10.10.2009

TKANKA MIĘŚNIOWA

Romuald Wojnicz

Komórki mięśni szkieletowych powstają z fragmentów mezodermy zwanych miotomami. Komórki miotomów przekształcają się w prekursory komórek mięśniowych zwane mioblastami. W dalszym etapie embriogenezy każde włókno mięśniowe powstaje przez połączenie się tych komórek (mioblastów). W czwartym tygodniu rozwoju zarodkowego mioblasty ulegają fuzji, tworząc miotubule. W miotubulach dochodzi do wytworzenia filamentów - miozynowych i aktynowych.

Mioblasty, które nie uległy fuzji, tworzą macierzyste komórki mięśni szkieletowych, zwane komórkami satelitarnymi. Komórki te znajdują się w stanie spoczynku i uaktywniają się w razie potrzeby (regeneracja mięśnia po uszkodzeniu, intensywne treningi). Wzrost mięśni odbywa się poprzez zwiększenie liczby miotubuli oraz poprzez zwiększenie ich masy.

Wyróżnia się cztery typy komórek, które posiadają zdolność kurczenia się:

• Komórki mięśniowe

• Pericyty

• Komórki mioepitelialne

• Miofibroblasty

Wyróżnia się następujące rodzaje tkanki mięśniowej:

• Tkankę mięśniową poprzecznie prążkowaną szkieletową

• Tkankę mięśniową poprzecznie prążkowaną sercową

• Tkankę mięśniową gładką niewykazującą poprzecznego prążkowania

Zarówno tkanka mięśniowa szkieletowa jak i tkanka mięśniowa mięśnia sercowego wykazują w mikroskopie świetlnym charakterystyczne prążkowanie związane z wzajemnym, naprzemiennym ułożeniem się filamentów grubych i cienkich (patrz poniżej)

Cechami histologicznymi wspólnymi dla całej tkanki mięśniowej są:

• Mezodermalne pochodzenie

• Obecność elementów kurczliwych zwanych miofibrylami które zbudowane są z białek kurczliwych zwanych miofilamentami.

• Wydłużony kształt komórek równoległy do osi kurczliwej.

• Obecności w cytoplaźmie (sarkoplaźmie) licznych mitochondriów

Cechy histologiczne różnicujące tkankę mięśniową ujęto w tabeli 1 (Tabela 1)

W stosunku do tkanki mięśniowej zwyczajowo stosuje się specjalne nazwy wywodzące się z języka greckiego, które opisują poszczególne jej składniki. Cytoplazma komórek mięśniowych nazywana jest sarkoplazmą, błona komórkowa - sarkolemą, a siateczka śródplazmatyczna - siateczką sarkoplazmatyczną (gr. sarkon - mięso).

BUDOWA STRUKTUR KURCZLIWYCH

Głównym składnikiem cytoplazmy komórki mięśniowej są włókienka kurczliwe zwane miofibrylami (Ryc. 1). Miofibryle zbudowane są z pęczków białek kurczliwych zwanych miofilamentami, wśród których wyróżniamy:

• Miofilamenty cienkie zbudowane z aktyny F, tropomiozyny oraz kompleksu troponiny.

• Miofilamenty grube zbudowane z miozyny II. Każdy miofilament gruby składa się z od 200 do 300 cząstek miozyny II.

Miofilament cienki składa się z dwóch łańcuchów polipeptydowych noszących nazwę aktyny F zwiniętych w α-helisę i zbudowanych z kulistych podjednostek aktyny zwanych aktyna G. Z jednej strony włókno aktynowe wiążę się przy pomocy białka α-aktyniny z białkami lini graniczej Z a z drugiej strony, na wysokości prążka M (patrz niżej) jest stabilizowane białkiem przykrywającym aktynę (ang.: actin-capping protein). Każda cząstka G-aktyny ma miejsce wiążące dla miozyny. W regularnych odstępach z α-helisą łączą się tropomiozyna i kompleks troponinowy. Tropomiozyna jest długim, dwufibrylarnym białkiem, które owija się dookoła filamentu aktynowego, powodując jego stabilizację i usztywnienie. Drugim białkiem odgrywającym kluczową rolę w regulacji skurczu mięśnia jest troponina. Stanowi ona kompleks białkowy składajacy się z trzech białek: troponiny C, troponiny T oraz troponiny I. Troponina C jest najmniejszą podjednostką kompleksu i wiążę się z jonami wapniowymi zapoczątkowując tym samym fazę aktywacji skurczu. Jest ona obecna jedynie w mięśniach poprzecznie prążkowanych. Troponina T wiąże cały kompleks troponinowy z tropomiozyną, natomiast troponina I będąc związana z aktyną hamuje tym samym interakcję aktyny z miozyną. W stanie spoczynku tropomiozyna oraz kompleks troponinowy maskują miejsca wiążące miozynę na nici F-aktyny.

Miofilament gruby tworzy miozyna II. W skład włókna miozynowego wchodzą dwa łańcuchy ciężkie oraz cztery łańcuchy lekkie połączone z główką miozyny. Dwa łańcuchy lekkie stanowią miozynę lekką strukturalną natomiast pozostałe dwa miozynę lekką regulatorową. Fosforylacja przez enzym kinazę regulatorowego łańcucha lekkiego miozyny inicjuje skurcz komórki mięśniowej gładkiej.

Główka miozyny ciężkiej posiada dwa miejsca wiążące, jedno dla cząstki ATP a drugie dla aktyny, co stanowi strukturalno-czynnościowe podłoże wzajemnego oddziaływania miozyny i aktyny.

Podstawową jednostką czynnościowo-strukturalną miofibryli jest sarkomer (Ryc. 2). Jego długość w fazie relaksacyjnej mięśnia szkieletowego wynosi około 2-3μm. Sarkomer stanowi układ włókien aktynowych, miozynowych oraz białek dodatkowych sarkomeru ograniczony liniami granicznymi Z. W mikroskopie obserwujemy regularnie, naprzemiennie występujące krążki ciemne i jasne. W świetle spolaryzowanym krążki ciemne wykazują dwułomność (anizotropię) i dlatego nazywane są prążkami A, krążki jasne natomiast wykazują znikomą dwułomność, czyli są izotropowe, i stąd są określane jako prążki I. Prążek A jest podzielony w swojej części środkowej jaśniejszą linią zwaną prążkiem H oraz przedzielającą ten prążek linią M. Głównym składnikiem prążka H jest enzym kinaza kreatynowa, która katalizuje tworzenie się ATP z ADP i fosfokreatyny. W trakcie skurczu prążek ten ulega znacznemu zawężeniu.

Sarkomer obejmuje dwie połowy prążka I oraz cały prążek A. W prążku I znajdują się głównie filamenty aktynowe (cienkie), natomiast w prążku A występują zarówno filamenty aktynowe jak i leżące równolegle między nimi filamenty miozynowe (grube).

Obok tropomiozyny i troponiny, wśród dodatkowych białek pozostających w łączności z filamentami aktyno-miozynowymi zaangażowanymi w czynność sarkomeru wyróżniamy między innymi:

• α-aktynina, białko zlokalizowane w obrębie lini Z, wiążące aktynę i tym samym utrzymujące równoległe ułożenie pęczków miofilamentów aktynowych w osi równoległej

• Tinina (konektyna). Białko to jest trzecim, po aktynie i miozynie białkiem aparatu kurczliwego komórki mięśniowej poprzecznie prążkowanej. Tinina jest także jednym z największych białek spotykanych w naturze (>3MDa). Jest to długie i sprężyste białko, które biegnąc równolegle do miofilamentów łączy końce filamentów grubych z liniami Z. Skutkiem tego filamenty miozynowe utrzymują odpowiednie położenie względem filamentów cienkich.

• Nebulina, długie, nieelastyczne białko przyczepione do linii Z i biegnące równolegle do filamentów cienkich. Białko to pomaga α-aktyninie wiązać filamenty aktynowe do linii Z a także reguluje długość filamentów cienkich.

• Tropomodulina. Jest to małe białko przyczepione do wolnego końca filamentu aktynowego i regulujące jego długość.

• Desmina. Filamenty desminowe należą do filamentów pośrednich. Białko to tworzy potrójną nić przebiegającą prostopadle do przebiegu sarkomeru łącząc poszczególne miofibryle na poziomie prążka Z. Desmina zakotwicza miofbryle do sarkolemmy w jej wyspecjalizowanym obszarze zwanym kostamerem.

• Dystrofina jest białkiem o dużej masie cząsteczkowej wzmacniającym i stabilizującym sarkolemmę podczas fazy skurczu komórki mięśniowej poprzez tworzenie łącza pomiędzy cytoszkieletem a macierzą zewnątrzkomórkową. Dystrofina wchodzi w skład kompleksu białek określanego jako związany z dystrofiną kompleks białkowy (ang.: dystrophin-associated protein complex). Kompleks ten obejmuje oprócz dysfrofiny także kompleks dystroglikanu (ang.: dystroglycan complex) oraz kompleks sarkoglikanu (ang.: sarcoglycan complex). Mutacja w genie dystrofiny powoduje powstanie patologii zwanej dystrofią mięśniową Duchenna (patrz: aspekty kliniczne)

• Miomezyna. Białko związane z miozyną i występujące w rejonie linii M. Leżąc prostopadle do przebiegu filamentów miozynowych utrzymuje je w odpowiednim ułożeniu.

• Proteina C. Podobnie jak miomezyna, białko C ma podobny przebieg oraz związane jest z filamentami miozynowymi. Białko to łączy filamenty miozynowe pomiędzy sobą.

BUDOWA TKANKI MIĘŚNIOWEJ POPRZECZNIE PRĄŻKOWANEJ

Tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana szkieletowa składa się z długich cylindrycznych oraz wielojądrzastych komórek zwanych włóknami stanowiących swoiste syncytium. Ich długość może dochodzić do kilkudziesięciu centymetrów, a średnica waha się od 10 do 100 μm. Stosunkowo nieduże jądra ułożone są tuż pod sarkolemą. Liczba jąder w poszczególnych komórkach może się wahać od kilkuset do nawet kilku tysięcy. Miofibryle o średnicy 1-2 μm tworzą pęczki o ułożeniu równoległym do osi komórki.

Cechą charakterystyczną komórek mięśni szkieletowych jest obecność w sarkoplazmie bardzo dobrze rozwiniętej sieci siateczki śródplazmatycznej gładkiej. Tworzy ona system podłużnie przebiegających kanalików oplatających każdą niofibrylę. W końcowym swym przebiegu, w rejonie kanalików T będących wpukleniami sarkolemmy, kanaliki te ulegają poszerzeniu tworząc cysterny brzeżne. Są one rezerwuarem jonów wapniowych związanych z białkiem kalsekwestryną. Układ dwóch cystern brzeżnych i przebiegającego pomiędzy nimi kanalika T nosi nazwę triady mięśniowej. Kanaliki T w komórkach mięśni szkieletowych przebiegają na granicy prążka A i I. W błonie cystern brzeżnych znajdują się kanały dla jonów Ca²+, które są otwierane w następstwie zmian potencjału elektrycznego. Oprócz dobrze rozwiniętej siateczki sarkoplazmatycznej w cytoplazmie włókien mięśniowych znajdują się liczne mitochondria (sarkosomy).

Na powierzchni komórki mięśniowej znajdują się małe, otoczone własną błoną podstawna komórki satelitarne o małym stopniu zróżnicowania. Posiadają one zdolność przekształcania się w pełni zróżnicowane włókno mięśniowe w przypadku uszkodzenia tkanki mięśniowej.

Zarówno indywidualne włókna jak i ich pęczki otacza tkanka łączna odpowiedzialna zarówno za utrzymaniu struktury mięśnia jak i warunkująca przenoszenie siły fizycznej wytworzonej w trakcie skurczu na układ ścięgnisto-szkieletowy. Ponadto w tkance tej lokalizują się naczynia oraz włókna nerwowe. W zależności od lokalizacji i relacji do tkanki mięśniowej tkankę łączną określamy jako:

• Namięsną (epimysium) otaczającą cały mięsień

• Omięsną (perimysium) otaczającą poszczególne pęczki mięśniowe

• Śródmięsną (endomysium) stanowiącą rusztowanie łącznotkankowe zbudowane głownie z kolagenu III typu otaczające pojedyncze włókna mięśniowe.

Tradycyjny podział włókien mięśniowych oparty jest na szybkości skurczu oraz aktywności enzymów oksydacyjnych, głównie dehydrogenazy bursztynianowej, dzieląc włókna na:

• Białe, cechujące się większą średnicą, większą zawartością miofibryli, mniejszą zawartością mioglobiny oraz ilością mitochondriów a także mniejszym udziałem sarkoplazmy w budowie komórek. Włókna te szybciej się kurczą dysponując dużą siła skurczu (mięśnie ramion) oraz znaczną precyzją (mięśnie palców). Włókna te szybciej ulegają znużeniu.

• Czerwone, o mniejszej średnicy, wyższej zawartości mioglobiny oraz liczbie mitochondriów a także bogatsze w siateczkę sarkoplazmatyczną. Włókna te wolniej się kurczą, ale jednocześnie trudniej ulegają znużeniu. Włókna czerwone występują w dużej liczbie w mięśniach gałki ocznej i mięśniach oddechowych oraz mięśniach grzbietu.

• Pośrednie, mają cechy pośrednie obu powyższych typów włókien.

Obecna klasyfikacja opera się zarówno na szybkości skurczu, szybkości reakcji katalizowanej przez ATP-azę miozynową, jak i profilu metabolicznym. W oparciu o tą klasyfikację włókna mięśniowe poprzecznie prążkowane dzielimy na:

• Typ I o wolnej glikolizie tlenowej (ang.: slow oxidative fibers) odpowiadają charakterystyce cytologicznej włókien białych

• Typ IIa o szybkiej glikolizie tlenowej (ang.: fast oxidative glycolytic fibers). W odróżnieniu od włókien typu I zawierają dużą ilość glikogenu i i tym samym są zdolne do glikolizy beztlenowej.

• Typ IIb (ang.: fast glycolytic fibers) cechują się wysoką aktywnością enzymów glikolizy beztlenowej natomiast niską enzymów utleniania tlenowego. Aktywność ATP-azy miozynowej w tych włóknach jest największa ze wszystkich trzech typów. Dość gwałtownie włókna te ulegają zmęczeniu w rezultacie szybkiego wzrostu stężenia kwasu mlekowego.

Należy podkreślić, iż wszystkie trzy typu obecne są w każdym mięśniu poprzecznie prążkowanych w różnych proporcjach.

POŁĄCZENIE NERWOWO-MIĘŚNIOWE ORAZ MECHANIZM SKURCZU MIĘŚNIA POPRZECZNIE PRĄŻKOWANEGO

Zmielinizowane włókna nerwowe docierając do włókna mięśniowego tracą swą osłonkę mielinową. Już jako włókna bezmielinowe otoczone komórkami Schwanna penetrują w głąb włókien mięśniowych i przylegając do sarkolemy tworzy płytkę ruchową (motoryczną). Tworzy się ono poprzez wpuklenie sarkolemy która otacza buławkę zakończenia nerwowego. W miejscu przylegania dochodzi do zlania się błon podstawnych komórki Schwanna oraz sarkolemmy. W obrębie zakończenia nerwowego występują liczne pęcherzyki zawierające neuroprzekaźnik - acetylocholinę. Dotarcie impulsu (potencjał czynnościowy) drogą włókna nerwowego do części presynaptycznej powoduje uwolnienie acetylocholiny, która łącząc się z jej receptorami w części postsynaptycznej powoduje otwarcie się kanałów sodowych związanych z receptorami acetylocholinowymi i przejście impulsy (fali depolaryzacji) na sarkolemę. Dotarcie impulsu do kanałów wapniowych typu L (ang.: L-type voltage-sensitive Ca²⁺ channel) zlokalizowanych głównie w obrębie błony kanalików T wywołuje ich zmiany konformacyjne. W rezultacie dochodzi do aktywacji receptorów ryanodynowych (ang.: ryanodine-sensitive Ca²⁺ channel) siateczki sarkoplazmatycznej, szczególnie licznych w obrębie cystern brzeżnych z następowym uwolnieniem jonów wapniowych do sarkoplazmy. Jony wapniowe są następnie wiązane z troponiną C, co inicjuje skurcz mięśnia. Powrót jonów wapniowych do siateczki sarkoplazmatycznej jest uzależniony od ATP-azy zależnej od jonów wapniowych (ang.: Ca²⁺-dependent ATPase). Wewnątrz światła siateczki sarkoplazmatycznej jony wapniowe są wiązane z białkiem kalsekwestryną.

Stymulację cholinergiczną przerywa acetylcholinesteraza, enzym rozkładający acetylocholinę na cholinę i kwas octowy.

Troponina C, wiążąc jony wapniowe zmienia swą konfigurację i przesuwa tropomiozynę, która odsłania miejsce wiązania miozyny na helisie aktyny. Aktyna może wtedy związać się z miozyną. Związanie wyżej wymienionych białek uaktywnia ATP-azową właściwość główek miozyny. Przejściowo związany z miozyną ATP ulega hydrolizie, a część wyzwolonej energii obraca aktynę, powodując wsunięcie się filamentów aktynowych pomiędzy miozynowe, co powoduje skurcz komórki mięśniowej. Sekwencyjność tego procesu obejmuje 5 faz (Ryc. 3):

• Faza pierwsza (początkowa), w której główka miozyny jest silnie związana z cząstką aktyny filamentu cienkiego. W tej fazie ATP jest nieobecne w obrębie główki miozyny.

• Faza druga jest związana z przyłączeniem się cząstki ATP do główki miozyny, co wyzwala jej zmiany konformacyjne w obrębie miejsca wiążącego aktynę. W rezultacie główka miozyny traci kontakt z aktyną filamentu cienkiego.

• Faza trzecia jest powodowana hydrolizą związanego ATP z wytworzeniem się ADP oraz uwolnieniem nieorganicznego fosforanu. Oba te produkty pozostają jednak związane w główką miozyny. W tej fazie główka miozyny (dzięki energii z hydrolizy ATP) przesuwa się względem aktyny o około 5nm.

• Faza czwarta jest następstwem uwolnienia fosforanu z główki miozyny z następowym jej słabym związaniem z nowym miejscem wiążącym na aktynie. Skutkiem tego jest pojawienie się reakcji mechanicznej. W rezultacie uwolnienia fosforanu dochodzi do wzrostu powinowactwa aktyno-miozynowego a po drugie główka miozyny generuje siłę powodującą powrót główki do pozycji sprzed skurczu. Faza czwarta jest główną fazą skurczu. Podczas tej fazy miozyna uwalnia ADP.

• Faza piąta wynika z ponownego silnego związania się główki miozyny z nowym miejscem wiążącym na aktynie i cykl się powtarza.

Pojedynczy neuron może unerwiać nawet kilkaset włókien mięśniowych tworząc jednostkę motoryczną.

Mięśnie szkieletowe podlegają woli człowieka, tylko nieliczne z nich podlegają kontroli układu autonomicznego. Są nimi: mięśnie ucha środkowego, niektóre włókna mięśni oddechowych, mięsień opuszkowo-jamisty, kulszowo-jamisty, mięsień dźwigacz jądra oraz część włókien mięśni przełyku.

POŁĄCZENIE MIĘŚNIOWO-ŚCIĘGNISTE

Zakończenie włókna mięśniowego przechodzącego w ścięgno ma specyficzną budowę związaną z obecnością licznych podłużnych wypustek, które zwielokrotniają powierzchnię styku włókna z tkaną łączną ścięgnistą. Ma to istotne znaczenie fizjologicznie gdyż siła skurczu zostaje równomiernie rozłożona na powierzchnię połączenia mięśniowo-ścięgnistego.

WRZECIONO MIĘŚNIOWE

Wrzeciono mięśniowe stanowi wyspecjalizowaną strukturę sensoryczną odbierającą informację o sile skurczu i napięciu mięśnia. Jest ono zbudowane z dwóch typów zmodyfikowanych komórek mięśniowych (ang. intrafusal fibers) zwanych komórkami wrzecionowatymi w ilości od 2 do 14 (ang.: spindle cells), zakończeń nerwowych oraz torebki. Komórki te są znacznie krótsze niż komórki robocze (ang.: extrafusal fibers), ich długość nie przekracza 10mm. Wrzeciono mięśniowe jest unerwione przez liczne włókna nerwowe czuciowe oraz niewielką ilość zakończeń nerwowych ruchowych typu gamma. Zakończenia czuciowe lokalizują się w obrębie części środkowej komórek wrzecionowatych. Wrzeciona mięśniowe są szczególnie liczne w mięśniach wykonujących precyzyjne ruchy takich jak mięśnie okoruchowe czy mięśnie dłoni.

MIĘSIEŃ SERCOWY

Mięsień sercowy zbudowany jest z komórek zwanych włóknami mięśniowymi (kardiomiocytami). Główną funkcją włókna mięśniowego jest utrzymywanie cyklu skurcz-rozkurcz. Włókno mięśnia sercowego jest pod wieloma względami podobne do włókna mięśnia szkieletowego. W odróżnieniu od mięśnia szkieletowego komórka mięśnia sercowego ma natomiast jedno lub dwa jądra, leżące w częściach środkowych komórki. Długość poszczególnych komórek nie przekracza 200 μm, a średnica wynosi około 30 μm. Charakterystyczną cechą komórek mięśniowych serca jest zmienność średnicy ich przekrojów widoczna w mikroskopii świetlnej szczególnie w przekrojach poprzecznych.

Aparat kurczliwy komórki mięśniowej serca jest zbudowany analogicznie do komórki mięsni szkieletowych. Miofilamenty zorganizowane są w typowe sarkomery, jednak ułożenie miofilamentów we włókienka kurczliwe jest mniej regularne niż we włóknie mięśnia szkieletowego. Sarkomery zajmują około połowy objętości komórki. Krążki sarkomerów leżą w płaszczyznach poprzecznych do długich osi komórki. Utrzymanie krążków sarkomerów w tych płaszczyznach zapewnia układ filamentów pośrednich. Rozmieszczone są one podobnie jak w komórkach mięsni szkieletowych. W sarkoplazmie występują mitochondria wykazujące ścisły kontakt z miofibrylami, tubule poprzeczne, siateczka sarkoplazmatyczna, filamenty pośrednie, aparat Golgiego, krople tłuszczu i ziarenka glikogenowe, które są znacznie liczniejsze niż w komórkach mięśni szkieletowych. Komórki mięśniowe sercowe należą do najlepiej wyposażonych w mitochondria komórek organizmu. Najsłabiej rozwiniętymi organellami w komórkach mięśnia sercowego są lizosomy.

Komórki mięśniowe sercowe komór i przedsionków są jednakowo zbudowane pod względem jakościowym, różnice dotyczą przede wszystkim cech ilościowych. Komórki mięśniowe przedsionków są krótsze i węższe, mają słabiej rozwinięta siateczkę sarkoplazmatyczną a także bardziej rozbudowany aparat Golgiego. Na wysokości linii granicznej Z sarkomeru lokalizują się wpuklenia sarkolemy zwane kanalikami T (Ryc. 3). Wraz z cysternami brzeżnymi sarkolemy tworzą one diadę. W odróżnieniu od mięśnia szkieletowego, w mięśniu sercowym na jeden sarkomer przypada jeden kanalik T. Jak schematycznie przedstawiono na rycinie 3, diada ma podstawowe znaczenie w mechanizmie skurczu komórki mięśnia serca (Ryc.4).

Część komórek mięśniowych przedsionkowych dysponuje małymi ziarnistościami przedsionkowymi o średnicy 0.3 - 0.4μm zawierającymi przedsionkowy peptyd natriuretyczny. Komórki te noszą nazwę komórek mioendokrynnych (patrz: układ krążenia).

Włókna mięśnia serca połączone są ze sobą swoimi biegunowymi powierzchniami. Miejsca tych połączeń nazywamy wstawkami (ang.: intercalated disks). Stanowią one wysoko wyspecjalizowane połączenia międzykomórkowe łączące pojedyncze, o różnej długości, komórki mięśniowe. Powoduje to, iż przebieg wstawki jest nieregularny, często schodkowy. Dzięki zastosowaniu mikroskopii elektronowej wykazano, że błony komórkowe sąsiadujących ze sobą komórek mięśnia serca tworzą w obrębie wstawek kilka rodzajów połączeń międzykomórkowych. Są nimi połączenia szczelinowe (neksus), połączenia ścisłe (obwódki zwierające) oraz desmosomy. Połączenia szczelinowe umożliwiają przepływ jonów między kardiomiocytami, dlatego przypisuje się im zasadniczą rolę w szybkim przepływie impulsów elektrycznych z komórki do komórki. Występowanie tych połączeń w obrębie wstawek wyjaśnia, dlaczego mięsień sercowy składając się z wielu włókien zachowuje się jak jedna jednostka czynnościowa. Połączenia ścisłe oraz desmosomy służą mechanicznemu spajaniu włókien serca.

W mięśniu sercowym nie znaleziono komórek odpowiadających komórkom satelitarnym mięśni szkieletowych. Wykazano jednak, że w sercu człowieka występuje populacja komórek, która zachowała zdolności podziałów. Jest ona jednak na tyle mała, że przyjmuje się, iż mięsień sercowy nie może się regenerować, a miejsca martwicy mięśnia serca zastępuje tkanka łączna.

Mięsień sercowy jest bardzo silnie unaczyniony, przy czym sieć naczyń włosowatych jest dwukrotnie gęstsza niż w mięśniu szkieletowym. Mięsień sercowy zawiera liczne włókna nerwowe bezmielinowe, które należą do układu autonomicznego. Pomiędzy komórkami sercowymi występują też komórki mięśniowe posiadające właściwości endokrynne.

KOMÓRKI UKŁADU BODŹCOPRZEWODZĄCEGO

Układ przewodzący serca zbudowany jest z włókien mięśniowych wyspecjalizowanych w wytwarzaniu i przewodzeniu bodźców skurczowych dla mięśnia sercowego. Układ ten pełni rolę podobną do układu nerwowego, posiadając jednocześnie cechy budowy tkanki mięśniowej. Włókna tego układu posiadają włókienka kurczliwe (w mniejszej ilości niż w włóknach roboczych mięśnia), dobrze rozwiniętą sarkoplazmę i siateczkę sarkoplazmatyczną oraz wstawki. W mięśniówce komór układ przewodzący serca zbudowany z komórek, zwanych od nazwiska ich odkrywcy komórkami lub włóknami Purkinjego. Wyróżniamy dwa typy tych komórek:

• Typ I ma średnicę 3-5 razy większą od średnicy komórki mięśniowej sercowej, duże pęcherzykowate jądra komórkowe, które leżą w grupach po kilka w części centralnej komórki.

• Typ II ma średnicę około 2 razy większą od średnicy komórki mięśniowej sercowej, pojedyncze jądro oraz włókienka mięśniowe umieszczone zarówno na obwodzie jak i w części centralnej włókna.

Bodźce skurczowe docierają drogą włókien układu przewodzącego do komórek mięśnia sercowego, a następnie przechodzą szybko od komórki do komórki mięśniowej dzięki istnieniu między nimi połączeń szczelinowych. Komórki układu przewodzącego serca łączą się wstawkami zarówno pomiędzy sobą, jak i z komórkami mięśniowymi sercowymi.

TKANKA MIĘŚNIOWA GŁADKA

BUDOWA KOMÓREK MIĘŚNI GŁADKICH

Tkanka mięśniowa gładka występuje najczęściej w postaci pasm w wielu narządach wewnętrznych m.in. w ścianach naczyń krwionośnych, a także w ścianie przewodu pokarmowego, drogach oddechowych, układzie moczowym, w ścianach przewodów wyprowadzających dużych gruczołów, w torebkach niektórych narządów, w skórze i w oku. Komórki mięśni gładkich unerwione są przez włókna układu autonomicznego.

Tkanka mięśniowa gładka zbudowana jest z komórek mięśniowych (miocytów) o kształcie wrzecionowatym. W najgrubszej, środkowej części komórki położone jest jądro komórkowe, którego kształt zależy od stanu czynnościowego komórki. W czasie skurczu jądro może się zwijać i fałdować. Długość miocytów waha się pomiędzy 20 a 200μm ale może dochodzić nawet do 500 μm (ściana macicy w przebiegu ciąży), a średnica w najszerszym miejscu do 10 μm. Sarkolema komórki mięśniowej gładkiej wytwarza liczne wgłobienia nazywane jamkami. Mają one kształt bańki, której węższa część otwiera się na powierzchni komórki, zaś część rozszerzona znajduje się głębiej w cytoplazmie. Twory te są uważane za odpowiedniki kanalików T komórek mięśni poprzecznie prążkowanych. Zakłada się, że biorą one udział w przenoszeniu sygnału skurczowego z powierzchni komórki w głąb cytoplazmy, podobnie jak w komórkach tkanki mięśniowej prążkowanej czynią to tubule poprzeczne. Komórki mięśniowe gładkie są połączone ze sobą za pośrednictwem połączeń szczelinowych (nexus), które kontrolują przepływ małych cząstek w tym jonów między komórkami, umożliwiając tym samym synchroniczny skurcz tych komórek.

Komórki mięśniowe gładkie posiadają aparat kurczliwy pod postacią filamentów aktynowych i miozynowych oraz cytoszkielet składający się z filamentów pośrednich desminy oraz vimentyny. Ta druga cechuje naczyniowe komórki mięśniowe gładkie. Filamenty cienkie są w cytoplazmie umocowane do taśm gęstych lub ciałek gęstych. Są one w mikroskopie elektronowym widoczne jako bezpostaciowe, elektronogęste struktury umieszczone w sarkoplaźmie. W ich skład wchodzą białka takie jak α-aktynina mocujące filamenty cienkie w cytoszkielecie komórki. Elementami aparatu kurczliwego komórki są:

• Filamenty cienkie zawierające aktynę, tropomiozynę oraz dwa białka specyficzne dla komórek mięśniowych gładkich: kaldesmon oraz kalponinę. Oba powyższe białka związane z aktyną blokują miejsca aktynowe wiążące miozynę. Są one zależne od jonów wapniowych i kontrolowane fosforylacją główki miozyny.

• Filamenty grube zawierają miozynę II. Zawiera ona dwa łąńcuchy ciężkie oraz cztery lekkie, ale w odróżnieniu od mięśni szkieletowych ma ona inną orientację przestrzenną (jednokierunkową).

Szereg innych białek związanych jest z aparatem kurczliwym. Wśród nich wymienić należy kinazę łańcuch lekkiego miozyny, α-aktyninę oraz kalmodulinę. Kalmodulina pełni szczególną funkcję gdyż jest 17-kilodaltonowym białkiem wiążącym jony Ca²⁺ analogicznie do troponiny C mięśni szkieletowych. Białko to reguluje także stężenie jonu wapniowego w komórce. Skurcz komórki mięśniowej jest stymulowany wieloma czynnikami takimi jak bodźce mechaniczne, elektryczne oraz chemiczne. Czynniki te powodują przejściowy wzrost stężenia jonów wapniowych w sarkoplaźmie komórek mięśniowych i zapoczątkowanie reakcji skurczowej. Proponuje się następującą sekwencyjność tego procesu:

• W pierwszej fazie dochodzi do wzrostu stężenia jonów Ca²⁺ w następstwie pobudzenia komórki. Jony te pochodzą w większości z zewnątrz komórki gdyż ona sama nie posiada wystarczającego ich rezerwuaru jak komórka szkieletowa.

• Jony Ca2+ są następnie wiązane z kalmoduliną tym samym aktywując to białko

• Kompleks Ca2+ - Kalmodulina wiąże się z kinazą łańcuch lekkiego miozyny w następstwie czego dochodzi do aktywacji tego enzymu i przy udziale ATP ufosforylowania regulatorowego łańcucha lekkiego miozyny. W następstwie fosforylacji miozyna przylega do aktyny i dochodzi do skurczu.

W wielu mięśniach gładkich, pomiędzy poszczególnymi warstwami, występują komórki rozrusznikowe, zwane inaczej komórkami śródmiąższowymi (Cajala). Mają one kształt owalny lub gwiaździsty i pełnią funkcję rozruszników wytwarzających automatycznie impulsy powodujące skurcz.

INNE KOMÓRKI MIĘŚNIOWE MAJĄCE ZDOLNOŚCI KURCZLIWE I STANOWIĄCE ODRĘBNE JEDNOSTKI

MIOFIBROBLASTY

Są to szczególne rodzaje komórek kształtu wrzecionowatego, mające podobnie jak fibroblasty zdolność produkcji kolagenu, ale także posiadające właściwości kurczliwe (podobnie jak komórki mięśniowe gładkie). W rutynowo barwionych preparatach nie da się ich odróżnić od fibroblastów. Dla uwidocznienia miofibroblastów wykorzystuje się barwienie immunohistochemiczne, dzięki któremu wykrywa się charakterystyczne dla komórek mięśniowych białka: aktynę i desminę (białka nieobecne w fibroblastach).

Miofibroblasty występują w wielu narządach, np. w ścianach pęcherzyków płucnych, w otoczeniu krypt jelitowych. Często ułożone są pojedynczo, tworząc populację komórek nieaktywnych, który uaktywniają się po uszkodzeniu narządu. Ich rola polega na wypełnieniu ubytków tkanki poprzez produkcję kolagenu, a więc na zespoleniu uszkodzonego fragmentu i wytworzeniu blizny.

KOMÓRKI MIOEPITELIALNE (mięśniowo-nabłonkowe)

Są to kolejne komórki łączące w sobie cechy różnych typów komórek. Dzięki obecności w cytoplazmie białek kurczliwych (między innymi filamentów pośrednich desminowych) komórki te mają charakterystyczną dla komórek mięśniowych zdolność do kurczenia się. Jednocześnie wykazują one podobieństwo do komórek nabłonkowych, poprzez charakterystyczne dla nabłonka ułożenie. Leżą one, bowiem na błonie podstawnej pomiędzy komórkami nabłonka wyścielającymi przewody wyprowadzające większych gruczołów egzokrynowych. W początkowych, pęcherzykowatych odcinkach gruczołów komórki mioepitelialne mają kształt gwiaździsty, w dalszych odcinkach są kształtu wrzecionowatego i układają się pomiędzy błoną podstawną a komórkami nabłonka przewodu. W rutynowo barwionych preparatach komórki te są trudne do uwidocznienia. Najczęściej widoczne są pod postacią jasnej warstwy komórek płaskich, otaczających pęcherzyki wydzielnicze i przewody wyprowadzające. Dla ich dokładnego uwidocznienia wykorzystuje się badania immunohistochemiczne. Komórki mioepitelialne występują w większych gruczołach, takich jak: gruczoł ślinowy, łzowy, mlekowy, potowy i w trzustce, pomagając poprzez swój skurcz w przesuwaniu wydzieliny w obrębie przewodów wyprowadzających.

KOMÓRKI MIĘŚNIOWE POPRZECZNIE PRĄŻKOWANE Z POCHEWKAMI

Są to szczególne włókna mięśniowe, które posiadają pochewki. Pochewki te mają kształt rur mięśniowych, obejmujących włókno. Pochewka zbudowana jest z sarkoplazmy oraz miofibryli, które układają się okrężnie do dookoła włókna mięśniowego i leży pod sarkolemą każdego z włókien mięśniowych. Mięśnie otoczone pochewkami to mięśnie oczne oraz mięśnie ucha środkowego.

ASPEKTY KLINICZNE Dystrofie mięśniowe Jest to grupa schorzeń uwarunkowanych genetycznie cechujących się osłabieniem siły mięśniowej, atrofią tkanki mięśniowej oraz wzrostem enzymów markerowych uszkadzania mięśni (kinaza kreatynowa, troponiny). Najważniejszym białkiem, którego mutacja doprowadza do rozwinięcia się dystrofi mięśniowej jest dystrofina. Białko to stanowi składnik cytoszkieletu komórki a jego główną funkcją jest stabilizacja sarkolemy podczas skurczu oraz utrzymanie połączenia pomiędzy cytoszkieletem komórki a macierzą zewnątrzkomókową. W przypadku nieobecności tego białka dochodzi do rozpadu kompleksu białkowego zwanego z dystrofiną co w konsekwencji doprowadza do uszkodzenia sarkolemy. W rezultacie zaburzenia regulacji transportu jonów wapniowych z ich wzrostem w sarkoplaźmie doprowadząją do nekrozy włókien mięśniowych. Przykładem takiej dystrofii jest dystrofia mięśniowa Duchenna związana z mutacja w genie dystrofiny w chromosomie X. Jest to schorzenie obserwowane w młodym wieku i jest obarczone dużą śmiertelnością związaną z dysfunkcja mięśni oddechowych oraz przepony. Pełnoobjawowa choroba występuje u mężczyzn natomiast heterozygotyczne kobiety są zwykle bezobjawowe lub mają postacie łagodne choroby. Pierwszymi objawami tego schorzenia jest zwykle osłabienie siły mięśniowej w obrębie kończyn dolnych, napadowe wymioty i bóle mięśniowe. Typowym laboratoryjnym wskaźnikiem jest wzrost kinazy kreatynowej w surowicy. Badanie wycinków mięśniowych pozwala na wykazanie zmian degeneracyjnych włókien oraz nieobecność dystrofiny w badaniu immunohistologicznym.

Martwica niedokrwienna mięśnia sercowego Martwica mięśnia sercowego zwana zawałem powstaje w następstwie jego niedokrwienia, które jest spowodowane ostrą okluzją tętnicy wieńcowej unaczyniającej określony obszar tkanki mięśniowej. Do zamknięcia tętnicy wieńcowej nasierdziowej dochodzi w wyniku otwarcia się blaszki miażdżycowej z następowym wykrzepianiem w jej obszarze. Cechą histologiczną zawału mięśnia sercowego zwanego zawałem białym jest martwica skrzepowa. Nieodwracalne zmiany martwicze kardiomiocytów pojawiają się już po 20 minutach zatrzymania perfuzji naczyniowej. Zmiany cechują się utratą prążkowania oraz pojawieniem się tzw. węzłów skurczu. Jądra komórek stają się piknotyczne, słabo widoczne. W wyniku zmian martwiczych dochodzi do rozwinięcia się reakcji zapalnej, widocznej szczególnie w obszarze granicznym a następnie wytworzenia blizny zawałowej. W aspekcie klinicznym zawał mięśnia sercowego można rozpoznać u chorego, u którego potwierdzono wzrost i/lub spadek podwyższonego stężenia biomarkerów (przede wszystkim troponiny) gdzie co najmniej jeden pomiar powinien przekraczać wartość 99 percentyla górnej granicy normy oraz obecność co najmniej jednego z niżej wymienionych składników niedokrwienia mięśnia sercowego: objawy niedokrwienia, zmiany w EKG typowe dla nowo powstałego niedokrwienia (nowe zmiany odcinka ST-T lub nowo powstały blok lewej odnogi pęczka Hisa w EKG, nowe, patologiczne załamki Q w EKG, wykładniki świeżej martwicy mięśnia sercowego lub nowe odcinkowe zaburzenia kurczliwości mięśnia sercowego.

Tabela 1. Wybrane cechy różnicujące tkankę mięśniową szkieletową, mięśnia sercowego oraz tkankę mięśniową mięśni gładkich.

Mięśnie szkieletowe	Mięśnie gładkie	Mięsień sercowy
Silnie wydłużone, owalne lub okrągłe wielojądrzaste komórki o zbliżonym wymiarach Liczne jądra komórkowe wydłużone, o cylindrycznym kształcie zlokalizowane w części obwodowej komórki Prążkowanie obecne Kanaliki T w strukturze triady Połączenia międzykomórkowe nieobecne Brak zdolności do podziałów mitotycznych Do skurczu duże zapotrzebowanie na ATP	Komórki jednojądrzaste wrzecionowatego kształtu Wydłużone, wrzecionowate jądro o centralnej lokalizacji. Brak prążkowania Brak kanalików T Obecne w postaci wstawek zawierających desmosomy oraz nexus Brak zdolności do podziałów mitotycznych Do skurczu niskie zapotrzebowanie na ATP	Duża różnorodność kształtów komórek, szczególnie w przekroju poprzecznym. Duże, owalne lub wielokształtne jądro zlokalizowane w centralnej części komórki Prążkowanie obecne Kanaliki T w strukturze diady Obecne w postaci nexusa Obecna mitoza Do skurczu duże zapotrzebowanie na ATP

Ryc. 1. Komórka poprzecznie prążkowana mięśnia sercowego wypełniona miofibrylami (czerwona/duża ramka). Miofibryle tworzą powtarzające się odcinki zwane sarkomerami (żółta/mała ramka) w skład których wchodzą miofilamenty aktynowe, miozynowe oraz białka dodatkowe sarkomeru.

Ryc. 2. Budowa sarkomeru w fazie skurczu i rozkurczu z obecnością prążków (patrz: tekst).

Ryc. 3. Faza pierwsza (początkowa) (1), w której główka miozyny jest silnie związana z cząstką aktyny filamentu cienkiego. W tej fazie ATP jest nieobecne w obrębie główki miozyny. (2) Faza druga jest związana z przyłączeniem się cząstki ATP do główki miozyny, co wyzwala jej zmiany konformacyjne w obrębie miejsca wiążącego aktynę. W rezultacie główka miozyny traci kontakt z aktyną filamentu cienkiego. (3) Faza trzecia jest powodowana hydrolizą związanego ATP z wytworzeniem się ADP oraz uwolnieniem nieorganicznego fosforanu. Oba te produkty pozostają jednak związane w główką miozyny. W tej fazie główka miozyny (dzięki energii z hydrolizy ATP) przesuwa się względem aktyny o około 5nm. (4). Faza czwarta jest następstwem uwolnienia fosforanu z główki miozyny z następowym jej słabym związaniem z nowym miejscem wiążącym na aktynie. Skutkiem tego jest pojawienie się reakcji mechanicznej. W rezultacie uwolnienia fosforanu dochodzi do wzrostu powinowactwa aktyno-miozynowego a po drugie główka miozyny generuje siłę powodującą powrót główki do pozycji sprzed skurczu. Faza czwarta jest główną fazą skurczu. Podczas tej fazy miozyna uwalnia ADP.

(5). Faza piąta wynika z ponownego silnego związania się główki miozyny z nowym miejscem wiążącym na aktynie i cykl się powtarza.

Ryc. 4. Komórki mięśniowe mięśnia sercowego (A i B). Kanaliki T (strzałki krótkie) stanowią wpuklenia sarkolemy do sarkoplazmy. Jak przedstawiono na schemacie w prawym górnym rogu depolaryzacja sarkolemy w obrębie kanalika T aktywuje białka będące kanałami dla jonów Ca²⁺ które po wejściu do komórki aktywują następnie kanały Ca²⁺ w cysternach brzeżnych siateczki sarkoplazmatycznej. Powoduje to masywny napływ tych kationów do sarkopalzmy i zainicjowanie skurczu komórki mięśniowej.

13

B

A

---