząstka włóknista

Zbudowana jest z grubych pęczków włókien kolagenowych (kolagen typu I), ułożonych równolegle, czym przypomina ścięgno; kolageny innych typów występują tylko w nieznacznej ilości. Powstaje jako tkanka łaczna zbita o układzie regularnym, której komórki przekształcają się w chondroblasty wytwarzające niewielką ilość macierzy typowej dla chrząstki. Kule chondrynowe są słabo wykształcone, a jamki wraz z komórkami są wydłużone i leżą zgodnie z przebiegiem włókien.

Chrząstka włóknista jest wytrzymała na rozrywanie. Występuje na przebiegu niektórych ścięgien w okolicy przyczepów kostnych, w niektórych stawach, w dyskach międzykręgowych oraz w spojeniu łonowym.

Tkanka kostna

Cechą wyróżniającą tkankę kostną od innych odmian tkanki łącznej jest występowanie w istocie międzykomórkowej składników nieorganicznych w formie kryształów. Dlatego zaliczamy ją do tkanek zmineralizowanych, zwanych także twardymi. Mimo dominacji istoty międzykomórkowej, tkanka kostna, w przeciwieństwie do chrząstki, wykazuje żywy metabolizm. Stanowi ona zasadniczy budulec kości (w rozumieniu anatomicznym).

Istota międzykomórkowa tkanki kostnej

Zbudowana jest ze składników organicznych (30-35% masy, objętościowo znacznie więcej) i fazy nieorganicznej (65-70% masy). Część organiczną tworzą włókna kolagenowe (90% składu) i macierz złożona z proteoglikanów i białek niekolagenowych. Faza nieorganiczna zbudowana jest głównie z fosforanów wapnia.

Istota międzykomórkowa grupuje się w blaszki - podstawowe jednostki strukturalne tkanki kostnej. Blaszka kostna zbudowana jest z cienkich włókien kolagenowych, wzajemnie przeplatających się ale nie tworzących pęczków i spojonych istotą podstawową. W istocie tej, a także w włóknach między fibryllami występują kryształy.

Komórki tkanki kostnej

. Osteoblasty są komórkami produkującymi składniki organiczne blaszek kostnych i uczestniczą w procesie ich mineralizacji. Jądro osteoblastów zawiera wyraźne jąderko a w zasadochłonnej cytoplaźmie występuje silnie rozwinięta siateczka szorstka i aparat Golgiego. Osteoblasty leżą na powierzchni zewnętrznej blaszek kostnych i łączą się wypustkami z osteocytami obecnymi w najbliżej położonych jamkach. Po wytworzeniu włókien i macierzy, którymi się obmurowywują, przechodzą w osteocyty, których organelle ulegają stopniowej redukcji.

Osteocyty stanowią podstawy typ komórek występujących w dojrzałej tkance kostnej. Zlokalizowane są w jamkach leżących w obrębie blaszek o luźnym utkaniu włokien, są spłaszczone i kształtem przypominają pestkę śliwki. Posiadają liczne wypustki, którymi kontaktują się z wypustkami komórek sąsiednich za pośrednictwem połączeń typu neksus. Wypustki osteocytów leżą w kanalikach kostnych przebijających blaszki i są otoczone cienkim mankietem niezmineralizowanej istoty międzykomórkowej.

Osteoklasty są dużymi komórkami zawierającymi kilka a nawet kilkadziesiąt jąder. Ich wyposażenie cytoplazmatyczne przypomina aktywną forme makrofaga, szczególnie liczne są pęcherzyki hydrolazowe i lizosomy.

Osteoblasty i osteoklasty uczestniczą w procesie kostnienia i przebudowy kości.

Typy tkanki kostnej

Wyróżniamy dwa zasadnicze typy dojrzałej (blaszkowatej) tkanki kostnej: kość zbitą, czyli haversjańską oraz kość gąbczastą, inaczej beleczkową.

Kość zbita. Tworzy trzony kości długich i stanowi zewnętrzną warstwę nasad oraz wszyskich kości płaskich. Większość blaszek kości zbitej układa się koncentrycznie wokół kanałów naczyniowych, tworząc osteony (systemy Haversa). Osteony ułożone są swą osią długą zgodnie z osią długą kości i mają postać walców o długości od kilku mm do 2-3 cm (zależnie od długości naczynia biegnącego w kanale). W jamkach zlokalizowane są osteocyty, a w kanalikach łączące je wypustki.

Oprócz blaszek systemowych tworzących osteony w kości zbitej występują:

- blaszki międzysystemowe, które wypełniają przestrzenie między osteonami i powstają w wyniku stale zachodzącej przebudowy kości; proces ten polega na niszczeniu jednych struktur (np. osteonów) i tworzeniu w ich miejsce nowych. Zapewnia to pulę łatwo dostępnych jonów wapniowych, które są mobilizowane przez osteocyty ze słabo zmineralizowanej, nowo utworzonej istoty międzykomórkowej,

- blaszki podstawowe zewnętrzne leżące w kilku pokładach pod okostną,

- blaszki podstawowe wewnętrzne otaczające kość od strony jamy szpikowej.

Kość zbita pokryta jest okostną. Stanowi ona ciągłą błonę, nie występuje jedynie w obrębie stawów. Okostna zbudowana jest ze zbitej tkanki łącznej, od której odchodzą włókna zakotwiczające okostną do kości, w warstwie wewnętrznej występują liczne naczynia i komórki macierzyste (osteogenne), które mogą różnicować się w osteoblasty.

Kość gąbczasta. Występuje w nasadach kości długich oraz tworzy śródkoście w kościach płaskich. Zbudowana jest z beleczek kostnych, utworzonych przez równolegle ułożone blaszki kostne, wraz z osteocytami. Grubość beleczek jest niewielka, stąd osteocyty są odżywiane poprzez kanaliki bezpośrednio od naczyń szpiku, który wypełnia przestrzenie między beleczkami. Beleczki są pokryte komórkami osteogennymi, względnie osteoblastami tworzącymi ciągłą warstwę. W miejscu jej przerwania dochodzi do natychmiastowej resorbcji kości.

5. TKANKA MIĘŚNIOWA

Najważniejszą własnością tkanki mięśniowej jest kurczliwość, czyli zdolność do aktywnego skurczu komórek w odpowiedzi na bodźce różnego rodzaju (nerwowe, hormonalne, mechaniczne). Komórki mięśniowe cechuje również pobudliwość, czyli wrażliwość na te bodźce. Kurczliwość tkanki mięśniowej steruje prawie wszystkimi zjawiskami ruchowymi organizmu w skali makro, a siła wytwarzana w trakcie skurczu przez tkankę mięśniową umożliwia organizmowi zwierzęcemu wykonanie pracy w sensie fizycznym.

Tkankę mięśniową dzielimy na dwie podstawowe kategorie:

(1) tkankę mięśniową gładką, o niższym stopniu organizacji aparatu kurczliwego oraz

(2) tkankę mięśniową poprzecznie prążkowaną, charakteryzującą się wysoce uporządkowanym, regularnym układem miofilamentów. W jej obrębie wyróżnia się mięśnie szkieletowe oraz unikalny w swej specyfice mięsień sercowy.

Aparat kurczliwy - komórki tkanki mięśniowej przystosowane są do pełnienia swej specyficznej funkcji dzięki szczególnie mocno rozwiniętemu wewnątrzkomórkowemu aparatowi kurczliwemu. Aparat ten tworzą mikrofilamenty, nazywane tu miofilamentami. Wyróżniamy dwa rodzaje miofilamentów: cienkie, zbudowane z białka aktyny oraz grube zbudowane z miozyny . W komórce mięśniowej miofilamenty ułożone są równolegle względem siebie, tworząc zespoły w formie pęczków (włókienka kurczliwe, miofibrylle), lub przestrzennych sieci kurczliwych o wydłużonych oczkach. Miofilamenty aktynowe zakotwiczone są w błonie komórkowej. W trakcie skurczu, miofilamenty nie skracają się, a jedynie przesuwają względem siebie. Zjawisko to określa się mianem mechanizmu ślizgowego, a do jego zaistnienia konieczne jest współdziałanie obu typów miofilamentów. Przesuwające się miofilamenty pociągają błonę komórkową, powodując w efekcie skurcz całej komórki.

Spośród komórek niemięśniowych, dobrze wykształcony aparat kurczliwy, w sklad którego wchodzi miozyna II, posiadają komórki mioepitelialne i miofibroblasty - pełniące funkcje kurczliwe i odpowiednio do tego przekształcone komórki nabłonkowe i fibroblasty tkanki łącznej.

Tkanka mięśniowa gładka występuje w ścianach naczyń krwionośnych, w prawie wszystkich wewnętrznych przewodach organizmu (przewód pokarmowy, drogi oddechowe i moczowe, przewody układu rozrodczego), w skórze (mięśnie wyprostne włosów), a także stanowi główny składnik budulcowy ściany macicy. Skurcz mięśni gładkich jest niezależny od naszej woli, bowiem podlegają one autonomicznemu układowi nerwowemu. Skurcz mięśniówki gładkiej jest powolny, lecz długotrwały.

Komórka mięśniowa gładka ma kształt bardzo wydłużonego wrzeciona, o średnicy 5-10 μm i zmiennej długości: od 20 μm w ścianach naczyń krwionośnych, poprzez 200 μm w cewie pokarmowej do 500 μm w ciężarnej macicy. Wydłużone, pałeczkowate jądro zlokalizowane jest w najgrubszej, środkowej części komórki, a w pobliżu obu jego biegunów zgrupowane są wszystkie typowe organelle. Pozostałe rejony komórki zajęte są głównie przez miofilamenty tworzące przestrzenną sieć o układzie zgodnym z długą osią komórki. Ilościowo zdecydowanie przeważają miofilamenty aktynowe zakotwiczone w błonie komórkowej. Tuż pod błoną komórkową (sarkolemmą) rozpościera się labirynt kanalików gładkiej siateczki śródplazmatycznej gromadzących niezbędne do aktywności skurczowej jony wapnia. Wzrost poziomu jonów Ca²⁺ w cytoplaźmie komórki mięśniowej gładkiej stanowi sygnał inicjujący proces skurczu. Fosforylacja miozyny umożliwia ich reakcję z aktyną, co powoduje skurcz.

Komórki mięśniowe gładkie tworzą pęczki (mięsień przywłośny) lub błony mięśniowe (mięśniówka naczyń czy przewodu pokarmowego). W zespołach układają się równolegle, z reguły w sposób zapewniający największą zwartość, tzn. cieńsze fragmenty komórek przylegają do grubszych, okołojądrowych rejonów komórek sąsiadujących. Oplecione są delikatną siecią włókien kratkowych, a niekiedy również sprężystych. Zarówno kolagen wchodzący w skład włókien kratkowych, jak i elastyna budująca włókna sprężyste wytwarzane są na miejscu przez komórki mięśniowe.

Mięśnie szkieletowe stanowią system umożliwiający ruchy dowolne, są bowiem unerwione przez sterowaną świadomie, a zatem zależną od naszej woli część centralnego systemu nerwowego. Tworzą zewnętrzną muskulaturę organizmu, występują również w obrębie jamy ustnej, oczodołów oraz w ścianie przełyku, odbytu i cewki moczowej. Jednostkę strukturalną mięśnia szkieletowego stanowi włókno mięśniowe, będące komórczakiem, wydłużonym, wielojądrzastym tworem o ogromnej objętości cytoplazmy. Pod mikroskopem wykazuje charakterystyczne poprzeczne prążkowanie, będące wynikiem uporządkowanej organizacji aparatu kurczliwego.

Pojedyncze włókno mięśnia szkieletowego jest walcem o średnicy od 10 do 100 μm i długości - w zależności od miejsca występowania - od kilku mm do kilkudziesięciu cm (długość ta jest z reguły równa długości brzuśca danego mięśnia). Tuż pod sarkolemmą rozmieszczone są dość regularnie jądra komórkowe, których ilość w długich włóknach sięgać może kilku, kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu tysięcy. Podbłonowy obszar cytoplazmy skupia również większość organelli komórkowych: wielokrotne, zlokalizowane w pobliżu jąder diktiosomy aparatu Golgiego, nieliczne cysterny szorstkiej siateczki śródplazmatycznej, część mitochondriów oraz sporadycznie występujące lizosomy. Centralną część cytoplazmy włókna mięśniowego zajmuje aparat kurczliwy w formie równolegle ułożonych włókienek kurczliwych, czyli miofibrylli, pomiędzy którymi rozmieszczone są mitochondria i kanaliki gładkiej siateczki śródplazmatycznej.

Miofibrylla (włókienko kurczliwe) jest strukturą włókienkową o długości równej długości włókna mięśniowego. Zbudowana jest z równolegle ułożonych miofilamentów cienkich i grubych, wykazujących bardzo regularne uporządkowanie, którym towarzyszą filamenty podporowe. Pod dużymi powiększeniami mikroskopu optycznego widać w obrębie miofibrylli naprzemiennie powtarzające się poprzeczne prążki jasne (prążki I) i ciemne (prążki A). Prążek I przedzielony jest w połowie cienką, ciemną linią Z, a w środku prążka A obserwujemy przejaśnienie noszące nazwę smugi H, która może dodatkowo zawierać ciemniejszą linię M. Analizując metameryczną strukturę miofibrylli dochodzimy do wniosku, iż składa się ona z powtarzających się podjednostek zawartych pomiędzy sąsiadującymi liniami Z. Ten odcinek miofibrylli nosi nazwę sarkomeru.

Poprzeczne prążkowanie miofibrylli jest wynikiem regularnego ułożenia miofilamentów w obrębie powtarzających się sarkomerów. Linia Z jest miejscem przyczepu cienkich miofilamentów dwu sąsiadujących sarkomerów. Miofilamenty te biegną w kierunku centrum sarkomeru, lecz do niego nie dochodzą. Środkowy rejon sarkomeru zajmują miofilamenty grube które jednakże nie sięgają do linii Z. Jak widać z naszkicowanego tu układu, w obrębie sarkomerów występują obszary o większej gęstości miofilamentów, co daje w efekcie ciemne prążki (prążek A, zajęty zarówno przez cienkie jak i grube miofilamenty) oraz obszary, w których gęstość miofilamentów jest mniejsza (prążek I, utworzony wyłącznie przez cienkie miofilamenty, smuga H zawierająca jedynie miofilamenty grube), widoczne jako prążki jasne. Linia M utworzona jest przez system poprzecznych mostków białkowych łączących ze sobą grube miofilamenty i stabilizujących ich układ w sarkomerze. Aby uzyskać efekt poprzecznego prążkowania całego włókna mięśniowego, sarkomery wszystkich miofibrylli muszą być ułożone na tym samym poziomie. Wymaga to obecności systemu stabilizującego, występującego we włóknach mięśniowych w formie przebiegających poprzecznie filamentów pośrednich.

Mięsień szkieletowy zbudowany jest z równolegle ułożonych pęczków włókien mięśniowych poprzedzielanych tkanką łączną wiotką, w obrębie której przebiegają naczynia krwionośne i włókna nerwowe. Cały brzusiec mięśnia otoczony jest stosunkowo grubą pochewką łącznotkankową, noszącą nazwę namięsnej (epimysium). Od namięsnej odchodzą przegrody, oddzielające od siebie poszczególne pęczki włókien mięśniowych, czyli omięsna (perimysium). Wreszcie na rusztowaniu z omięsnej rozpięta jest najdelikatniejsza łącznotkankowa siateczka zbudowana głównie z włókien srebrochłonnych i oplatająca poszczególne włókna mięśniowe w obrębie pęczka, nazywana śródmięsną (endomysium).

Mięsień sercowy - w odróżnieniu od mięśnia szkieletowego, którego skurcz ma charakter liniowy, mięsień sercowy kurczy się przestrzennie (tzw. skurcz objętościowy). W związku z tym przestrzenną sieć muszą tworzyć zarówno komórki budujące mięsień sercowy, jak i aparat kurczliwy tych komórek. W obrębie mięśnia sercowego wyróżniamy komórki (włókna) robocze oraz układ bodźcowo-przewodzący, którego zadaniem jest wytwarzanie i rozprowadzanie impulsów sterujących rytmiczną pracą serca.

Część robocza mięśnia sercowego zbudowana jest z pojedynczych komórek o długości dochodzącej do 200 μm. Są one rozgałęzione, łącząc się z sąsiednimi komórkami za pośrednictwem bocznych anastomoz. Każda komórka posiada 1 lub 2 jądra umieszczone centralnie i stosunkowo nieliczne organella zgrupowane w strefie przyjądrowej. Przeważająca część komórki zajęta jest przez aparat kurczliwy zorganizowany w sarkomery (stąd obecność poprzecznego prążkowania), lecz nie tworzący typowych miofibrylli jak w mięśniu szkieletowym, tylko przestrzenny układ rozgałęziających się i krzyżujących pod ostrym kątem pęczków miofilamentów. W oczkach tej kurczliwej sieci zlokalizowane są bardzo liczne mitochondria (ok.35% objętości komórki). W miejscu styku dwóch końców sąsiadujących komórek wytwarzają się specyficzne dla mięśnia sercowego kompleksy połączeń międzykomórkowych, tzw. wstawki służące zarówno do mechanicznego związania ze sobą komórek mięśnia sercowego, jak i do przekazywania bodźców pomiędzy tymi komórkami.

Komórki układu bodźcowo-przewodzącego serca mają charakter zatrzymanych na wczesnym etapie rozwoju, a zatem embrionalnych, komórek roboczych osłabo rozwiniętym aparacie kurczliwym. Komórki bodźcotwórcze zlokalizowane są w obrębie węzłów: zatokowo-przedsionkowego i przedsionkowo-komorowego, pęczków przedsionkowo-komorowych oraz odchodzących od nich włókien Purkinjego.

6. TKANKA NERWOWA

Tkanka nerwowa spełnia w organiźmie rolę najważniejszego i najszybszego systemu sterowania i łączności, dzięki szczególnie dobrze wykształconym własnościom: pobudliwości, czyli zdolności wytwarzania bodżców i reagowania na nie, oraz przewodnictwu, czyli możliwości ich przekazywania nawet na bardzo dalekie odległości. Tworzy ona dwa główne systemy: ośrodkowy układ nerwowy, obejmujący mózg i rdzeń kręgowy, oraz obwodowy układ nerwowy złożony głównie z włókien nerwowych przekazujących informacje do centrum i "rozkazy" z centrum do narządów wykonawczych (mięśnie, gruczoły). Tkankę nerwową tworzą dwie populacje komórek o wspólnym, neuroektodermalnym pochodzeniu: komórki nerwowe (neurony) i komórki glejowe.

Komórki nerwowe składają się z ciała komórkowego, czyli perikarionu bezpośrednio otaczającego jądro komórkowe, oraz wypustek dwóch rodzajów: dendrytów i neurytów.

Neuryt, zwany również aksonem, jest wypustką pojedynczą (komórka nerwowa może mieć tylko jeden neuryt). W cytoplazmie aksonu przebiegają zgodnie z jego długą osią liczne mikrotubule i filamenty pośrednie, nie zawiera ona natomiast tigroidu. Błona komórkowa aksonu zawiera kanały sodowe otwierane zmianą potencjału. Akson przewodzi bodźce odśrodkowo (od perikarionu na obwód).

Dendryty są liczniejsze, krótsze, bardziej rozgałęzione, zawierają mniej elementów cytoszkieletu, natomiast w ich najgrubszych odnogach występuje tigroid. Nie posiadają kanałów sodowych otwieranych zmianą potencjału. Przewodzą bodżce dośrodkowo (do perikarionu).

Komórki nerwowe możemy klasyfikować na podstawie kształtu ich perikarionu (neurony ziarniste, gwiaździste, wrzecionowate, piramidowe, gruszkowate) oraz liczby wypustek (neurony wielobiegunowe - posiadają neuryt i wiele dendrytów, neurony dwubiegunowe - posiadają pojedynczy dendryt i neuryt oraz neurony jednobiegunowe (bardzo rzadkie u kręgowców, mogą posiadać tylko dendryt lub tylko neuryt).

Komórki nerwowe zawierają duże jądro z wyraźnym, pojedynczym jąderkiem. Wokół jądra

rozmieszczone są zazwyczaj liczne diktiosomy aparatu Golgiego. Ponadto w cytoplaźmie spotykamy niewielkie mitochondria i lizosomy. Centrosom można tylko sporadycznie spotkać w dojrzałych komórkach nerwowych, co wiąże się z ich niezdolnością do podziału.

Charakterystycznymi dla komórek nerwowych elementami wyposażenia cytoplazmy są neurofibrylle i tigroid, inaczej zwany ciałkami Nissla. Obserwowane w mikroskopie optycznym neurofibrylle, reprezentują układ dwóch różnych elementów cytoszkieletu: mikrotubul, zwanych tu neurotubulami oraz filamentów pośrednich, określanych mianem neurofilamentów.

Neurotubule odpowiadają za proces tzw. transportu aksonalnego, dzięki któremu pęcherzyki cytoplazmatyczne, niektóre organelle (np. mitochondria), a także białka i inne wysokocząsteczkowe substancje są wzdłuż nich transportowane dwukierunkowo pomiędzy perikarionem a zakończeniem neurytu. Tigroid widoczny jest w mikroskopie optycznym jako zasadochłonne grudki, niteczki lub ziarenka, wypełniające perikarion i najgrubsze odgałęzienia dendrytów. Brak go natomiast w samym neurycie. Jak wykazał mikroskop elektronowy, grudki tigroidu to skupiska ciasno upakowanych cystern szorstkiej siateczki śródplazmatycznej oraz leżących pomiędzy nimi wolnych rybosomów. Funkcją tigroidu jest biosynteza białek, neuromediatorów peptydowych jak i niekiedy białek wydzielniczych (neurosekretu, czyli wydzieliny o charakterze hormonalnym).

Włókno nerwowe jest to wypustka komórki nerwowej. Prawie natychmiast po odejściu od perikarionu, wypustka taka otoczona zostaje osłonkami wytworzonymi przez sąsiadujące z nią komórki glejowe. Osłonki izolują akson od otoczenia, zapewniając w ten sposób optymalne warunki do niezakłóconego przewodzenia bodżców. Włókna w obwodowym układzie nerwowym mogą być otoczone dwoma rodzajami osłonek: osłonką Schwanna i osłonką mielinową. Oba typy osłonek są wytworem komórek Schwanna, zaliczanych do neurogleju obwodowego.

Osłonka Schwanna powstaje zawsze jako pierwsza. Tworzy ją cytoplazma szeregowo ułożonych komórek Schwanna wytwarzająca rynienkowate zagłębienie, w którym przebiega akson. Zatem na osłonkę pojedynczego aksonu składa się wiele komórek Schwanna stanowiących jej kolejne segmenty. Włókna nerwowe wyposażone wyłącznie w osłonkę Schwanna noszą nazwę bezrdzennych albo bezmielinowych i cechują się wolniejszym przewodzeniem bodżców. Osłonka Schwanna pełni rolę ochronną, a także wspomaga metabolicznie otaczany akson.

Osłonka mielinowa powstaje jako struktura wtórna, na włóknach wyposażonych już w osłonkę Schwanna. Podwójny fałd błony komórkowej osłonki Schwanna wielokrotnie okręca się wokół aksonu, przekształcając się w spiralny, wielowarstwowy układ położonych naprzemiennie pokładów fosfolipidowych i białkowych, odpowiadający lipidowym dwuwarstwom błony i "wciśniętym" pomiędzy nie białkom cytoplazmatycznym i błonowym. Procesowi temu towarzyszy częściowe wycofywanie białek z owijającej się wokół aksonu błony, w wyniku czego fosfolipidy stanowią aż 80% składu osłonki. W mikroskopie elektronowym, przekrojona poprzecznie osłonka mielinowa ma wygląd porównywany do płyty gramofonowej, dzięki bardzo regularnym, koncentrycznym prążkom jasnym i ciemnym odpowiadającym w przybliżeniu hydrofobowym i hydrofilnym warstwom zmodyfikowanych błon. Podobnie jak w przypadku osłonki Schwanna, osłonka mielinowa ma charakter segmentowy, a pojedynczy segment jest wytworem jednej komórki Schwanna. W miejscu, gdzie dwie komórki Schwanna stykają się ze sobą, wytwarza się przerwa pomiędzy segmentami osłonki mielinowej nosząca nazwę przewężenia Ranviera (węzła). Włókna nerwowe z osłonką mielinową noszą nazwę zmielinizowanych albo rdzennych i charakteryzują się szybszym przewodzeniem bodżców.

Podstawy przewodnictwa nerwowego

Potencjał czynnościowy - w stanie spoczynku komórki nerwowe wykazują nierównomierne rozmieszczenie ładunków dodatnich i ujemnych pomiędzy cytoplazmą a przestrzenią międzykomórkową, wyrażające się różnicą potencjału mierzonego w poprzek błony komórkowej. Zjawisko to, obserwowane we wszystkich komórkach, nosi nazwę potencjału spoczynkowego.

Za wzbudzenie bodźca i jego przewodzenie odpowiedzialne są obecne w błonie komórkowej kanały sodowe otwierane zmianą potencjału. Otwarcie kanałów sodowych powoduje gwałtowne przesunięcie jonów Na⁺ zgodnie z gradientem stężeń (do wnętrza komórki) i wyrównanie potencjałów po obu stronach błony komórkowe. Zjawisko to nazywamy depolaryzacją błony. Szczególną własność błony komórek nerwowych (podobnie jak mięśniowych) stanowi zdolność do przewodzenia potencjału czynnościowego, czyli do aktywnego samorozprzestrzeniania się raz wywołanej depolaryzacji błony. Jednokierunkowy przepływ bodźca (tylko w kierunku zakończenia aksonu) wynika ze specyficznej własności kanałów sodowych, które natychmiast po otwarciu ulegają przejściowej inaktywacji: zamykają się i przez krótki czas są niewrażliwe na zmianę potencjału błony, aby następnie powrócić do stanu spoczynkowego (zamknięte, ale wrażliwe na zmianę potencjału). Szybkość tego typu przewodzenia wynosi 0,5 - 3 m/sek.

W obszarze, gdzie kanały zostały zamknięte pompa sodowo-potasowa powoduje przywrócenie pierwotnego składu jonowego cytoplazmy.

Przedstawiony powyżej sposób przewodzenia bodźca nazywamy przewodzeniem ciągłym albo falą depolaryzacji i charakteryzuje on aksony pokryte jedynie osłonką Schwanna, które na całej długości posiadają w błonie kanały sodowe otwierane zmianą potencjału.

Odmienny mechanizm przewodzenia spotykamy we włóknach zmielinizowanych. Osłonka mielinowa pełni przede wszystkim funkcję izolatora oddzielającego akson od otoczenia, a kanały sodowe zlokalizowane są tylko w rejonie przewężeń Ranviera. Potencjał czynnościowy przemieszcza się przez cytoplazmę odcinka izolowanego w formie słabego prądu elektrycznego. Z uwagi na wysoką oporność cytoplazmy, w trakcie przepływu prądu potencjał ten maleje i mógłby ulec całkowitemu wygaszeniu, gdyby nie regularnie rozmieszczone przewężenia Ranviera, w których jest on odnawiany do wartości początkowej poprzez opisane powyżej przemieszczenia jonów. Wynika stąd, iż pomiędzy przewężeniami Ranviera impuls przewodzony jest w formie prądu elektrycznego, czyli z ogromną szybkością, natomiast w obrębie przewężenia jest zwalniany (ruch jonów jest procesem znacznie wolniejszym), ale równocześnie odnawiany. Można zatem obrazowo powiedzieć, że impuls "skacze" od przewężenia do przewężenia, i dlatego ten typ przewodnictwa nazywa się przewodzeniem skokowym. Szybkość przewodzenia skokowego znacznie przewyższa szybość przewodzenia ciągłego, dochodząc w niektórych włóknach nerwowych nawet do 120 m/sek.

Połączenia synaptyczne

Funkcjonowanie układu nerwowego jako sieci sygnalizacyjnej wymaga przekazywania impulsów pomiędzy komórkami nerwowymi. Wyspecjalizowane miejsca przekazywania impulsów to połączenia synaptyczne, czyli synapsy. Każda synapsa składa się z części presynaptycznej i postsynaptycznej. Są one przedzielone szczeliną synaptyczną o szerokości ok. 20-30 nm. Ograniczające szczelinę obszary błon komórkowych noszą nazwę błony presynaptycznej i postsynaptycznej.

Część presynaptyczna to z reguły kolbkowate zakończenie aksonu. Rejon ten zawiera znaczną ilość pęcherzyków synaptycznych. W pęcherzykach zgromadzony jest neuroprzekaźnik (neuromediator) - substancja chemiczna odpowiedzialna za przewodzenie impulsu przez synapsę.

Część postsynaptyczna - najczęściej spotykany rodzaj części postsynaptycznej to tzw. "kolec dendrytyczny" - buławkowate lub stożkowate uwypuklenie na przebiegu odgałęzienia dendrytu. Błona postsynaptyczna zawiera receptory dla neuroprzekaźnika.

Neuroprzekaźniki (neuromediatory) są substancjami o różnym charakterze chemicznym. Najczęściej spotykane neuroprzekaźniki to acetylocholina (układ ruchowy i parasympatyczny) i noradrenalina (układ sympatyczny).

Mechanizm przewodnictwa synaptycznego: gdy impuls w formie fali depolaryzacji dotrze do części presynaptycznej, powoduje wydzielenie neuroprzekaźnika do szczeliny synaptycznej. Jego cząsteczki docierają do błony postsynaptycznej i wiążą się z umieszczonymi w niej receptorami.

Depolaryzacja błony postsynaptycznej wywołuje zmianę potencjału określanego mianem potencjału postsynaptycznego.

Komórki neurogleju

Drugim obok neuronów składnikiem tkanki nerwowej są komórki neurogleju. Ich liczba jest 10-krotnie większa niż komórek nerwowych, co wskazuje na istotną rolę odgrywaną przez te komórki w funkcjonowaniu układu nerwowego. Jak dotąd jednakże rola ta nie została w pełni rozszyfrowana.

Neuroglej można podzielić na ośrodkowy, czyli występujący w ośrodkowym układzie nerwowym oraz obwodowy, wchodzący w skład układu obwodowego. Do neurogleju ośrodkowego zaliczamy komórki gleju wyściółkowego, astrocyty, oligodendrocyty oraz komórki mezogleju. Glej obwodowy to komórki Schwanna.

Przykłady histologicznej organizacji układu nerwowego

W obrębie ośrodkowego układu nerwowego wyróżnia się dwa rodzaje obszarów:

- istotę szarą, zawierającą perikariony komórek nerwowych, włókna nerwowe (głównie niezmielinizowane) tworzące sieć (neuropil), protoplazmatyczny typ astrocytów, komórki mezogleju, oligodendrogleju i bogate łożysko naczyń kapilarnych,

- istotę białą, utworzoną głównie przez zmielinizowane włókna nerwowe (stąd jej biała barwa w preparatach makroskopowych), zawierającą astrocyty włókniste, oligodendrocyty, mniej liczne komórki mezogleju oraz cechującą się uboższym unaczynieniem.

Istota szara tworzy zewnętrznie leżącą korę mózgu i móżdżku, natomiast w rdzeniu kręgowym zlokalizowana jest w jego wewnętrznej części. Wyodrębnione skupiska komórek nerwowych znajdujące się poza obszarem kory noszą nazwę jąder.

Pień nerwowy, czyli w popularnej nomenklaturze "nerw obwodowy", który można wypreparować jako odrębną strukturę, składa się z równolegle ułożonych pęczków włókien nerwowych, zarówno zmielinizowanych jak i bezmielinowych, otoczonych i poprzedzielanych elementami tkanki łącznej.

7. KREW I POWSTAWANIE KOMÓREK KRWI

Krew jest szczególną odmianą tkanki łącznej, posiadającą płynną istotę międzykomórkową. Krążąca po całym ustroju krew umożliwia transport substancji odżywczych, hormonów, tlenu oraz produktów zużycia. Za pośrednictwem krwi dokonuje się regulacja bilansu wodnego, jonowego, stabilizacja pH oraz termoregulacja. Elementy morfotyczne krwi (komórki) powstają w szpiku kostnym. Jedne (erytrocyty i płytki) nigdy (w warunkach prawidłowych) nie opuszczają krwi, dla innych (leukocyty) krew jest przede wszystkim środkiem transportu, doprowadzającym je do tkanek, gdzie pełnią swe funkcje.

Płynna istota międzykomórkowa (osocze) stanowi około 55% objętości krwi, pozostałe 45% (u kobiet nieco mniej) zajmują elementy morfotyczne; wartość ta nosi nazwę hematokrytu.

Osocze jest wodnym roztworem wielu substancji, z których większość stanowią białka (albuminy, globuliny, fibrynogen), dużo jest soli nieorganicznych; osocze zawiera ponadto aminokwasy, cukry, lipidy, witaminy. Dzięki białkom układu krzepnięcia ma zdolnośc przechodzenia w formę stałą.

Erytrocyty (krwinki czerwone) - są komórkami bezjądrzastymi, kształtu dwuwklęsłej soczewki o zaokrąglonych krawędziach. Ten niezwykły kształt powoduje, że erytrocyt ma dużą powierzchnię w stosunku do objętości, co ułatwia wymianę gazową.. Grupy krwi układu ABO zależą od specyficznych oligosacharydów na powierzchni komórki. Dojrzały erytrocyt nie zawiera organelli, jego wnętrze wypełnia koloidalny roztwór hemoglobiny, która ma zdolność odwracalnego wiązania tlenu. W warunkach wysokiego ciśnienia parcjalnego (w płucach) tlen jest w erytrocytach wiązany, a przy ciśnieniu niskim (w innych narządach) oddawany. W przeciwnym kierunku transportowany jest dwutlenek węgla .Czas przeżycia erytrocytów wynosi około 130 dni.

Leukocyty (krwinki białe) - są wszystkie komórkami jądrzastymi, a zasadniczym kryterium ich podziału na granulocyty i agranulocyty jest ilość i rodzaj ziarnistości występujących w cytoplaźmie. Agranulocyty zawierają wyłącznie ziarna nieswoiste (azurochłonne), natomiast w granulocytach występują dodatkowo liczne ziarnistości swoiste; ponadto jądra granulocytów są zazwyczaj segmentowane. Granulocyty mają bardzo ograniczoną zdolność syntezy białka, stąd nie dzielą się i mają krótki czas przeżycia, natomiast agranulocyty są zdolne do intensywnej syntezy białek, mogą ulegać różnicowaniu i podziałom, a okres ich przeżycia sięga miesięcy a nawet lat.

Granulocyty (leukocyty ziarniste)

Granulocyty obojętnochłonne (neutrofile) - jądro jest podzielone na segmenty

(zazwyczaj 2 do 4). Cytoplazma neutrofila jest uboga w organelle, na jej terenie występują liczne ziarnistości, których większośc barwi się lekko zasadochłonnie. Razem nadaje to komórce mieszaną, "neutrofilną" barwliwość. Ziarna pierwotne i wtórne zawierają szereg substancji biorących udział w zabijaniu drobnoustrojów, ziarna pierwotne zawierają ponadto typowy zestaw kwaśnych hydrolaz lizosomowych. Granulocyty obojętnochłonne stanowią pierwszą, nieswoistą linię obrony przed zakażeniem drobnoustrojami i są podstawowymi elementami ostrego stanu zapalnego. Ich możliwości obronne są związane ze szczególnymi przystosowaniami czynnościowymi. Należą do nich:

- fagocytoza drobnoustrojów

- zabijanie drobnoustrojów

- zdolność do ruchu

Granulocyty obojętnochłonne przebywają w krwi średnio kilkanaście godzin, po czym przechodzą do tkanki łącznej będącej właściwym terenem ich działania, gdzie żyją 2-3 dni. Okres ich życia zależy od aktywności.

Granulocyty kwasochłonne (eozynofile) - posiadają charakterystyczne dwupłatowe "okularowate" jądro, a w cytoplaźmie liczne ziarnistości: - ziarna swoiste zawierają białka oraz kwaśne hydrolazy. Pozostałe ziarna odpowiadające drobnym ziarnom nieswoistym. Eozynofile są komórkami fagocytującymi. Ich zdolność do fagoctozy bakterii jest znacznie mniejsza niż neutrofilów, ale wydajnie fagocytują kompleksy antygen-przeciwciało. Eozynofile są

wyspecjalizowane w zabijaniu wielokomórkowych organizmów, w tym zwłaszcza larw pasożytów. Eozynofile mają również (słabiej wyrażoną niż neutrofile) zdolność zabijania bakterii i komórek nowotworowych. Ze względu na modulowanie czynności mastocytów i produkcję niektórych mediatorów eozynofil odgrywa istotną rolę w przebiegu procesów alergicznych. Funkcje eozynofila tłumaczą wzrost ilości tych komórek w chorobach pasożytniczych (nawet do 90% leukocytów), oraz w stanach alergicznych.

Granulocyty zasadochłonne (bazofile) - jądro zazwyczaj nie jest podzielone, przysłonięte zasadochłonnymi ziarnistościami, wykazującymi podobną barwliwość, strukturę i zawartość jak ziarna mastocytów. Jakkolwiek granulocyty zasadochłonne i mastocyty posiadają odrębne komórki prekursorowe, to ich funkcje są identyczne.

Agranulocyty (leukocyty bezziarniste):

Limfocyty - prawie cały limfocyt wypełnia kuliste, niekiedy lekko zaklęśnięte, silnie barwliwe jądro, które otacza wąski pas zasadochłonnej cytoplazmy. Limfocyty mogą zawierać nieliczne, dość duże ziarna azurochłonne. Są ubogie w organelle, a zasadochłonność ich cytoplazmy wynika z obecności licznych, zazwyczaj wolnych rybosomów. Komórki zaliczane do limfocytów na podstawie kryteriów czysto morfologicznych stanowią grupę bardzo zróżnicowaną czynnościowo. Ich właściwa klasyfikacja opiera się na identyfikacji receptorów i antygenów powierzchniowych. W oparciu o te kryteria wyróżnia się dwa zasadnicze rodzaje limfocytów: limfocyty T i limfocyty B.

Limfocyty T pochodzą z grasicy), w której szpikowe komórki prekursorowe ulegają odpowiedniemu różnicowaniu i dojrzewaniu. Są one odpowiedzialne za odporność typu komórkowego, a także pełnią pomocniczą rolę w odpowiedzi typu humoralnego Dzielą się na wiele rodzajów o odmiennej czynności (komórki pomocnicze, supresyjne, cytotoksyczne, pamięci).

Limfocyty B powstają w szpiku i są odpowiedzialne za odporność typu humoralnego, tzn. produkcję przeciwciał. Tworzone przeciwciała mogą pozostać w błonie limfocyta jako receptory immunoglobulinowe, względnie są wydzielane na zewnątrz (zwłaszcza po jego przekształceniu w komórkę plazmatyczną).

Limfocyty nie wykazujące cech ani limfocytów T ani limfocytów B są określane jako limfocyty zerowe. Są one zdolne do zabijania komórek zakażonych wirusami i komórek nowotworowych, noszą nazwę "zabójców" i "naturalnych zabójców" (komórki NK). Te ostatnie są dużymi limfocytami o dobrze rozbudowanych lizosomach. Niektóre limfocyty żyją tylko kilka dni, inne latami a może nawet przez całe życie (komórki pamięci). Mają zdolność do recyrkulacji (wielokrotnego opuszczania i powrotu do łożyska naczyniowego).

Monocyty. Są największymi elementami morfotycznymi krwi. Ich jądro, zazwyczaj kształtu nerkowatego posiada lużnieszą strukturę chromatyny niż jądra limfocytów, a dość obfita, lekko zasadochłonna cytoplazma zawiera liczne drobne ziarna azurochłonne. Mikroskop elektronowy ujawnia średnio rozwiniętą siateczkę szorstką, wolne rybosomy, dobrze rozwinięty aparat Golgiego umieszczony w rejonie zagłębienia jądra, a nade wszystko lizosomy, głównie pierwotne (odpowiednik ziarn azurochłonnych). Powierzchnia monocytów wykazuje obecność licznych palczastych wypustek.

Monocyty przebywają w krwi zaledwie 1-2 dni. Mają wybitne właściwości fagocytarne (choć słabsze od neutrofilów), ponadto mają zdolność produkcji i wydzielania wielu czynników związanych ze zjawiskami odporności. Swoje funkcie realizują w tkankach, gdzie przekształcają się w makrofagi.

Płytki krwi (trombocyty) - są otoczonymi błoną fragmentami cytoplazmy megakariocytów, komórek macierzystych leżących w szpiku. Mają owalny kształt i zawierają centralnie położony ziarnisty granulomer oraz obwodowo leżący, jaśniejszy hialomer. W mikroskopie elektronowym widoczny jest gruby glikokaliks, zawierający glikoproteidy pełniące funkcje receptorowe i uczestniczące w agregacji płytek. W obrębie granulomeru obecne są mitochondria, peroksysomy oraz ziarnistości zawierające m.in. ATP, jony wapnia) i kwaśne hydrolazy. Podstawowym zadaniem płytek jest zaczopowanie uszkodzonej ściany naczynia i zahamowanie krwawienia, poprzez indukcję tworzenia skrzepu. Kontakt płytek z odsłoniętym kolagenem powoduje ich przyleganie do podłoża i agregację. Kolejne płytki ulegają aktywacji, tak iż proces nabiera charakteru lawinowego. Końcowym etapem tego procesu jest enzymatyczne przekształcenie fibrynogenu we włóknik agregujący w mechanicznie odporną sieć.

Podział i wartości liczbowe elementów morfotycznych krwi

liczba w 1 mm3 % leukocytów

------------------------------------------------------------------------------------------------------

erytrocyty (krwinki czerwone) 4.5 - 5 mln.

leukocyty (krwinki białe) 5 - 8 tys.

- granulocyty: obojętnochłonne 55 - 65

kwasochłonne 2 - 4 zasadochłonne 0.5 - 1

- agranulocyty: limfocyty 25 - 35 monocyty 4 - 8

trombocyty (płytki krwi) 200 - 300 tys.

Powstawanie krwinek (hemopoeza)

Ponieważ komórki krwi na ogół się nie dzielą i mają krótki czas przeżycia, muszą być ciągle produkowane. Miejscem ich powstawania jest szpik kostny będący głównym narządem hemopoetycznym. Jedynie limfocyty są tworzone w dużej mierze poza szpikiem (w narządach limfatycznych), lecz ich prekursory wywodzą się także ze szpiku.

Szpik kostny - występuje w jamach kości długich i przestrzeniach międzybeleczkowych kości gąbczastej. U osób dorosłych istnieją dwa rodzaje szpiku: żółty (nieaktywny), zbudowany głównie z komórek tłuszczowych i czerwony (aktywny, hemopoetyczny) zbudowany jest z obfitej sieci naczyń krwionośnych tworzących przedział naczyniowy i z tzw. sznurów hemopoetycznych, które wypełniają przestrzenie między naczyniami i budują przedział hemopoetyczny.

Przedział naczyniowy - występują w nim naczynia zatokowe szpiku, których ściana ścianę tworzą ściśle przylegające do siebie komórki śródbłonka typu okienkowatego, a jednocześnie brak jest błony podstawnej. Na zewnętrznej powierzchni naczynia, bezpośrednio na śródbłonku leży nieciągła warstwa komórek siateczki zwanych komórkami przydankowymi. Okienka wyścielającego ją śródbłonka mają zdolność przemieszczania się i zlewania w większe otwory (pory migracyjne) umożliwiające komórkom przejście bariery i osiągnięcie krwi. Por ulega następnie zamknięciu (zostaje rozproszony ponownie w okienka). Proces przechodzenia krwinek zachodzi wyłącznie w miejscach gdzie ściana zatoki nie ma osłony komórek przydankowych (stąd rola tych ostatnich w wyznaczaniu aktywnego obszaru bariery szpikowej).

Przedział hemopoetyczny. Tworzy go zrąb zbudowany z tkanki łącznej siateczkowatej oraz tkwiące w jego oczkach wolne komórki układu krwiotwórczego (wszystkich linii i stadiów rozwojowych). W skład zrębu wchodzą ponadto liczne makrofagi, a także mastocyty. Zespoły komórek hemopoetycznych układają się w szpiku według pewnego schematu: megakariocyty leżą w bezpośrednim kontakcie z zatokami i oddają płytki przez pory migracyjne bezpośrednio do krwi, również erytropoeza zachodzi w pobliżu naczyń, natomiast granulocyty, które mają zdolność do samodzielnego ruchu, powstają dalej od zatok, często w pobliżu tkanki kostnej.

Komórki krwiotwórcze wywodzą się z wieloczynnościowych hemopoetycznych komórek macierzystych pnia Komórki te dają dwie główne linie potomne: komórki macierzyste limfopoezy oraz komórki macierzyste mielopoezy. Komórki pierwszej z nich kontynuują swój rozwój również poza szpikiem, natomiast komórki macierzyste mielopoezy przechodzą cały cykl dojrzewania na terenie szpiku.

Komórki potomne reprezentują już oddzielne linie rozwojowe (komórki macierzyste jednoczynnościowe). Należą do nich :

- CFU-E; linia rozwojowa erytrocytów,

- CFU-GM; linia rozwojowa neutrofilów i monocytów,

- CFU-Eo; linia rozwojowa eozynofilów,

- CFU-Baz; linia rozwojowa bazofilów,

- CFU-Meg; linia rozwojowa megakariocytów.

Szereg rozwojowy erytrocytów (erytropoeza)

Pierwszą morfologicznie zdefiniowaną komórką szeregu jest proerytroblast. Cytoplazma jest silnie zasadochłonna, co związane jest z bogactwem wolnych rybosomów. Kuliste jądro zawiera równomiernie rozproszoną chromatynę i kilka jąderek W miarę dojrzewania kolejne formy zwane erytroblastami (zasadochłonnymi, wielobarwliwymi, kwasochłonnymi) stają się mniejsze a ich jądra bardziej zbite i pozbawione jąderek.

Erytroblasty zasadochłonne zawdzięczają wybitną barwliwość cytoplazmy dużej ilości wolnych rybosomów odpowiedzialnych za syntezę hemoglobiny.

Erytroblasty wielobarwliwe (polichromatofilne) posiadają cytoplazmę o zabarwieniu mieszanym: zasadochłonnym i kwasochłonnym, co wynika z narastania zawartości hemoglobiny barwiącej się się kwasochłonnie.

Erytroblasty kwasochłonne - wnętrze komórki wypełnia kwasochłonna hemoglobina, natomiast aparat jej syntezy (rybosomy) ulega redukcji. Jądro erytroblasta kwasochłonnego zostaje wyrzucone na zewnątrz przy udziale elementów kurczliwych cytoszkieletu, a powstały erytrocyt przechodzi przez barierę szpikową do wnętrza zatoki. Jeśli proces ten dotyczy erytroblasta polichromatofilnego, powstaje retikulocyt.

Szereg rozwojowy granulocytów (granulopoeza).

Najwcześniejszą morfologicznie określoną formą tego szeregu jest mieloblast. Kolejna forma rozwojowa to promielocyt, komórka większa, w której pojawiają się ziarnistości azurochłonne (pierwotne), których ilość i wielkość wzrasta w miarę dojrzewania komórki. Komórkami potomnymi promielocytów są mielocyty. W ich cytoplaźmie oprócz ziarnistości pierwotnych pojawiają się liczne ziarna swoiste, typowe dla poszczególnych rodzajów granulocytów Następne formy rozwojowe to kolejno: metamielocyty, granulocyty z jądrem pałeczkowatym i wreszcie granulocyty z jądrem segmentowanym. Procesowi dojrzewania towarzyszy zmniejszanie rozmiarów komórki i zanik ziarnistości pierwotnych (w neutrofilach pozostają). Komórki, które mają zdolności podziałowe (metamielocyty i postacie wcześniejsze) w warunkach prawidłowych nie przekraczaja bariery szpikowej; do krwi przechodzą formy z jądrem pałeczkowatym i segmentowanym.

Szereg megakarioblastyczny i powstawanie płytek krwi (trombopoeza)

Szereg rozwojowy megakariocytów tworzą kolejno:

- megakarioblasty; komórki z dużym owalnym lub okrągłym jądrem i zasadochłonną cytoplazmą,

- promegakariocyty; komórki większe, o płatowatym jądrze, zawierające w cytoplaźmie wyraźne ziarnistości azurochłonne,

- megakariocyty; największe, o dużym, wielopłatowym jądrze. W ich cytoplaźmie wyróżnić można obszar z układami błon siateczki gładkiej oddzielającej rejony, które staną się płytkami krwi. Jeden megakariocyt uwalnia do naczyń zatokowych szpiku kilka tysięcy płytek, które nabierają pełnej dojrzałości morfologicznej i czynnościowej w śledzionie.

8. SKÓRA I DODATKOWE TWORY SKÓRNE

Skóra pokrywa zewnętrzną powierzchnię ciała, chroni organizm przed inwazją pasożytów i drobnoustrojów, ogranicza ekspozycję na czynniki chemiczne i fizyczne, uczestniczy w regulacji temperatury i równowagi wodno-elektrolitowej, a także współdziała w syntezie witaminy D₃. Zbudowana jest z dwóch tkanek: tkanki nabłonkowej i łącznej. Tkanka nabłonkowa tworzy naskórek pokrywający powierzchnię skóry oraz wpukla się w głąb w postaci dodatkowych tworów skórnych (gruczołów i korzeni włosów). Tkanka łączna buduje skórę właściwą, a także tkankę podskórną, która jednakże nie w każdym miejscu jest obecna.

Naskórek

Naskórek to nabłonek wielowarstwowy płaski rogowaciejący, w skład którego wchodzą komórki nabłonkowe pochodzenia ektodermalnego, zwane keratynocytami, oraz znacznie mniej liczne komórki reprezentujące element napływowy: melanocyty, komórki Langerhansa i komórki Merkla. Grubość naskórka jest niejednakowa w różnych rejonach skóry i waha się od ok. 0,1 mm na powierzchni tułowia do ok. 1 mm na dłoniach i podeszwach.

Keratynocyty

Są to komórki nabłonkowe podlegające procesowi keratynizacji, czyli rogowacenia. Proces ten ma charakter genetycznie zaprogramowanych zmian degeneracyjnych, w wyniku których żywe początkowo komórki zamienione zostają w martwe płytki rogowe, ulegające złuszczaniu. Ubytek komórek na powierzchni, sięgający 15 g na dobę, uzupełniany jest dzięki podziałom komórek macierzystych zlokalizowanych w najgłębszej warstwie naskórka. W miarę przesuwania się ku górze komórki różnicują się, czego wyrazem jest utrata zdolności do podziału, zmiana kształtu oraz wytwarzanie określonych składników w cytoplaźmie. Komórki z warstw najwyższych degenerują i obumierają. Cały cykl przemian keratynocytu, począwszy od komórki dzielącej się do martwej, złuszczającej się płytki, trwa zależnie od grubości naskórka od 2-4 tygodni.

W naskórku grubym, w którym proces keratynizacji przebiega szybciej, komórki znajdujące się na tym samym etapie rozwoju grupują się na jednym poziomie, dzięki czemu w takim naskórku można wyróżnić kilka charakterystycznych warstw:

Warstwa podstawna składa się z jednego pokładu komórek sześciennych, lub walcowatych, których wydłużone jądra układają się prostopadle w stosunku do błony podstawnej. W warstwie tej znaleść można komórki macierzyste naskórka, przejściowe komórki mnożace się, oraz komórki rozpoczynające proces różnicowania. Ze względu na występujące podziały komórkowe, warstwę tę nazywa się również warstwą rozrodczą. Komórki macierzyste (mniej więcej 1 na 10 komórek) zdolne są do nieograniczonej liczby podziałów, które są niesymetrycznie tzn. dostarczają zarówno następnych komórek macierzystych, jak i przejściowych komórek mnożących się. Te ostatnie po kilku podziałach podlegają różnicowaniu. Komórki macierzyste są silnie związane z błoną podstawną za pomocą specyficznych integryn, oraz półdesmosomów. Komórki przejściowe cechują się słabszym przyleganiem do błony, wynikającym z ekspresji integryn innego typu. O wejściu komórki na szlak różnicowania decydować ma utrata kontaktu z błoną podstawną i przesunięcie jej do wyższych warstw. Tempo namnażania się komórek naskórka zależy od jego grubości w danej okolicy i wyraźnie wzrasta po zniszczeniu warstw powierzchniowych.

Warstwa kolczysta zawiera kilka do kilkunastu pokładów wielobocznych komórek, połączonych ze sobą licznymi cytoplazmatycznymi mostkami, spiętymi za pośrednictwem desmosomów. W mikroskopie immersyjnym dostrzega się je w postaci międzykomórkowych "kolców", od których wywodzi się nazwa tej warstwy.

Komórki obu wymienionych warstw barwią się zasadochłonnie, co wynika z obecności licznych rybosomów, zarówno wolnych, jak i związanych z siateczką śródplazmatyczną. W komórkach, oprócz typowego wyposażenia cytoplazmy, występują liczne tonofilamenty zbudowane z białek należących do grupy cytokeratyn, przy czym w miarę przesuwania się wyżej komórek z warstwy podstawnej zmienia się profil produkowanych cytokeratyn, co m.in. znajduje swój wyraz w ich większej masie cząsteczkowej i pogrubieniu filamentów. Tonofilamenty są zatem bardziej widoczne w warstwie kolczystej. Przebiegają one w różnych kierunkach i kończą się pętlami zlokalizowanymi w okolicach desmosomów lub półdesmosomów (w warstwie podstawnej).

Na terenie warstwy kolczystej rozpoczyna się synteza szczególnych białek, które wejdą później w skład tzw. otoczki zrogowaciałej (p. dalej). Najlepiej poznanym białkiem z tej grupy jest inwolukryna, którą wykazuje się również we wszystkich dalszych warstwach naskórka, przez co stanowi wyznacznik procesu różnicowania się keratynocytów.

Komórki z warstwy podstawnej i kolczystej wydzielają czynniki regulujące wzrost naskórka: stymulujące (np. naskórkowy czynnik wzrostu = epidermal growth factor, EGF, nerwowy czynnik wzrostu = neural growth factor, NGF), bądź hamujące (transformujący czynnik wzrostu = transforming growth factor, TGF-ß), a także cytokiny pobudzające migrację komórek dendrytycznych (patrz dalej) na teren naskórka.

Warstwa ziarnista utworzona jest z 3 -5 pokładów komórek spłaszczonych, na przekroju wrzecionowatych, ułożonych długą osią równolegle do powierzchni naskórka. Swoją nazwę zawdzięcza zasadochłonnym ziarnistościom wielkości 1-5 μm, widocznym w tych komórkach w preparatach barwionych hematoksyliną-eozyną. W mikroskopie elektronowym obserwuje się trzy rodzaje tych ziarnistości.

Największe z nich, zwane ziarenkami keratohialinowymi albo ziarnami F, stanowią bezkształtne, pozbawione błony, skupiska elektronowo gęstej substancji (keratohialiny), w skład której wchodzi bogate w histydynę białko profilagryna. W wyniku częściowej proteolizy, zachodzącej w wyższych warstwach naskórka białko to przekształca się w filagrynę, powodującą skupianie się filamentów keratynowych w pęczki, układające się w cytoplazmie równolegle do długiej osi komórki.

Drugi rodzaj ziarnistości (ziarenka L), to również bezkształtne, lecz mniejszych rozmiarów skupiska białka bogatego w grupy sulfhydrylowe (lorykryny), wchodzącej w skład otoczki keratynowej (p. dalej).

Trzeci rodzaj stanowią ziarenka blaszkowate (keratynosomy) w postaci otoczonych błoną pęcherzyków wypełnionych spłaszczonymi dyskami błoniastymi. Zawartość ziarenek, bogata w glikolipidy, oraz sterole ulega wydzieleniu z komórek na drodze egzocytozy i uszczelnia przestrzenie międzykomórkowe, przyczyniając się do wytworzenia w naskórku bariery nieprzepuszczalnej dla wody.

Warstwa jasna albo eleidynowa daje się odróżnić w mikroskopie optycznym jako pasmo złożone z 2-3 pokładów spłaszczonych komórek, barwiących się eozyną na kolor jaskrawo różowy. W preparatach niebarwionych warstwę tę można dostrzec w postaci świecącej smugi, przebiegającej mniej więcej równolegle do powierzchni naskórka. Komórki tej warstwy są już elementami martwymi, czego wyrazem jest brak organelli cytoplazmatycznych, a nawet jąder komórkowych. Zawartość tych komórek określano dawniej nazwą eleidyny, obecnie wiadomo, że stanowią ją gęsto upakowane filamenty keratynowe, spojone za pomocą filagryny. Zanik organelli komórkowych spowodowany jest ich strawieniem przez wydostające się do cytoplazmy enzymy lizosomowe.

Warstwa zrogowaciała barwi się kwasochłonnie i posiada zmienną grubość, zależną od okolicy skóry. Zawiera wyłącznie martwe, bezjądrzaste płytki rogowe, w postaci łusek, ułożonych równolegle do powierzchni naskórka. Dolną część warstwy zrogowaciałej stanowią komórki utrzymujące się jeszcze w obrębie naskórka (warstwa zwarta), a górną komórki podlegające złuszczaniu (warstwa złuszczająca się). Złuszczanie się komórek możliwe jest dzięki zanikowi połączeń między nimi, co dokonuje się przy udziale wydzielanych na zewnątrz enzymów proteolitycznych.

Płytki rogowe zawdzięczają swoją charakterystyczną sztywność nie tylko krzyżowym połączeniom pomiędzy filamentami keratynowymi zawartymi w ich wnętrzu, ale także szczególnym przekształceniom błony komórkowej, która zmienia się w tzw. otoczkę zrogowaciałą. Zmiana ta polega na dołączaniu do błony komórkowej od strony cytoplazmatycznej szeregu dodatkowych białek, (m.inn wspomnianej wyżej lolikryny) które powodują pogrubienie i usztywnienie błony. Wiązanie się białek otoczki w rejonie podbłonowym katalizowane jest przez transglutaminazę naskórkową, której aktywacja następuje pod wpływem jonów Ca²⁺, przedostających się do wnętrza komórek przez nadmiernie przepuszczalne błony komórkowe, począwszy od warstwy ziarnistej.

Tworzeniu się otoczki zrogowaciałej towarzyszy postępująca degradacja pozostałych, nie-keratynowych składników komórki. Wśród aminokwasów powstałych w wyniku proteolizy filagryny znajdują się "wymiatacze wolnych rodników", które przyczyniają się do ochrony głębszych warstw organizmu przed ich szkodliwym wpływem.

Wszystkie wyżej wymienione warstwy naskórka obserwować można tylko w naskórku dłoni i stóp, natomiast w pozostałych regionach skóry granice między warstwami naskórka są zatarte.

Górna powierzchnia naskórka nie jest gładka, lecz niezależnie od obecności odrywających się płytek rogowych, wykazuje charakterystyczne ukształtowanie w postaci tzw. listewek powierzchniowych. Szczególnym przykładem takiego ukształtowania powierzchni naskórka są linie papilarne.

Inne komórki naskórka

A. Komórki barwnikowe (melanocyty) są to komórki kształtu gwiaździstego, wyposażone w liczne wypustki podobne do dendrytów. Zlokalizowane są one w obrębie warstwy podstawnej naskórka, lecz uwidocznić je można jedynie poprzez zastosowanie specjalnych technik np. wykazanie zawartego w nich enzymu tyrozynazy. Tyrozynaza działa kolejno na tyrozynę i na dwuhydroksyfenyloalaninę (DOPA) powodując ich przekształcenie w barwnik, który zależnie od cech genetycznych osobnika przybiera formę czarnobrunatnej eumelaniny lub czerwonawej feomelaniny. Zadaniem obu tych melanin jest pochłanianie promieniowania ultrafioletowego, a tym samym ochrona przed nim głębszych warstw organizmu.

Proces wytwarzania melanin zachodzi w pęcherzykach zwanych melanosomami, w których od początku nagromadzona jest tyrozyna, a stopniowe zwiększanie ilości barwnika znajduje swój wyraz w zmianie charakteru ziarna. Wczesne melanosomy zawierają w swym wnętrzu struktury blaszkowate, które później zostają przysłonięte przez elektronowo gęsty barwnik. Dojrzałe melanosomy, obecne w dendrytyczych wypustkach melanocytów, fagocytowane są przez sąsiednie keratynocyty wraz z końcowymi fragmentami tych wypustek. W komórkach warstw podstawnej i kolczystej melanosomy gromadzą się ponad jądrami, osłaniając w sposób szczególny zawarty w nich DNA przed promieniowaniem UV.

Gęstość rozmieszczenia melanocytów w naskórku zależy od okolicy skóry, natomiast tempo produkcji melanosomów, ich rozmiary, występowanie w formie skupionej albo rozproszonej i wreszcie przetrwanie, badź zanik w wyższych warstwach naskórka, uwarunkowane są rasowo.

Melanocyty uważa się za komórki pochodzące z neuroektodermy, które wtórnie przewędrowały na teren naskórka. Ze względu na takie pochodzenie, jak również na ich cechy histochemiczne i ultrastrukturalne zalicza się je do komórek systemu APUD.

B. Komórki Langerhansa, reprezentują szczególny typ komórek dendrytycznych i do swego uwidocznienia wymagają również zastosowania specjalnych metod: klasycznej impregnacji chlorkiem złota, ewentualnie reakcji na białko wiążące wapń (S-100), lub wykazującej determinanty CD1 wspólne dla linii makrofagowych. W tych warunkach dostrzega się gwiaździste komórki, w ilości 3-8%, rozmieszczone głównie w górnej strefie warstwy kolczystej. W mikroskopie elektronowym zwraca uwagę wysoce nieregularny kontur ich jądra, a także obecność szczególnych ziarnistości (ziaren Birbecka lub ziaren robaczkowatych) w postaci cylindrycznych tworów z prążkowanym rdzeniem. Komórki te nie zawierają filamentów keratynowych i nie tworzą połączeń desmosomowych z sąsiednimi keratynocytami. Na swojej powierzchni wykazują natomiast obecność antygenu MHC klasy II oraz receptorów dla odcinka Fc przeciwciał i składnika C3 dopełniacza. Wymienione cechy powierzchniowe umożliwiają tym komórkom wychwytywanie antygenów skórnych, ich przetrzymywanie, a następnie, po opuszczeniu naskórka, przekazanie przeniesionych antygenów limfocytom. W trakcie wędrówki do najbliższych węzłów komórki Langerhansa dojrzewają nabierając cech komórek APC. Podobnie jak melanocyty, komórki Langerhansa stanowią w naskórku element napływowy, lecz pochodzący z mezenchymy (szpiku).

C. Komórki Merkla zlokalizowane są w obrębie warstwy podstawnej w sąsiedztwie zakończeń nerwowych. Występują najrzadziej spośród wszystkich komórek naskórka i w praktyce rozpoznaje się je głównie na preparatach oglądanych w mikroskopie elektronowym. Ich jądro jest mocno wgłębione, poza tym cechę rozpoznawczą stanowią okrągłe ziarnistości o rozmiarach ok. 80 nm z elektronowo gęstym rdzeniem, podobne do ziarnistości dostrzeganych w komórkach rdzenia nadnerczy. W ziarnach tych zidentyfikowane niektóre spośród peptydów syntetyzowanych przez komórki APUD. (VIP, enkefalinę). Komórki te stanowią swoiste receptory czucia dotyku w naskórku.

Połączenie naskórkowo-skórne

Cały naskórek (niezależnie od jego grubości) związany jest ze skórą właściwą za pośrednictwem błony podstawnej. Od strony naskórka w połączeniu uczestniczą komórki warstwy podstawnej, które zakotwiczają się w warstwie jasnej blaszki podstawnej tworząc półdesmosomy i kontakty lokalne (ogniskowe). W blaszce jasnej towarzyszącej keratynocytom zidentyfikowano specjalną odmianę niskocząsteczkowej lamininy, o zwiększonej sile wiązania się z integrynami komórek macierzystych. Podczas gdy półdesmosomy mają znaczenie wyłącznie mechaniczne, o tyle integryny skupione w miejscach kontaktów lokalnych służą również przekazywaniu keratynocytom sygnałów ze środowiska pozakomórkowego (decydujących m.in. o ich podziałach i różnicowaniu).

Sposób połączenia błony podstawnej z głębiej leżącą skórą właściwą opisano w rozdz. - Tkanka nabłonkowa.

Siła wiązania naskórka ze skórą właściwą słabnie z wiekiem, wraz z zanikiem typowego dla tego regionu kolagenu VII.

Skóra właściwa

Zbudowana jest z włókien, macierzy i komórek tkanki łącznej, przy czym wzajemny stosunek ilościowy tych składników zmienia się w zależności od warstwy skóry właściwej, okolicy ciała, oraz od wieku osobnika.

W skórze właściwej wyróżnia się dwie warstwy: brodawkową, oraz siateczkową. Warstwa brodawkowa znajduje się pod naskórkiem i stanowi rodzaj tkanki łącznej wiotkiej z przewagą macierzy i komórek. W macierzy występuje przede wszystkim siarczan dermatanu, podczas gdy element włóknisty reprezentowany jest głównie przez włókna srebrochłonnne. Wśród komórek, oprócz fibroblastów, zwracają uwagę mastocyty i makrofagi. Warstwa ta tworzy wzniesienia, wpuklające się w naskórek i zwane brodawkami. Szczególnie wysokie, palczaste, regularnie rozmieszczone brodawki obserwuje się w skórze dłoni i stóp. W brodawkach skóry właściwej znajdują się włosowate naczynia krwionośne, które doprowadzają substancje odżywcze w pobliże naskórka, oraz ciałka czuciowe Meissnera (p. dalej).

Warstwa siateczkowa obejmuje głębsze regiony skóry właściwej i zbudowana jest z tkanki łącznej zbitej, w której pasma włókien kolagenowych i elastycznych wzajemnie się przeplatają, tworząc nieregularne sieci. Przebieg włókien, ich ilość, a także grubość całej warstwy siateczkowej przedstawiają się odmiennie w różnych regionach skóry. Wraz z upływem wieku początkowo wzrasta grubość włókien kolagenowych i elastycznych, później te ostatnie degenerują i zanikają, co znajduje swój wyraz w utracie ogólnej sprężystości skóry i w zmianie jej wyglądu.

W okolicy brodawek sutkowych oraz w skórze worka mosznowego i krocza występują dodatkowo pęczki komórek mięśniowych gładkich odpowiedzialne za "marszczenie się" tej skóry.

Skóra właściwa jest bogato unaczyniona. Odgałęzienia tętnic, leżących w tkance podskórnej tworzą na terenie skóry właściwej dwa główne sploty: skórny i podbrodawkowy, leżące odpowiednio na granicy skóry i tkanki podskórnej oraz pod brodawkami. Od splotu podbrodawkowego odchodzą pętle naczyń włosowatych, po jednej do każdej brodawki. Nagłe przemieszczenia krwi z regionów głębszych do powierzchownych, lub na odwrót, umożliwiają liczne anastomozy tętniczo-żylne o typie kłębków. Na terenie skóry właściwej zlokalizowane są w całości lub częściowo korzenie włosów, gruczoły skórne i paznokcie, a także charakterystyczne receptory dla różnych rodzajów czucia (p. dalej) wraz z odchodzącymi od nich pęczkami włókien nerwowych.

Tkanka podskórna

Zbudowana jest z tkanki łącznej wiotkiej, z reguły zawierającej komórki tłuszczowe. Ilość tkanki podskórnej, a zwłaszcza zawartość w niej tkanki tłuszczowej zmienia się drastycznie w zależności od okolicy ciała, płci osobnika i stopnia jego odżywienia. Zadaniem tkanki podskórnej jest umożliwienie przesuwania się skóry w stosunku do podłoża, a w miejscach obfitych w tkankę tłuszczową również izolacja termiczna i mechaniczna narządów leżących pod skórą. W tkance podskórnej znajdują się dolne odcinki korzeni włosów, a także niektóre gruczoły skórne (zapachowe) i receptory czucia.

Dodatkowe twory skórne

Dodatkowe twory skórne to włosy, paznokcie i gruczoły skóry. Włosy i paznokcie charakteryzyją się specyficzną formą rogowacenia, która prowadzi do wytworzenia tzw. twardej keratyny (w odróżnieniu od miękkiej keratyny naskórka, filamenty cytokeratynowe są w niej spojone białkiem trichohialiną, a nie filagryną). Wpuklone w głąb skóry komórki tworzące gruczoły nie rogowacieją.

Włosy

Każdy włos składa się z części tkwiącej głęboko w skórze, zwanej korzeniem włosa oraz części wystającej ponad powierzchnię naskórka, zwanej łodygą włosa.

Początkowy odcinek korzenia włosa nosi nazwę cebulki włosa i stanowi buławkowato rozdęte skupisko intensywnie dzielących się komórek macierzy włosa, oraz melanocytów. Cebulka włosa zlokalizowana jest głęboko, na granicy z tkanką podskórną i obejmuje palczaste wpuklenie tkanki łącznej - brodawkę włosa. Brodawka włosa nie tylko doprowadza naczynia krwionośne w pobliże cebulki włosa, ale również bezpośrednio indukuje podziały komórek cebulki. Namnażające się w cebulce komórki, w miarę swego przesuwania się ku górze, podlegają różnicowaniu w kierunku trzech odmiennych populacji tworzących: włos właściwy, jego pochewkę wewnętrzną oraz zewnętrzną. Ponieważ wymienione elementy składowe korzenia włosa podlegają stopniowemu rogowaceniu, obraz morfologiczny korzenia zmiania się w kolejnych jego odcinkach.

Tuż ponad cebulką można wyróżnić włos właściwy zbudowany z rogowaciejących, wydłużonych komórek, których ząbkowate końce wzajemnie zaczepiają się, tworząc struktury wielocentymetrowej długości. Na powierzchni włosa właściwego znajduje się jednowarstwowy pokład komórek płaskich, zachodzących na siebie dachówkowato w ten sposób, że wolne końce komórek zwrócone są ku górze; komórki te tworzą powłoczkę włosa właściwego. Drugi, podobny pokład dachówkowato ułożonych komórek z końcami zwróconymi ku dołowi wyściela pochewkę wewnętrzną korzenia włosa, jako powłoczka pochewki wewnętrznej. Dzięki przeciwstawnemu ułożeniu komórek płaskich obu powłoczek powstaje coś w rodzaju urządzenia zaczepowego pomiędzy powierzchnią włosa właściwego a jego pochewką wewnętrzną. Ta ostatnia, poza opisanymi już komórkami płaskimi zawiera kilka pokładów komórek wielobocznych lub wydłużonych, wykazujących różny stopień zrogowacenia, wśród których wyróżniano dawniej dwie warstwy: Huxleya i Henlego.

Na zewnątrz od pochewki wewnętrznej korzenia włosa znajduje się pochewka zewnętrzna, która w dolnym odcinku korzenia włosa zbudowana jest z 1-2 warstw niezróżnicowanych komórek nabłonkowych, wyżej odpowiada warstwom podstawnej i kolczystej naskórka a w 1/3 górnej części korzenia włosa stanowi wpuklenie całego naskórka. Ten ostatni odcinek pochewki zewnętrznej nosi nazwę mieszka włosa. Pochewka zewnętrzna stanowi miejsce, w którym czasowo gromadzą się komórki Langerhansa na drodze z krwi obwodowej do naskórka. Stąd mogą być natychmiast uzupełniane. ubytki tych komórek spowodowane np. ekspozycją na UVB.

Wokół korzenia włosa wytwarza się torebka z włókien kolagenowych należących do skóry właściwej. Do niej, na granicy 1/3 dolnej i 2/3 górnych korzenia włosa przyczepia się mięsień wyprostny włosa. Drugi koniec tego mięśnia zaczepiony jest w warstwie brodawkowatej skóry. Ponieważ korzenie włosów tkwią w skórze skośnie w stosunku do jej powierzchni, skurcz mięśnia wyprostnego włosa powoduje jego ustawienie "na sztorc", z równoczesnym pomarszczeniem skóry ("gęsia skórka") i wypchnięciem wydzieliny z gruczołu łojowego (p. dalej).

Opisany schemat budowy dotyczy zarówno włosów pokrywających skórę głowy, okolic płciowych, pachowych, u mężczyzn także skórę dolnej połowy twarzy, jak i delikatniejszych włosków pokrywających skórę pozostałych okolic ciała. Wyjątek stanowią krótkie, grube włosy takie jak włosy brwi i rzęs, które w obrębie włosa właściwego posiadają jeszcze część rdzenną, w czym wykazują podobieństwo do włosów zwierzęcych. Łodyga włosa swoją budową odpowiada całkowicie zrogowaciałemu włosowi właściwemu, z tym, że nigdy nie zawiera części rdzennej.

Przyrost włosów nie dokonuje się w sposób ciągły, lecz okresy wzrostu, (trwające do kilku lat) przeplatają się z kilkumiesięcznymi okresami spoczynku, albo nawet regresji.

Gruczoły skórne.

Należą do nich gruczoły potowe, łojowe i zapachowe. Za zmodyfikowany gruczoł skórny uważa się również gruczoł mleczny (p. rozdz. 21.3).

Gruczoły potowe. Są to gruczoły cewkowe, pojedyncze, zwinięte na końcu kłębkowato. Ich odcinek wydzielniczy zlokalizowany jest w skórze głęboko, na granicy z tkanką podskórną. Tam też rozpoczyna się odcinek wyprowadzający, który przechodzi przez całą grubość skóry właściwej, przebija naskórek i otwiera się na jego powierzchni.

Odcinek wydzielniczy zbudowany jest z nabłonka jednowarstwowego walcowatego, spoczywającego na błonie podstawnej. Komórki tego nabłonka mają kształt piramid, które swą szerszą podstawą spoczywają na błonie podstawnej lub skierowane są szerszym końcem w stronę światła gruczołu (piramidy odwrócone). Te pierwsze zaobserwowano w mikroskopie optycznym jako komórki jasne, te drugie jako komórki ciemne.

Komórki jasne posiadają cechy komórek transportujących wodę i elektrolity tj. wpuklenia błony komórkowej od strony przypodstawnej oraz liczne mitochondria. Pomiędzy tymi komórkami obecne są kanaliki z mikrokosmkami zwróconymi do ich światła. Dla komórek ciemnych, poza większą gęstością elektronową cytoplazmy, charakterystyczne są ziarnistości z wydzieliną glikoproteidową, którą odprowadzają do potu.

U podstawy komórek wydzielniczych rozciągają się na błonie podstawnej wydłużone lub gwiaździste komórki mioepitelialne (mięśniowo-nabłonkowe).

Odcinek wyprowadzający wyścielony jest nabłonkiem dwuwarstwowym sześciennym. Komórki leżące bliżej światła mają silnie rozwiniętą sieć krańcową z filamentów aktynowych i pośrednich, natomiast komórki leżące prz błonie podstawnej mają większe jądra i liczniejsze mitochondria. Na uwagę zasługuje fakt, że światło odcinka wyprowadzającego jest mniejsze niż odcinka wydzielniczego. Po wejściu odcinka wyprowadzającego do warstwy ziarnistej naskórka w jego komórkach pojawiają się oznaki rogowacenia, a powyżej warstwy świetlanej przewód wyprowadzający traci własną ścianę i przyjmuje charakter wydrążenia, spiralnie przebijającego warstwę komórek zrogowaciałych. Lejkowate ujścia gruczołów potowych otwierają się na szczycie listewek skórnych. Gruczoły potowe rozmieszczone są w skórze nierównomiernie, z największą ilością przypadającą na skórę dłoni i stóp. Ich wydzielina służy głównie regulacji temperatury ciała, w mniejszym stopniu wydalaniu produktów przemiany materii (mocznika).

Gruczoły łojowe. Gruczoły łojowe reprezentują typ gruczołu prostego, pęcherzykowego, rozgałęzionego. Z reguły towarzyszą one korzeniom włosów. Odcinki wydzielnicze przyjmują formę nieregularnych woreczków, leżących pomiędzy korzeniem włosa a mięśniem wyprostnym włosa. Odcinki te zbudowane są z nabłonka wielowarstwowego, przy czym na obwodzie gruczołu znajdują się intensywnie dzielące się komórki płaskie, a wnętrze gruczołu wypełnione jest komórkami wielobocznymi, podlegającymi degeneracji tłuszczowej. Objawia się ona gromadzeniem kropli lipidów wewnątrz komórek, które wykazują charakterystyczną piankowatość cytoplazmy. Jądro degenerujących komórek staje się coraz mniejsze, ciemne, pomarszczone (tzw. jądro pyknotyczne), by w końcu zaniknąć zupełnie. Zdegenerowane komórki rozpadają się dając w efekcie wydzielinę gruczołu (typ wydzielania holokrynowy). Ciągły ubytek komórek w świetle gruczołu kompensowany jest aktywnością proliferacyjną komórek obwodowych.

Wydzielina gruczołu wyprowadzana jest do mieszka włosowego przez krótki odcinek łączący, pokryty nabłonkiem wielowarstwowym płaskim. Do wyjątków należą gruczoły łojowe, odprowadzające swoją wydzielinę niezależnie od włosów (gruczoły otaczające czerwień wargową i otoczkę brodawki sutkowej, gruczoły warg sromowych mniejszych i napletka, a także specyficzne gruczoły tarczkowe (Meiboma) w powiece.

Wydzielina gruczołów łojowych natłuszcza skórę, utrudnia penetrację bakterii oraz wywiera słabe działanie bakterio- i grzybostatyczne.

Gruczoły zapachowe. Wykazują budowę podobną do gruczołów potowych, lecz są od nich ok. 10 x większe, stąd też nazywane są niekiedy dużymi gruczołami potowymi. Średnica całego, znacznie luźniej zwiniętego kłębka utworzonego przez odcinki wydzielnicze gruczołów zapachowych sięga 5 mm. Odcinki te zlokalizowane są na poziomie tkanki podskórnej, w sąsiedztwie korzeni włosów. Zbudowane są z jednego typu komórek wydzielniczych, podobnych do komórek jasnych gruczołu potowego. W zależności od fazy czynnościowej gruczołu, wysokość tych komórek zmienia się od płaskich do sześciennych. Szczytowa powierzchnia komórek aktywnych tworzy liczne wypustki, co powoduje, że komórki te oglądane w mikroskopie optycznym wyglądają jak "postrzępione". W wypustkach znajdują się pęcherzyki z wydzieliną, która wydalana jest zarówno na drodze klasycznej egzocytozy, jak też usuwania wydzieliny wraz z częścią przyszczytową komórki (wydzielanie apokrynowe).

Ponieważ wydzielina wyrzucona z komórek może być przez dłuższy okres magazynowana w świetle odcinków wydzielniczych, odcinki te mogą być znacznie rozdęte. Przewody wyprowadzające gruczołów zapachowych wyścielone są podwójną lub potrójną warstwą nabłonka sześciennego i uchodzą do mieszków włosów.

Gruczoły zapachowe występują w ściśle określonych okolicach ciała: w dołach pachowych, w otoczce brodawek sutkowych, na wzgórku łonowym i wokół odbytu. Ich gęsta wydzielina, o barwie białej lub żółtobrunatnej (zależnie od zawartości barwników indoksylowych i pewnych kwasów tłuszczowych), w wyniku działania bakterii przekształca się w substancję o charakterystycznym zapachu.

Paznokcie

Są to przeźroczyste rogowe płytki, zlokalizowane na grzbietowej powierzchni dystalnych paliczków. Składają się z widocznej blaszki paznokciowej oraz ukrytej pod fałdem skórnym macierzy paznokcia. Macierz stanowi wpuklenie wyspecjalizowanego naskórka, pozbawionego warstwy ziarnistej, którego podziały, a następnie rogowacenie warunkują wzrost paznokcia. Komórki rogowaciejące ulegają spłaszczeniu i wypełniają się filamentami cytokeratynowymi spojonymi za pomocą białek, analogicznych do tych, które powstają w trakcie keratynizacji naskórka. Komórki te pozostają połączone ze sobą, dlatego też nie złuszczają się i wzrost paznokcia na długość nie ulega ograniczeniu.

Na brzegu fałdu skórnego pokrywającego macierz paznokcia widoczny jest zrogowaciały naskórek tworzący obrąbek naskórkowy nadpaznokciowy. Płytka paznokciowa spoczywa na łożysku paznokcia, które utworzone jest z tkanki łącznej włóknistej, pokrytej naskórkiem, podobnie jak w samej płytce pozbawionym warstwy ziarnistej. Na dystalnym brzegu łożyska pasmo zrogowaciałego naskórka tworzy obrąbek naskórkowy podpaznokciowy.

Zakończenia nerwowe w skórze

W warstwach naskórka obejmujących komórki żywe znajdują się wolne zakończenia nerwowe rejestrujące przede wszystkim bodźce o charakterze bólowym.

W brodawkach skóry właściwej zlokalizowane są wyspecjalizowane struktury zwane ciałkami Meissnera, które stanowią receptory czucia dotyku. Są to twory kształtu wrzecionowatego, długości 30-100 μm, otoczone torebką łącznotkankową. Ich wnętrze wypełniają zmodyfikowane komórki Schwanna, zwane lemnocytami, taśmowato owijające się wokół osi ciałka. Komórki te stanowią podporę dla bezrdzennych włókien nerwowych, które utraciły osłonkę mielinową w miejscu wniknięcia do torebki.

Inny rodzaj otorbionych receptorów nerwowych stanowią ciałka Vatera-Pacciniego, zlokalizowane w głębszych warstwach skóry, łącznie z tkanką podskórną. Są znacznie większe od poprzednich, o średnicy do do 4 mm i bardziej owalnym kształcie. Zbudowane są z łącznotkankowych blaszek wyścielonych lemnocytami, ułożonych w koncentryczne warstwy na kształt listków cebuli. Pomiędzy tymi blaszkami zawarta jest pewna ilość płynu tkankowego, a w centrum ciałka przebiega bezrdzenne włókno nerwowe. Włókno to rejestruje ucisk wywierany na płyn poprzez ściany torebki łącznotkankowej, w związku z czym ciałko Vatera-Pacciniego stanowi receptor czucia ucisku i wibracji.

Na terenie skóry właściwej spotykamy ponadto receptory termiczne dla czucia zimna w postaci mniejszych, otorbionych kolbek o prostszej budowie (kolbki Krausego) oraz dla czucia gorąca w formie luźnych rozgałęzień włókna nerwowego zatopionych w ziarnistej substancji o nieznanym charakterze (ciałka Ruffiniego). W obrębie naskórka, oraz w pobliżu korzeni włosów znajdują się wolne zakończenia nerwowe odbierające bodźce dotykowe.

Regionalne różnice w stukturze skóry

W zależności od lokalizacji obserwuje się różnice dotyczące wszystkich elementów składowych skóry. Klasyczna histologia dzieli skórę na „grubą”, występujacą na dłoniach i podeszwach stóp, oraz „cienką”, budującą pozostałe powłoki. Określenia te dotyczą przede wszystkim grubości naskórka, a nie całej skóry.

Skóra dłoni i podeszew stóp charakteryzuje się bardzo grubym naskórkiem, w którym dominuje warstwa zrogowaciała, występowaniem wyłącznie gruczołów potowych oraz brakiem korzeni włosów.

W skórze pokrywającej pozostałe rejony ciała naskórek jest wyraźnie cieńszy, zazwyczaj pozbawiony warstw ziarnistej i świetlanej, a brodawki skórne są niższe i nieregularne. Skóra owłosiona głowy, dołów pachowych i okolic zewnętrznych narządów płciowych charakteryzuje się obecnością licznych i dobrze rozwiniętych korzeni włosów i stosunkowo niewielkich gruczołów łojowych, podczas gdy w pozostałej skórze z powłok drobnym, rzadko rozmieszczonym korzeniom włosów towarzyszą pokaźne gruczoły łojowe. Gruczoły potowe i łojowe wystepują powszechnie, natomiast gruczoły zapachowe tylko w niektórych rejonach ciała (p. wyżej).

Całkowita grubość skóry jest większa po stronie grzbietowej ciała niż po stronie brzusznej. Skóra właściwa osiąga największą grubość na grzbiecie. Komórki tłuszczowe gromadzą się najliczniej w tkance tłuszczowej pośladków (u kobiet) lub brzucha (u mężczyzn). Liczebność włókien nerwowych w naskórku jest większa w odcinkach proksymalnych kończyn niż dystalnych Występują również regionalne różnice w ilości receptorów czuciowych.

9. UKŁAD LIMFATYCZNY ORAZ PODSTAWY ZJAWISK IMMUNOLOGICZNYCH

Tkanka limfoidalna

Ogromna większość limfocytów występuje poza krwią - w tkankach, gdzie tworzą układy o wysokim stopniu organizacji. Jedynie część limfocytów to komórki swobodnie migrujące, pozostałe zasiedlają tkankę łączną i tworzą wraz z niątzw. tkankę limfoidalna. Istnieją dwie formy tkanki limfoidalnej:

- rozproszona, w której limfocyty są rozmieszczone bezładnie oraz

- grudkowa, w której limfocyty są zorganizowane w kuliste obszary zwane grudkami chłonnymi.

Wyróżniamy dwa rodzaje grudek: pierwotne i wtórne. Pierwsze z nich mają jednorodne ciemne zabarwienie i w ich obrębie tkanka siateczkowata jest zasiedlona przez małe limfocyty. Grudki wtórne barwią się niejednorodnie: część środkowa, tzw. ośrodek odczynowy (ośrodek rozmnażania) barwi się słabiej od otaczającego ją ciemniejszego pasa, zwanego mankietem.

Pojawianie się grudek wtórnych jest wynikiem reakcji na antygen; są one miejscem namnażania i różnicowania limfocytów B w komórki plazmatyczne. Tkanka limfoidalna pełni funkcje obronne, gdyż jest podstawowym terenem reakcji immunologicznych. Głównym miejscem występowania tkanki limfoidalnej są narządy limfatyczne, do których zaliczamy węzły chłonne, śledzionę oraz migdałki. Znaczną jej ilość spotykamy w ścianach przewodów stykających się pośrednio ze środowiskiem, zwłaszcza w cewie pokarmowej i drogach oddechowych (tzw.tkanka limfoidalna związana z błonami śluzowymi). We wszystkich wymienionych miejscach ma ona zdolność tworzenia grudek chłonnych. Szczególną pozycję wśród narządów limfatycznych zajmuje grasica, która posiada odmienne pochodzenie, budowę i czynność.

Podstawowe pojęcia immunologiczne i mechanizmy odporności.

Obrona organizmu przed inwazją ciał obcych, w tym szczególnie drobnoustrojów realizowana jest przez:

(1) Bariery zapobiegające wniknięciu drobnoustrojów, takie jak naskórek posiadający warstwę zrogowaciałą, śluz wydzielany na powierzchnię błon śluzowych, oraz niskie pH (żołądek, pochwa).

(2) Ostre zapalenie, w którym czynnik inwazyjny jest niszczony, bez względu na jego charakter, głównie poprzez działanie granulocytów obojętnochłonnych naciekających obszar uszkodzenia tkanek. Oba wymienione mechanizmy maj ą charakter nieswoisty.

(3) Reakcje immunologiczne mające charakter swoisty, to znaczy skierowany przeciwko cząsteczkom o określonych cechach chemicznych.

Czynniki i komórki uczestniczące w reakcjach immunologicznych

Reakcję immunologiczną wywołuje kontakt wyspecjalizowanych komórek z antygenem. Antygen (konwencjonalny) jest to substancja obca, która wprowadzona do ustroju wywołuje reakcję skierowaną swoiście przeciw niej; własności antygenowe wykazują związki wysokocząsteczkowe, zwłaszcza białka. Inne znaczenie określenia antygen dotyczy tzw. antygenów zgodności tkankowej. Jest to złożona grupa integralnych białek błon komórkowych które występują w błonach wszystkich komórek ustroju i stanowią podstawę odróżniania elementów własnych od obcych, a tym samym decydując odrzucaniu przeszczepu.

Kluczowymi komórkami w odpowiedzi immunologicznej są limfocyty B i limfocyty T.. Wyróżniamy trzy podstawowe rodzaje limfocytów T: pomocnicze Th, cytotoksyczne Te i supresyjne Ts. Rozpoznanie przez limfocyty antygenu wymaga zazwyczaj współpracy komórek prezentujących antygen Należą do nich: makrofagi, komórki dendrytyczne narządów limfatycznych, limfocyty B, a nawet niekiedy komórki śródbłonka.

Rodzaje odpowiedzi immunologicznej.

Odpowiedź humoralna polega na produkcji przeciwciał krążących w płynach ustrojowych. Odpowiedź ta jest typowa dla zakażeń bakteryjnych i realizują ją limfocyty B i ich komórki pochodne

(plazmatyczne). Odpowiedź komórkowa, polega na niszczeniu obcych antygenowe komórek (zakażonych wirusami, komórek nowotworowych, przeszczepów, grzybów) przez limfocyty Te. Reakcja typu komórkowego zachodzi również w przypadku uczulenia na pewne substancje (detergenty, niektóre metale), które działając na powierzchnię skóry zmieniają strukturę jej białek tak, iż nabierają one własności antygenowych; zjawisko to nosi nazwę nadwrażliwości kontaktowej.

Odpowiedź humoralna. W odpowiedzi humoralnej realizowanej przez limfocyty B, tylko niektóre antygeny bakteryjne są rozpoznawane bezpośrednio przez te komórki. Produkują one wówczas przeciwciała. W odniesieniu do większości antygenów, uruchomienie produkcji przeciwciał wymaga współpracy trzech typów komórek: komórek prezentujących antygen, nieuczulonych limfocytów T-pomocniczych (Th) oraz limfocytów B. Komórki prezentujące antygen wychwytują antygen konwencjonalny, który po częściowej degradacji prezentowany jest limfocytom Th. Pobudzone limfocyty Th oddziaływują następnie na limfocyty B, które dzielą się i różnicują w kierunku produkujących, przeciwciała plazmocytów. Immunoglobuliny(przeciwciała) są to substancje białkowe produkowane w odpowiedzi na wprowadzony antygen i wykazujące zdolność swoistego łączenia się z nim i jego eliminacji w fazie wykonawczej odpowiedzi humoralnej.

Odpowiedź komórkowa. Indukcja odpowiedzi typu komórkowego wymaga również rozpoznania antygenu przez limfocyty T. W tym przypadku rolę prezentera antygenu spełniaj ą zakażone komórki. Dzięki temu prawie wszystkie komórki ustroju są potencjalnie zdolne do aktywacji prekursorów limfocytów Te i zapoczątkowania odpowiedzi typu komórkowego

W fazie wykonawczej limfocyt Te przylega do niszczonej komórki i wydziela specjalne białka, które wbudowują się w błonę atakowanej komórki, ulegają tworząc otwarte kanały, co prowadzi do śmierci komórki. W procesie indukcji reakcji immunologicznych powstają dodatkowo limfocyty supresyjne(Ts), które ograniczają działanie limfocytów pomocniczych(Th) i w ten sposób regulują intensywność odpowiedzi. Część długo żyjących uczulonych limfocytów T i w mniejszym stopniu limfocytów B pełni rolę komórek pamięci, dzięki którym ponowne zetknięcie się ustroju z antygenem wywołuje szybką i silną odpowiedź immunologiczną (odporność nabyta).

Grasica - otoczona jest łącznotkankową torebką i ma budowę pseudozrazikową (podział narządu przegrodami łącznotkankowymi jest niekompletny i dotyczy tylko części zewnętrznej); wspólna dla całego narządu część centralna nosi nazwę pnia grasicy. W każdym zraziku grasicy wyróżniamy część korową, która otacza położoną centralnie część rdzenną. Limfocyty występują głównie w istocie korowej (ok. 90%). Większość powstałych limfocytów ginie w obrębie grasicy, jedynie ok. 1-2% przechodzi do części rdzennej, skąd dostaje się do łożyska naczyniowego. Grasica jest narządem sezonowym. Silnie rozwinięta w życiu płodowym i u dzieci, po okresie pokwitania ulega inwolucji.

Czynność grasicy to:

- produkcja limfocytów T - macierzyste komórki szeregu limfocytarnego docierają do grasicy ze szpiku, osadzają się w zewnętrznych rejonach kory i różnicują w duże, a następnie małe limfocyty. Proces dojrzewania zależy od hormonów produkowanych w grasicy. Po opuszczeniu grasicy limfocyty T zasiedlają (kolonizują) tzw. strefy grasiczozależne innych narządów limfatycznych, gdzie ostatecznie dojrzewają i podejmują czynność.

- produkcja hormonów peptydowych stymulujących podziały limfocytów T w strefach grasiczozależnych narządów limfatycznych - głównie tymozyny.

Węzeł chłonny - mają wielkość od kilku mm do 2 cm (niekiedy więcej) i są zazwyczaj kształtu nerkowatego. Leżą na przebiegu naczyń limfatycznych i są stacjami, na terenie których chłonka styka się z tkanką limfoidalną. Naczynia chłonne doprowadzające uchodzą do węzła od strony wypukłej, a mniej liczne

naczynia wyprowadzające opuszczają go w części wklęsłej zwanej wnęką; w obrębie wnęki wnikają do węzła naczynia tętnicze i wychodzą naczynia żylne.

Węzeł otacza torebka łącznotkankowa. Wnętrze narządu zasnute jest tkanką łączną siateczkowatą, której przeważająca część jest gęsto zasiedlona przez limfocyty. Pozostałe obszary tkanki siateczkowatej tworzą drogi dla przepływu limfy zwane zatokami limfatycznymi. W węźle wyróżniamy leżącą na obwodzie część korową oraz położoną centralnie, sięgającą wnęki część rdzenną. Na pograniczu kory i rdzenia leży tzw. pas przykorowy (inaczej kora głęboka).

W części korowej tkanka limfoidalna tworzy grudki chłonne pierwotne i wtórne, które są miejscem powstawania komórek produkujących przeciwciała. Bogate w limfocyty B grudki korowe stanowią strefę grasiczoniezależną węzła.

Pas przykorowy tworzy tkanka limfoidalna rozproszona (brak grudek chłonnych). Obszar ten zasiedlają głównie limfocyty typu T, wywodzące się z grasicy i pozostające pod wpływem jej hormonów, stąd pas przykorowy stanowi strefę grasiczozależną węzła.

Cześć rdzenna zawiera rozgałęziające się sznury tkanki limfoidalnej otaczającej drobne naczynia krwionośne. W obrębie sznurów może występować znaczna ilość komórek plazmatycznych. Na terenie rdzenia spotyka się tętnice i żyły biegnące w przegrodach łącznotkankowych odchodzących od wnęki. Część rdzenna jest grasiczoniezależną.

Udział węzła chłonnego w zjawiskach obronnych

Większość elementów przeznaczonych do eliminacji dociera do węzła drogą limfy, gdzie podlega fagocytozie przez makrofagi. Docierające do węzła substancje o charakterze antygenowym zostają wychwycone przez komórki prezentujące antygen i po prezentacji limfocytom uruchamiają reakcje o charakterze immunologicznym. Procesy immunologiczne powodują ogólne powiększenie węzła w wyniku namnażania limfocytów. Antygeny wywołujące odpowiedź typu humoralnego powodują wybitne zwiększenie ilości grudek wtórnych kory, a w rdzeniu pojawienie się licznych plazmocytów. W przypadku antygenów indukujących odpowiedź typu komórkowego dochodzi do znacznego poszerzenie pasa przykorowego. Ponieważ w większości przypadków obie odpowiedzi zachodzą równolegle (choć jedna może dominować), zmiany morfologiczne dotyczą zazwyczaj całego narządu.

Śledziona otoczona jest łącznotkankowa torebką, od której odchodzą beleczki tworzące rusztowanie narządu, którego wnętrze zajmuje tkanka łączna siateczkowatą wypełniona wolnymi komórkami. W śledzionie wyróżnia się dwa typy utkania: miazgę czerwoną i miazgę białą; ich układ jest ściśle związany z naczyniami krwionośnymi. Miazgę czerwoną tworzą liczne naczynia zatokowe i żyły oraz leżące między nimi obszary tkanki siateczkowatej wypełnionej elementami morfotycznymi krwi, zwane miazgę czerwoną właściwą. Miazga biała układa się wokół tętnic; tworzy j ą tkanka limfoidalna.

Narząd ten spełnia dwie podstawowe funkcje: eliminuje z krążenia zużyte erytrocyty oraz uczestniczy w zjawiskach odpornościowych.

Eliminacja erytrocytów odbywa się na terenie miazgi czerwonej. Krew ulega tu sedymentacji: osocze przechodzi łatwo do zatok, podczas gdy elementy morfotyczne muszą się przeciskać przez oczka tkanki siateczkowatej. Stare erytrocyty różnią się od form młodszych większą sztywnością błony oraz zmienionym charakterem glikokaliksu co ułatwia przyleganie erytrocytów do powierzchni makrofagów i w efekcie fagocytozę zużytych krwinek czerwonych. Śledziona realizuje swe funkcje immunologiczne przede wszystkim poprzez produkcję przeciwciał a także przez fagocytozę. Obecność licznych makrofagów powoduje, że w śledzionie odbywa się intensywna fagocytoza.

Migdałki - są to nagromadzenia tkanki limfoidalnej w błonie śluzowej okolic, gdzie spotykają się drogi oddechowa i pokarmowa. Migdałki nie posiadają naczyń limfatycznych doprowadąjących, a antygeny w dużej mierze wnikają na ich teren bezpośrednio z powierzchni błony śluzowej; stąd drugim składnikiem budowy migdałka (oprócz tkanki limfoidalnej) jest tkanka nabłonkowa.

10. UKŁAD NACZYNIOWY

Układ naczyń krwionośnych można podzielić na dwa obszary funkcjonalne: (1) łożysko naczyń włosowatych, którego zadaniem jest wymiana gazów, substancji odżywczych i metabolitów pomiędzy krwią a tkankami, oraz (2) system naczyń tętniczych i żylnych stanowiący drogi transportu krwi pomiędzy sercem a łożyskiem naczyń włosowatych.

9.1. Elementy składowe ściany naczyń krwionośnych

Naczynia krwionośne, w zależności od typu i średnicy, charakteryzują się zróżnicowaną budową ściany, niemniej jednak ściana ta utworzona jest przez ograniczoną liczbę tych samych elementów składowych. Są to: śródbłonek, perycyty, komórki mięśniowe gładkie, włókna kolagenowe, srebrochłonne i sprężyste, macierz oraz komórki tkanki łącznej.

9.1.1. Komórki śródbłonka

Komórki te tworzą na wewnętrznej powierzchni naczynia typowy układ nabłonka jednowarstwowego płaskiego, mają pochodzenie mezenchymatyczne i cechy pośrednie pomiędzy komórkami tkanki nabłonkowej a tkanki łącznej. Są bardzo spłaszczone (0,2-0,4 μm, nieco grubsze w dużych naczyniach), o romboidalnym kształcie (10-15 × 25-100 μm) i wydłużonym jądrze skierowanym zgodnie z długą osią naczynia; w okolicy jądra występuje lokalne zgrubienie cytoplazmy. Cytoplazma jest dość bogata w organele komórkowe, a strukturami najbardziej dla niej charakterystycznymi są liczne pęcherzyki pinocytotyczne, które niekiedy łączą się szeregowo w kanały, przechodzące przez całą grubość komórki. Znajdują się w niej także filamenty aktynowe, pośrednie (wimentynowe i desminowe) oraz specyficzne dla komórek śródbłonkowych w tętnicach, pałeczkowate ciałka Weibela-Palade'a - ziarna wydzielnicze zawierające jeden z czynników krzepnięcia (VIII). W komórkach śródbłonkowych innych naczyń czynnik ten jest również produkowany, ale nie gromadzony w ziarnistościach.

Powierzchnia komórek środbłonkowych skierowana do światła naczynia wykazuje obecność nielicznych, nieregularnie rozmieszczonych mikrokosmków. Glikokaliks pokrywający błonę komórkową posiada obszary różniące się od siebie ładunkiem elektrycznym, co wynika z nierównomiernego rozmieszczenia reszt cukrowcowych o odmiennym charakterze chemicznym i różnej liczbie grup anionowych. Może to decydować o selektywnej przepuszczalności danego rejonu naczynia dla cząsteczek o różnych ładunkach elektrycznych.

Komórki śródbłonka ściśle do siebie przylegają i łączą się za pośrednictwem dość często obserwowanych połączeń międzykomórkowych (strefy zamykające i neksusy). Na terenie naczyń włosowatych obserwuje się często w miejscu styku dwóch komórek śródbłonkowych pojedyncze lub podwójne fałdy cytoplazmatyczne, prawdopodobnie ułatwiające przechodzenie leukocytów przez ścianę naczynia. Niekiedy wypustki komórek śródbłonkowych kierują się w głąb ściany naczynia i kontaktują się z leżącymi poniżej komórkami mięśniowymi (tzw. połączenia mioendotelialne), często wytwarzając w miejscu styku neksus.

Rola śródbłonka nie ogranicza się do tworzenia wyściółki naczyń. Komórki śródbłonkowe pełnią szereg różnorodnych funkcji, istotnych zarówno dla łożyska naczyniowego, jak i dla całego organizmu.

1. Utrzymanie prawidłowego przepływu krwi. Obecność ciągłej pokrywy śródbłonkowej jest niezbędnym warunkiem do utrzymania niezaburzonego przepływu krwi przez naczynie: jej lokalne uszkodzenie - mechaniczne, chemiczne, czy też na skutek procesu chorobowego, np. zaawansowanej miażdżycy - prowadzące do zetknięcia się krwi z głębiej położonymi strukturami ściany naczynia (głównie z kolagenem) powoduje natychmiastową agregację płytek krwi w tym miejscu i zainicjowanie procesu krzepnięcia krwi.

2. Regulacja transportu substancji przez ścianę naczynia. W naczyniach włosowantych komórki śródbłonkowe kontrolują transport substancji wymienianych pomiędzy krwią a tkankami. Fizjologiczne badania przepuszczalności tych naczyń dla substancji o różnej wielkości cząsteczek dowiodły, iż komórki śródbłonka dysponują kilkoma drogami takiego transportu: są to szczeliny międzykomórkowe, okienka (p. dalej), pęcherzyki pinocytotyczne oraz tworzone przez nie kanały. Pinocytoza obserwowana w komórkach śródbłonkowych jest o tyle szczególna, że pęcherzyki pinocytotyczne nie łączą się z lizosomami, lecz przewędrowują do przeciwległej powierzchni komórki i ulegają tam egzocytozie (transcytoza).

3. Produkcja składników istoty międzykomórkowej i substancji biologicznie czynnych. Komórki śródbłonka wykazują bardzo znaczną aktywność metaboliczną: produkują i wydzielają elementy składowe błony podstawnej oraz cały szereg substancji biologicznie czynnych, m.in. śródbłonkowy czynnik wzrostu (VEGF), niezbędny w procesie angiogenezy (wytwarzania nowych naczyń włosowatych).

4. Przemiany substancji wydzielanych lokalnie i krążących w krwi. Komórki śródbłonka zawierają enzymy aktywujące i inaktywujące substancje produkowane przez inne komórki (aktywacja angiotensyny I, inaktywacja noradrenaliny, serotoniny, bradykininy, prostanoidów) oraz ektoenzymy (związane z zewnętrzną powierzchnią błony komórkowej) rozkładające lipoproteidy.

5. Regulacja migracji leukocytów przez ścianę naczynia. Aktywowane (np. mediatorami lokalnego stanu zapalnego) komórki śródbłonkowe ujawniają na swej powierzchni specyficzne transbłonowe cząsteczki - selektyny, integryny i cząsteczki przylegania międzykomórkowego ICAM - umożliwiające zatrzymanie w tym miejscu leukocytów płynących z prądem krwi, a następnie ich przejście przez ścianę naczynia.

9.1.2. Perycyty

Perycyty występują w naczyniach włosowatych i pozawłosowatych, otaczając z zewnątrz śródbłonek, z którego komórkami tworzą połączenie typu neksus. Są to spłaszczone komórki z dwiema głównymi (centralnymi) wypustkami skierowanymi zgodnie z długą osią naczynia, od których odchodzą liczne, regularnie rozmieszczone wypustki drugorzędowe, częściowo lub całkowicie obejmujące obwód naczynia. Cytoplazma perycytów zawiera umiarkowaną ilość organelli, a wypustki obfitują w mikrofilamenty aktynowe. Perycyty otoczone są własną blaszką podstawną, która w miejscu styku z komórkami śródbłonka zlewa się z blaszką podstawną tych komórek.

Perycyty są komórkami bardzo wszechstronnymi:

- wykazują kurczliwość, przez co uczestniczą w regulacji przepływu krwi przez naczynia włosowate,

- syntetyzują składniki substancji międzykomórkowej (blaszki podstawnej),

- wykazują cechy komórek prezentujących antygen,

- charakteryzują się zadziwiającą plastycznością: w procesach przebudowy łożyska naczyniowego związanych z rozwojem, naprawą uszkodzeń i zjawiskami patologicznymi mogą się przekształcać w fibroblasty, chondroblasty, osteoblasty, adipocyty i komórki mięśniowe gładkie.

9.1.3. Komórki mięśniowe gładkie

Występują one praktycznie we wszystkich naczyniach z wyjątkiem naczyń włosowatych. Szczególnie bogato reprezentowane są w tętnicach, gdzie tworzą błony mięśniowe o okrężnym przebiegu. Poza aktywnością skurczową, produkują one i wydzielają białka własnych blaszek podstawnych, a także włókien sprężystych, kolagenowych i srebrochłonnych obecnych w ścianie naczynia oraz składniki macierzy (proteoglikany i glikoproteidy). Główną funkcją komórek mięśniowych gładkich jest regulacja światła naczynia, co decyduje o tak ważnych parametrach fizjologicznych jak ciśnienie krwi i wielkość przepływu krwi przez określone obszary łożyska naczyniowego. Naczyniowe komórki mięśniowe gładkie reagują skurczem lub rozkurczem na substancje sygnałowe uwalniane nie tylko przez naczynioruchowe włókna nerwowe pochodzące z autonomicznego systemu nerwowego, lecz także przez komórki dokrewne i pobliskie komórki śródbłonkowe.

9.1.4. Włókna i macierz tkanki łącznej

W skład strukturalnego rusztowania ściany naczyniowej wchodzą również włókna kolagenowe, szczególnie liczne w żyłach, włókna srebrochłonne oraz włókna sprężyste, zlokalizowane przede wszystkim w tętnicach. Te ostatnie występować mogą w postaci sieci oraz zwartych blaszek sprężystych. Elementom włóknistym towarzyszy macierz i nieliczne komórki tkanki łącznej (głównie fibroblasty).

9.1.5. Warstwowa budowa ściany naczyniowej

Wszystkie tzw. większe naczynia krwionośne (pojęcie to nie obejmuje łożyska naczyń włosowatych oraz jego pogranicza, czyli naczyń przed- i pozawłosowatych) charakteryzuje warstwowa budowa ściany o podobnej ogólnej architektonice. Ścianę takich naczyń (zarówno tętniczych jak i żylnych) można podzielić na 3 warstwy.

A. Warstwa wewnętrzna (tunica intima) zbudowana jest ze śródbłonka i leżącej pod nim luźnej tkanki łącznej, która może zawierać komórki mięśniowe gładkie a także nieliczne fibroblasty.

B. Warstwa środkowa (tunica media), w skład której wchodzą komórki mięśniowe gładkie, włókna lub blaszki sprężyste oraz włókna kolagenowe i srebrochłonne (wzajemne proporcje tych elementów oraz grubość medii zależą od typu naczynia). Warstwa ta, poprzez obecność komórek mięśniowych reguluje wielkość światła naczynia.

C. Warstwa zewnętrzna (przydanka, tunica adventitia), zbudowana jest głównie z plecionki włókien kolagenowych, które przytwierdzają ścianę naczynia do otaczających tkanek (zazwyczaj do tkanki łącznej wiotkiej). W przydance występować mogą także włókna sprężyste, srebrochłonne, komórki tkanki łącznej (fibroblasty, makrofagi, komórki tuczne), a także komórki mięśniowe gładkie i naczynioruchowe włókna nerwowe, które zazwyczaj nie wkraczają na teren medii (neuromediator przedostaje się tam poprzez dyfuzję). W obrębie przydanki dużych naczyń spotyka się tzw. naczynia naczyń (vasa vasorum): wtórną sieć naczyniową odżywiającą ścianę, której grubość uniemożliwia skuteczną dyfuzję gazów i substancji odżywczych z krwi wypełniającej wnętrze naczynia do głębszych warstw. Naczynia te mogą się rozgałęziać w kierunku medii, penetrując zewnętrzną 1/3 jej grubości.

Grubość i wzajemne proporcje poszczególnych warstw ściany zależą od rodzaju naczynia, aczkowiek intima jest przeważnie najcieńsza.

9.2. Naczynia włosowate (kapilary)

Naczynia włosowate cechują się najmniejszą średnicą (od 5 do 10 μm) i najcieńszą ścianą, co umożliwia im pełnienie funkcji selektywnej bariery kontrolującej wymianę gazów i substancji chemicznych pomiędzy krwią a tkankami, a w płucach pomiędzy krwią a powietrzem. Całkowita długość wszystkich naczyń włosowatych w organizmie wynosi ok. 100 000 km, a ich powierzchnia dochodzido 700 m².

9.2.1. Budowa ściany naczynia włosowatego

Ściana typowego naczynia włosowatego zredukowana jest praktycznie do dwóch warstw: śródbłonka i otaczającej go blaszki podstawnej. W części kapilar spotyka się dodatkowo na zewnętrznej powierzchni blaszki podstawnej nieregularnie rozmieszczone perycyty.

9.2.2. Klasyfikacja naczyń włosowatych

Z uwagi na budowę ściany, naczynia włosowate podzielić można na trzy typy.

A. Naczynia włosowate o ścianie ciągłej: posiadają one ciągły, tzn. pozbawiony przerw śródbłonek i ciągłą blaszkę podstawną. W tym typie naczyń włosowatych najczęściej spotyka się perycyty. Z uwagi na ciągłość ściany, naczynia te są najbardziej szczelne, a transport przez ich ścianę najbardziej selektywny. Kapilary o ścianie ciągłej występują m.in. w mięśniach, skórze, płucach i centralnym systemie nerwowym.

B. Naczynia włosowate o ścianie okienkowej (fenestrowanej): cytoplazma komórek śródbłonka poza obszarem zajętym przez jądro jest bardzo ścieńczała (0,05-0,1 μm) i wykazuje obecność licznych, regularnie rozmieszczonych otworków (okienek) o przeciętnej średnicy ok. 70 nm. Otworki te są w większości naczyń przesłonięte białkową błoną (przeponką) o grubości ok. 5 nm, która nie jest jednak kompletna: oglądana z góry ma formę “szprych w kole” - tworzy 6-12 pasm zbiegających się w centrum okienka; między pasmami znajdują się wolne przestrzenie o szerokości ok. 5 nm. Obszar cytoplazmy śródbłonka zaopatrzony w okienka stanowi rejon zwiększonej przepuszczalności, a zatem ułatwionej wymiany substancji pomiędzy krwią a przedziałem pozanaczyniowym. Blaszka podstawna jest ciągła. Naczynia włosowate o ścianie okienkowej znajdujemy w narządach, w których taka wymiana jest szczególnie nasilona: w kosmkach jelitowych, nerce i gruczołach dokrewnych.

C. Naczynia włosowate o ścianie nieciągłej. Ten typ ściany spotykamy w tzw. naczyniach zatokowych - kapilarach o większej niż pozostałe szerokości (od 30 do 50 μm), nieregularnych konturach obfitujących w zwężenia i rozszerzenia i bardzo zróżnicowanej budowie. Nie występują tu perycyty. Naczynia o ścianie nieciągłej charakteryzują się fragmentarycznym, nieciągłym charakterem blaszki podstawnej lub jej całkowitą nieobecnością, a także nieciągłością warstwy śródbłonkowej, w której mogą występować poszerzone szczeliny międzykomórkowe oraz różnej wielkości otwory w cytoplazmie komórek. Z uwagi na opisane własności ściany, naczynia te nie stanowią przeważnie bariery regulującej wymianę substancji pomiędzy krwią a tkankami, bowiem nawet wysokocząsteczkowe związki mogą swobodnie przechodzić przez otwory i szczeliny w ścianie. Co więcej, przez ścianę niektórych zatok odbywa się intensywna migracja komórek - swobodna lub selektywna. Naczynia zatokowe spotykamy w wątrobie, śledzionie i szpiku kostnym i ich szczegółowa budowa została opisana w rozdziałach poświęconych tym narządom.

9.2.3. Prekapilary i postkapilary

Na pograniczu łożyska naczyń włosowatych i systemu tętniczo-żylnego znajdujemy naczynia o ścianie wystarczająco cienkiej dla prowadzenia wymiany, ale o zaznaczonych już cechach tętnic lub żył. Można zatem powiedzieć, że anatomicznie prekapilary i postkapilary zalicza się już do systemu naczyń tętniczych i żylnych, natomiast funkcjonalnie należą jeszcze do łożyska kapilarnego.

Prekapilary (naczynia przedwłosowate) mają średnicę 20-70 μm i na zewnątrz od blaszki podstawnej pojedyncze lub ułożone w grupach po kilka komórki mięśniowe gładkie o okrężnym przebiegu. W obrazie mikroskopu optycznego układ ten daje efekt "krzyżowania się" jąder tych komórek z jądrami komórek śródbłonkowych, ułożonymi zgodnie z długą osią naczynia. W miejscu przejścia prekapilary w kapilarę obserwujemy grupę kilku okrężnych komórek mięśniowych gładkich - jest to zwieracz przedwłosowaty, regulujący przepływ krwi przez zaopatrywany fragment łożyska naczyń włosowatych. Wraz ze wzrostem średnicy prekapilary, liczba komórek mięśniowych stopniowo zwiększa się, aż do momentu utworzenia przez nie ciągłej warstwy. Naczynie takie nazywamy wówczas arteriolą (tętniczką).

Postkapilary (naczynia pozawłosowate) różnią się od naczyń włosowatych większą średnicą i obecnością ciągłej warstwy perycytów, a także pojawieniem się delikatnego, stopniowo grubiejącego mankietu z tkanki łącznej. Gdy mankiet ten jest już wyraźnie widoczny, a perycyty zostają zastąpione przez luźno rozmieszczone okrężne komórki mięśniowe gładkie, postkapilara przechodzi w żyłkę (venula).

Postkapilary i żyłki są szczególnie wrażliwe na mediatory stanu zapalnego i odczynów alergicznych (histamina, bradykinina, prostanoidy). Pod ich wpływem gwałtownie zwiększają przepuszczalność, co prowadzi do lokalnego obrzęku. Odgrywają one istotną rolę w regulacji wymiany płynu pomiędzy łożyskiem naczyniowym a przestrzenią pozanaczyniową. Są ponadto miejscem preferencyjnej migracji leukocytów z przedziału naczyniowego do pozanaczyniowego.

W narządach limfatycznych występują specjalne postkapilary (zwane też żyłkami) o wysokim śródbłonku, stanowiące miejsce przechodzenia limfocytów z krążącej krwi do tkanki limfoidalnej.

9.3. Naczynia tętnicze

9.3.1. Arteriole

Najmniejsze tętniczki o średnicy 70-300 μm i wyodrębnionej trójwarstwowej ścianie nazywamy arteriolami. Zbudowane są one z cienkiej intimy i jedno- do trójwarstwowego układu okrężnie przebiegających komórek mięśniowych gładkich stanowiących medię. Pod intimą można zauważyć początkowo pojedyncze, a potem coraz liczniejsze włókna sprężyste, stopniowo zlewające się w blaszkę sprężystą wewnętrzną. Niezbyt gruba przydanka dopełnia całości ściany. Napięcie mięśniówki arteriol jest głównym czynnikiem decydującym o obwodowym oporze łożyska naczyniowego i związanym z nim tętniczym ciśnieniu krwi.

9.3.2. Tętnice typu mięśniowego

Do tej grupy należy większość naczyń tętniczych: wszystkie tętnice małe i średnie oraz część dużych. Pod cienką intimą znajduje się wyraźnie wyodrębniona blaszka sprężysta wewnętrzna, powodująca w obrazie mikroskopowym charakterystyczne sfałdowanie wewnętrznej powierzchni tętnicy.

Warstwa środkowa ma budowę błony mięśniowej. Składa się z ciasno upakowanych komórek mięśniowych gładkich (do 40 warstw) o spiralnym, okrężnym układzie, którym towarzyszy niewielka ilość włókien sprężystych i drobnych fibryli kolagenowych. Na pograniczu warstwy środkowej i zewnętrznej umiejscowiona jest blaszka sprężysta zewnętrzna, ostro odgraniczona od strony medii i stopniowo rozpraszająca się w obrębie przydanki.

Tętnice typu mięśniowego określamy mianem dystrybucyjnych, gdyż ich znaczna kurczliwość, wynikająca z obfitości elementu mięśniowego w medii, pozwala na regulację rozdziału (dystrybucji) krwi do poszczególnych obszarów unaczynienia: skurcz powoduje zmniejszenie przepływu krwi przez zaopatrywany rejon, rozkurcz zaś ten przepływ nasila.

9.3.3. Tętnice typu sprężystego

Ten typ budowy ściany wykazują duże tętnice bezpośrednio odchodzące od serca lub aorty: tętnice płucne, aorta, tętnice szyjne wspólne, podobojczykowe, biodrowe wspólne. Warstwa wewnętrzna jest znacznie grubsza niż w tętnicach typu mięśniowego; mogą w niej występować fibroblasty i pojedyncze, podłużnie ułożone komórki mięśniowe gładkie. Szeroka warstwa środkowa zajęta jest przez koncentrycznie ułożone blaszki sprężyste o grubości 2-3 μm i okienkowej budowie. W zależności od rodzaju tętnicy i odległości od serca, blaszek tych może być od 10 do 70 (w aorcie). Pomiędzy blaszkami oddalonymi od siebie o 5-15 μm wmontowane są za pośrednictwem fibryli kolagenowych i włókien sprężystych komórki mięśniowe gładkie, których wielkość i liczba maleją w miarę przybliżania się tętnicy do serca. W aorcie spotykamy prymitywne, rozwidlone lub rozgałęzione komórki mięśniowe o długości zaledwie ok. 20 μm. Stosunkowo cienka przydanka wykazuje obecność własnej sieci naczyniowej.

Główną funkcją tętnic typu sprężystego jest amortyzacja amplitudy ciśnień (skurczowego i rozkurczowego) i zamiana przerywanego strumienia krwi wyrzucanego z komór serca na strumień pulsacyjny, lecz ciągły. Część energii wyrzutu krwi z komór magazynowana jest w elastycznej ścianie tętnicy, która się rozszerza; w trakcie rozkurczu energia ta jest oddawana i obkurczenie się tętnicy powoduje dodatkowe "popchnięcie" strumienia krwi na obwód.

9.3.4. Tętnice mieszane

Nieliczne tętnice (szyjna zewnętrzna, pachowa) mają charakter pośredni pomiędzy tętnicami typu mięśniowego a sprężystego: w obrębie medii układ blaszek sprężystych występuje na zmianę z wysepkami okrężnej mięśniówki gładkiej.

9.4. Naczynia żylne

W porównaniu z tętnicami, żyły cechują się z reguły cieńszą ścianą o bardziej zatartej budowie warstwowej i mniejszej zawartości elementu mięśniowego. Najistotniejsze różnice histologiczne pomiędzy tętnicami a żyłami przedstawia tabela 9.2.

9.4.1. Żyłki (venulae)

Żyłki są najmniejszymi naczyniami żylnymi o trójwarstwowej ścianie. Intima ograniczona jest tu do warstwy śródbłonkowej i cienkiego pokładu delikatnej tkanki łącznej, w medii spotykamy 1 lub 2 pokłady luźno ułożonych komórek mięśniowych gładkich o okrężnym przebiegu oraz niewielką ilość włókien kolagenowych i pojedyncze włókna sprężyste, natomiast łącznotkankowa przydanka z reguły pozbawiona jest elementów mięśniowych.

9.4.2. Żyły średnie

Od opisanych powyżej, żyły te różnią się (1) większą średnicą, (2) obecnością pojedynczych komórek mięśniowych gładkich w intimie, (3) nieco grubszą warstwą środkową, w której występuje 2-4 okrężnych pokładów komórek mięśniowych, przeplecionych z podłużnie ułożonymi włóknami kolagenowymi i niewielką ilością włókien sprężystych, oraz (4) stosunkowo grubą przydanką.

9.4.3. Żyły duże

Żyły o dużej średnicy, a zwłaszcza doprowadzające krew bezpośrednio do serca i przebiegające w obrębie klatki piersiowej (żyły próżne, vena cava superior et inferior), charakteryzują się wyraźnie grubszą i bardziej sztywną ścianą (choć w stosunku do średnicy naczynia ściana robi wrażenie cienkiej), w obrębie której dodatkowo znajdujemy podłużnie ułożone mięśnie gładkie: pojedyncze komórki w intimie i dobrze wyodrębnione pęczki w bardzo grubej w stosunku do reszty ściany przydance. To usztywnienie zapobiega zapadaniu się ściany żyły w warunkach panującego w niej okresowo zerowego lub nawet ujemnego ciśnienia krwi, które pojawia się tam fizjologicznie w wyniku "ssącej" fazy pracy serca oraz wzmożonego ciśnienia wewnątrz klatki piersiowej w fazie wydechu.

Najbliższe sercu odcinki żył głównych oraz żył płucnych mają w ścianie przechodzący z serca mięsień sercowy zamiast mięśniówki gładkiej. Żyły płucne mają grubą medię, upodabniającą je do tętnic.

9.4.4. Żyły kończyn dolnych

Żyły zlokalizowane w niektórych obszarach organizmu wykazują odmienne cechy morfologiczne, będące wyrazem szczególnych przystosowań czynnościowych. Przykładem takich wyspecjalizowanych żył są żyły kończyn dolnych, przez które krew musi przepływać wbrew sile ciążenia. Dotyczy to zwłaszcza żył powierzchownych, które nie dysponują zewnętrznymi mechanizmami wspomagającymi przepływ krwi (skurcze otaczających mięśni, pulsowanie przylegających tętnic). Żyły te posiadają grubą, dobrze umięśnioną ścianę, o wyraźnej budowie warstwowej - pod tym względem ich morfologia przypomina raczej tętnice. Gruba intima tworzy poduszeczkowate uwypuklenia i zawiera pęczki komórek mięśniowych gładkich o układzie podłużnym. Intima o bardziej zbitym zrębie łącznotkankowym wytwarza również w niektórych miejscach fałdy wpuklające się do światła naczynia - są to zastawki żylne, zapobiegające cofaniu się słupa krwi pod wpływem siły ciążenia. Obecna jest - aczkolwiek niekompletna - blaszka sprężysta wewnętrzna. Szeroka i dobrze wyodrębniona media zbudowana jest z kilku okrężnych pokładów komórek mięśniowych gładkich, ułożonych w pęczki przeplecione z włóknami kolagenowymi i sprężystymi. W porównaniu z warstwą środkową przydanka jest stosunkowo cienka i wykazuje także obecność komórek mięśniowych gładkich. Żyły te, z uwagi na ich specjalizację czynnościową nazywamy żyłami propulsywnymi (propulsio - popychanie).

9.4.5. Żyły o zredukowanej ścianie

Niektóre naczynia żylne, biegnące w zwartym łącznotkankowym otoczeniu, tracą w części lub w całości swą ścianę. Zanika przede wszystkim media, może również ulec redukcji intima, a przydanka przestaje być wyodrębnioną warstwą. Taka żyła staje się śródbłonkowym kanałem w otaczającej tkance łącznej. Do tej kategorii należą zatoki żylne opony twardej, żyły siatkówki, łożyska i żyły beleczkowe śledziony; podobny charakter mają przestrzenie naczyniowe ciał jamistych i gąbczastych.

9.5. Anastomozy tętniczo-żylne

Końcowe odgałezienia układu tętniczego, małe tętnice i arteriole mogą się łączyć z początkowymi gałązkami żylnymi nie tylko za pośrednictwem sieci naczyń włosowatych, lecz także bezpośrednio, poprzez tzw. anastomozy. Występują one w dwóch odmianach. Typ standardowy to odchodzące od tętnicy naczynie początkowo o charakterze tętniczki (odcinek tętniczy anastomozy), następnie tętniczki z bardzo grubą mięśniową medią (odcinek środkowy, regulacyjny), a w pobliżu żyły przechodzące płynnie w naczynie typu żylnego (odcinek żylny).

W niektórych obszarach organizmu (skóra) anastomozy mają bardziej złożoną morfologię i noszą nazwę kłębków tętniczych. Jest to otoczony łącznotkankową torebką kompleks poskręcanych i często rozgałezionych tętniczek pozbawionych wewnętrznej blaszki sprężystej, natomiast otoczonych szczególnie grubym mankietem z okrężnie ułożonych komórek mięśniowych gładkich o zmodyfikowanej strukturze. Wyglądem przypominają one wielowarstwowy nabłonek, i dlatego określa się je mianem komórek nabłonkowatych (epitelioidalnych).

W obu rodzajach anastomoz warstwa mięśniowa wykazuje obecność licznych zakończeń nerwowych. Anastomozy regulują przepływ krwi przez związane z nimi łożysko naczyń włosowatych: ich zamknięcie powoduje zwiększenie tego przepływu, natomiast otwarcie daje efekt odwrotny. Ma to znaczenie w ogólnej dystrybucji krwi krążącej, a w przypadku skóry i niektórych błon śluzowych (np. dróg oddechowych) stanowi podstawowy mechanizm termoregulacji.

9.6. Struktury sensoryczne układu naczyniowego

Struktury te służą do monitorowania składu chemicznego i ciśnienia krwi, uczestnicząc w regulacji motoryki naczyń, akcji serca i oddychania.

9.6.1. Kłębki szyjne i aortalne

Kłębek szyjny o rozmiarach 3 × 5 mm leży w okołonaczyniowej tkance łącznej rozwidlenia tętnicy szyjnej wspólnej. Zbudowany jest z bogato unaczynionego łącznotkankowego zrębu, w którym znajdują się komórki dwóch typów.

Komórki kłębkowe (I typu), występują w grupach. Mają wypustki kontaktujące się ze ścianami pobliskich naczyń włosowatych i z sąsiednimi komórkami tego samego typu. Ich cytoplazma zawiera organelle typowe dla syntezy i wydzielania białek oraz dwa rodzaje ziarnistości wydzielniczych: liczniejsze ziarna z ciemnym rdzeniem i mniej liczne jasne pęcherzyki. Na powierzchni tych komórek znajdują się zakończenia nerwowe tworzące synapsy o charakterze aferentnym (część presynaptyczna należy do komórki kłębkowej). Komórki kłębkowe są bardzo podobne do komórek rdzenia nadnerczy, a ich ziarna z ciemnym rdzeniem zawierają noradrenalinę, dopaminę i serotoninę.

Komórki osłonkowe (II typu) to zmodyfikowane komórki Schwanna posiadające długie, płaskie wypustki, którymi szczelnie otaczają grupy komórek kłębkowych.

Kłębki szyjne monitorują stężenie tlenu, dwutlenku węgla oraz jonów wodorowych (pH) we krwi, przekazując te informacje do ośrodka oddechowego.

Podobne ciałka, o mniejszych rozmiarach, zlokalizowane przy łuku aorty noszą nazwę kłębków aortalnych.

9.6.2. Zatoka szyjna

Zatoka szyjna jest to rozszerzenie tętnicy szyjnej wewnętrznej tuż nad jej odejściem od t. szyjnej wspólnej. Rozszerzony odcinek charakteryzuje się cienką medią i pogrubiałą przydanką, w której znajdują się liczne czuciowe zakończenia nerwowe. Reagują one na rozciąganie ściany, monitorując w ten sposób ciśnienie krwi.

9.7. Serce

Zarówno pod względem ciągłości morfologicznej, jak i funkcji, serce jest częścią układu naczyniowego, a budowa jego ściany jest przedłużeniem warstwowej struktury ściany naczyniowej. Odpowiednikami intimy, medii i przydanki są tu wsierdzie, śródsierdzie i nasierdzie.

Wsierdzie (endocardium) wyścielone jest od wewnątrz ciągłym śródbłonkiem spoczywającym na typowej błonie podstawnej. Pod śródbłonkiem znajduje się warstwa wiotkiej tkanki łącznej z włóknami kolagenowymi, sprężystymi i nielicznymi komórkami mięśniowymi gładkimi. W obrębie tej tkanki łącznej wyróżnia się takżę warstwę podwsierdziową zawierającą naczynia włosowate, włókna nerwowe a niekiedy również (w ścianach komór) komórki układu przewodzącego. Fałdami wsierdzia są zastawki, zbudowane ze zbitej tkanki łącznej pokrytej śródbłonkiem. Ich wolne brzegi przymocowane są do mięśni brodawkowatych strunami ścięgnistymi utworzonymi przez pęczki włókien kolagenowych.

Śródsierdzie (myocardium) zbudowane jest z komórek roboczych mięśnia sercowego tworzących przestrzenną sieć. Oczka tej sieci wypełnione są przez bardzo gęsty układ naczyń włosowatych, którym towarzyszy niewielka ilość tkanki łącznej wiotkiej. W tkance łącznej znajdują się również skupiska i pęczki komórek układu bodźcotwórczo-przewodzącego. Jedynym większym skupiskiem tkanki łącznej, tym razem o włóknistym, zbitym charakterze, jest tzw. szkielet serca, w skład którego wchodzą pierścienie włókniste wokół zastawek, trójkąty włókniste i przegroda błoniasta obecna w górnej części przegrody międzykomorowej.

Nasierdzie, stanowiące równocześnie blaszkę trzewną worka osierdziowego, zbudowane jest z tkanki łącznej obfitującej w włókna kolagenowe i sprężyste. Można tu spotkać pojedyncze adipocyty lub niewielkie skupienia tkanki tłuszczowej. Od strony jamy osierdziowej nasierdzie wyścielone jest międzybłonkiem (mezotelium) - nabłonkiem jednowarstwowym płaskim, ocechach morfologicznych zblizonych do śródbłonka, który pokrywa także od wewnątrz blaszkę ścienną worka osierdziowego.

Międzybłonek wyściela również inne jamy ciała: opłucnową i otrzewnową. Jego komórki wytwarzają substancję białkowo-fosfolipidową bardzo podobną do surfaktantu produkowanego w pęcherzykach płucnych (p. rozdz. 11.7.1), która ułatwia “ślizganie się” obu blaszek osierdzia (a także opłucnej i otrzewnej) względem siebie i zapobiega uszkodzeniom mechanicznym. Pod wpływem czynników patogennych komórki międzybłonka produkują i wydzielają mediatory procesu zapalnego i substancje pobudzające napływ komórek uczestniczących w tym procesie (interleukiny, czynniki chemotaktyczne dla leukocytów, cząsteczki przylegania międzykomórkowego).

Podobną budowę do nasierdzia ma blaszka ścienna worka osierdziowego.

1

---