Prof. Kamiński 26.01.2009.
No to dalej o tych kościach. Proszę mi przypomnieć o jakich mówiliśmy. O ile pamiętam mówiliśmy o białkach morfogenetycznych kości, mówiliśmy o tkankowym geofactor beta, tkankowym geofactor alfa, mówiliśmy o kachektynie, czyli TNF alfa. To wszystko ? [tak] A tych czynników jest ponad 40. Oczywiście nie będziemy mówić o 40, bo by to było niepotrzebne. Ale jeszcze o kilku ważnych. A potem narysujemy te czynniki w określonych generacjach komórek osteogennych i proosteoblastów, żebyście państwo rozumieli na jakim szczeblu drabiny te wszystkie czynniki biore. Jednym z najważniejszych czynników, który jest produkowany na takiej zasadzie kombinatoryki hormonalnej to są tzw. insulinopodobne czynniki wzrostowe IGF-1 i IGF-2. Insulinopodobne czynniki wzrostowe IGF-1 i IGF-2 są produkowane przez komórki wątrobowe, czyli przez hepatocyty. Ale żeby te czynniki wzrostowe produkowane przez hepatocyty mogły się urodzić w tych hepatocytach to na te hepatocyty musi zadziałać hormon wzrostowy, czyli tzw. somatotropina - STH produkowana przez komórki kwasochłonne przysadki mózgowej, o czym kiedyś będziemy mówić. A więc kolej rzeczy jest taka: impulsacja z podwzgórza, uruchomienie produkcji hormonu wzrostowego w kom. kwasochłonnych przysadki mózgowej, krwią STH dociera do kom. wątrobowych i w wątrobie rozpoczyna się ekspresja 2 bardzo ważnych białek - IGF-1 i IGF-2. Ta produkcja jest powiązana z prod. obrazu receptora dla tych obu białek. Dlaczego to jest takie ważne. Pomiędzy receptorem a tymi hormonami IGF-1 - IGF-2 funkcjonuje zasada konkurencji. I ta zasada konkurencji polega na tym, że im więcej tego jest białka receptorowego tym działanie tych dwóch hormonów jest słabsze. A więc widzicie, że ten system wydzielania jest pieczołowiecie kontrolowany. Kontrolowany jest przez podwzgórze, przez przysadkę mózgową i jest kontrolowany przez dostępność receptora na komórkach wątrobowych. Jeżeli w biologii występuje tak złożony system kontroli to łatwo się domyśleć, że ten system kontroli jest po coś. A więc po to, że IGF-1 i IGF-2 odgrywają fundamentalną rolę w procesach wzrostowych osteoblastów. Ja tylko jeszcze koleżankę zapytam, na który knebel mam naciskać. Ten, dobrze... A więc, proszę państwa, ten IGF-1 i IGF-2. Ja sobie poradzę, tak... Ten IGF-2 i IGF-2 ma 2 wektory działania. Taki bardzo siiilny wektor działania to są preosteoblasty i komórki preosteoblastyczne o dużej dynamice podziałów, czyli komórki młode. Domyślacie się wobectego, że te IGF-1 i IGF-2 będzie odgrywał fundamentalne rolę o kogo ? U mnie ?! [niee] Raczej u małego dziecka, takiego dziecka, które się dopiero urodzi. Domyślacie się albo wiecie albo widzieliście w waszych rodzinach, że jak dziecko się urodzi to leży. Po 5 miesiącach zaczyna podnosić główkę. Chodzić zaczyna po roku. A więc wtedy kiedy zaczyna chodzić, wtedy wzrastają obciążenia kostne na aparatu kostnego. Wtedy wydzielanie tych dwóch hormonów jest maksymalne. Jest również wysokie do 21 roku życia. Już przecież maleje, już nie ma tak intensywnej przebudowy kości. To doskonalne ilustrują pewne cyfry. Do 2 roku życia u dziecka, w ciagu 2 lat, wymienia się 50 % masy kostnej. U mnie nie więcej jak 10 %. A więc widzice jaka jest różnica skali tego procesu. I ta skala tego procesu jest gwarantowana przez te 2 hormony. Ale to jest zaledwie 1 wektor działania tego typu hormonów. 2 wektor działania, znacznie słabszy, drugorzędny w porównaniu do tego 1 wektora działania. To są preosteoklasty, a więc komórki, które się przygotowywują do trawienia kości. Te komórki, któreśmy mówili, że powstają w spziku kostnym z tzw. hemopoetycznych komórek szpiku po stymulacji IGM CSV (?), czyli IGM-1 i 2 pierwszofalowo rozbudowują masę kostną, ale drugofalowo również przygotowują kość do przebudowy. Czyli do trawienia masy kostnej, czyli obrotu komórek. Następnym takim niezwykle ważnym czynnikiem wpływającym na procesy rozwojowe kości to jest FGf - fibroblastyczny czynnik wzrostowy. On jest produkowany w 2 wersjach. A i B. Zasadowej i kwaśnej. Po raz pierwszy został wyizolowany z mózgu, ale jest produkowany przez osteoblasty również. Ten czynnik wzrostowy z kolei działa następująco. Po pierwsze, rozbudowywuje naczynia krwionośne. No to jeżeli on rozwiązzzy.. zwiększa syntezę i rozbudowę sieci zwłaszcza tej systemowej, włosowatej to w świetle poprzedniego wykładu domyślacie się, że tkanka, która jest lepiej unaczyniona znaczie efektywniej stymuluje proliferację komórek macierzystych w kierunku komórek kostnych. Mówiliśmy o tym. Że parytet tlenowy definiuje, czy dana komórka mezenchymalna bedzie komórką chrzęstną czy będzie komórką kostną. Wobec tego te FGF'y rozbudowywując łożysko naczyniowe w tkance mezenchymalnej będzie również wpływał stopien różniocwania, dojrzewania i produkcji osteoblastów. Jest to jeden z najsilniejszych czynników mitogennych dla osteoblastów. Inne czynniki: kolejny z tych czynniki nosi nazwę LIF (Leukemia inhibitory factor - przyp. Lech), czyli inhibitorowy czynnik białaczkowy albo
A teraz się zajmiemy procesem rozwojowyn kości. Jak to przebiega, dlaczego i w jakiej kolejności. Potem tego pytamy na egzaminie i mogę państwu powiedzieć, że bez pudła jest to pytanie kończące egzamin. W 100 %. Więc skupcie się ! I pytajcie jak coś nie wiecie. Omówimy sobie kostnienie na podłożu chrzęstnym. Dlatego, że ono jest trudniejsze. Kostnienie na podłożu błoniastym, czy łącznotkankowym jest proste. Nie ma tu żadnej filozofii. Tylko trzeba to przeczytać, co jest w książce na ten temat napisane. Chciałbym przede wsyztskim powiedzieć kiedy rozpoczyna sie ten proces tworzenia kości na podłożu chrzęstnym. Otóż, zarodek wtedy ma pare milimetrów, maksymalnie 1 cm. To jest 6, 7 tydzień rozwoju zarodka. Ponieważ zawsze pytamy o start, o rozpoczęcie tego procesu podpowiem wam metodę mnemotechnicznego zapamiętania tego okresu. Bo będziemy się również uczyć o rozwoju zębów. To też jest proces, którego nigdy nie rozumiecie i nie umiecie. I też będę miał na ten temat dla was wykład. Też proszę o to pytać. Ale zarówno procesy rozwojowe kości na podłożu chrzęstnym, jak rozwoju zębów mlecznych to jest ten sam termin (okres). Więc jak wklepiecie w głowę, że to jest 5 - 7 tydzień to będziecie mieli rozwiązany problem rozwoju kości, jak i rozwoju zębów mlecznych. Ja rozpocznę omawianie tego procesu rozwojowego od fazy utworzonej już chrząstki szkilstej. A więc podłożem kostnienia na podłożu chrzęstym jest chrząstka szklista. W tym miejscu chciałbym wam powiedzieć, że ta chrząstka szklista w naszym organizmie to jest najbardziej zaawansowany rozowojow typ chrząstki. A więc krótko powiedziawszy to jest najbardziej złożona chrząstka. Stąd też potrzeba było tych 6 -7 tygodni życia zarodkowego, żeby ta chrząstka mogła się.. Co się zacznie dziać. Ono przypomina kształt kości długiej. Zwrócćcie uwagę, że tu można wyodrębnić odcinek trzonowy i odcinki nasadowe. Chrząstka zbudowana jest z jamek chrzęsnych, w których zawarte są układy izogeniczne komórek chrzęstnych. A wokół tych grup izogenicznych leży masa chrzęstna, w których te grupy izogeniczne są zatopione. Teraz te wszystkie czynniki wzrostowe, o których żeśmy przed chwilą mówili oddziaływać. Oddziałowują różnież naczynia krwionośne, które leżą w bezpośrednim sąsiedztwie tego modelu. Oddziaływają oczywiście włókna nerwowe, które dosyłają do tego modelu impulsację nerwową uwalniając mediatory. Oczywiście oddziaływuje układ immunologiczny. Na ten model chrzęstny zgodnie z tym, co mówiliśmy na poprzednim wykładzie. Czynniki fizyczne, które działają w macicy na rozwijający się zarodek. A więc te wszytskie czynniki szukają swoicjmiejsc efektorowych na tym modelu chrzęstym. I to działanie nie zostaje bez odpowiedzi. Po pierwsze, model stale sie powiększa i w momencie, w których ta chrząstka osiągfa stosowne rozmiary. To ma miejsce mniej więcej na przełomnie I i II trymestru ciąży, a więc na przełomie 3 - 4 miesiąca życai płodowego. Rozpoczyna się kostnienie, które nazywamy kostieniem perychondralnym. Otóz te kostnenie prychondralne na początku tyczy rylko tych części trzonowych modelu chrzęstnego. Każda chrzaśtka jak wiecie jest otoczona ochrzęstną, czyli taką osłoną komórkowa, która produkuje chondorblasty i produkuje masę chrzęstną. Pmiedzy tą ochrzęstą a chrząstka znajduje się przestrzeń, w której leży tkanka mezenchymalna. Komórki mezenchymalne, które stanowią nisze dla komórek macierzystych kości, o czym mówiliśmy na poprzednim wykładzie. I wtedy rozpoczyna się rozmowa pomiędzy komórkami mezenchymalnymi, które zajmują przestrzeń między ochrzestną a chrząstką a ulokowanymi pomiędzy komórkami mezenchymalnymi komórkami macierzystymi kości. Mówiliśmy, że ta rozmowa polega na uwalniani przez komórki mezenchymalne czynników wzrostowych z grupy przede wsyztskim białek morfogenetycznych kości. Przypomnę że ich jest 7. Ale najważniejsze z nich to jest 2A 2B i 3. I te czynniki wzrostowe rozmawiając i będąc uwalniane przez komórki niszy wpływają na komórki macierzsyte uruchamiając w tyhc komórkach procesy różnicowania. Najpierw namnażania a potem różnicowanie. I w tych komórkach macierzsytcyh powstają komórki ukierunkowane kierunku preosteoblastów, następnie preosteoblastów i osteoblastów. Każda z tych komórek, z tych rodzin komórek o różnym poziomie zróżnicowania odpowiada na określone czynniki wzrostowe, o których żeśmy mówili na początku wykładu. Efektem końcowym oddziałania tych czynników wzrostowych jest aktywacja osteoblastów, czyli komórek które jużsię nie dzialą ale produkują kolagen, osteoid i inne białka. Czyli na granicy chrząstki szklistej powstaje układ nabłonkowo położonych osteoblastów. I te osteoblasty jako już komórki się nei dzialące ale produkujące kolagen i macierz kostną zaczną tą macierz i kolagen uwalnia. I co się zacznie dziać. Narysujemy to w większym powiekszeniu. To są osteoblasty przeze mnie narysowane one wydzialjać kolagen i macierz kostną, czyli w pobliżu tej wartwy komórek osteoblastycznych twozrzy się wydzialina tych komórek czyli powsaje taki płaszcz kostny, bez komórkowy. Który co powoduje. Że większość komórek osteoblastycznych będzie wypychana. Tu się będzie przywarstwiała ta masa kostena. Płaszcz komórek osteoblastycznych bedzie co raz bardziej wypychany z tego bezpośreniego sąsiedztwa macierzy kostnej, a cześć komórek osteoblastycznuch, która mocno przywrze do tej macierzy kostnej nie będzie już w stanie się przesunąć powyżej wypchnięta przez tą miecierz kostną i obleje się tą macierzą kostną. Czyli z jednej strony będzie rosła grubość płaszcza kostnego, z drugiej strony będą się komórki osteoblastyczne udsuwać na zewnątrz od tej masy kostnej a częśc komórek osteoblastych obleje się tą masą kostną i siłą rzeczy co się zmieni dla tych komórek ? No co się zmieni ? Zmieni się otoczenie tych komórek, dostęp do naczyń, do substancji odżywczych, do parytetu tlenowego, do czynników wzrostowych. Tak ? Czyli w konsekwencji te komórki będą się musiały przebudować w osteocyty. Czyli następoną generację komórek, które są takimi komórkami, które nie posiadają takiej wysokiej aktywności metabolicznej i stopniowo będą umierały. Ale co w efekcie tego wydzialania przez ostoblasty macierzy kostnej i powstania osteocytów, co uzyskamy w tym miejscu właśnie, gdzie leżały komórki macierzyste na modelu chrzęstnym. Co uzyskamy ? No uzyskamy płaszcz kostny. To będzie to własnie kostnienie perychondrialne. Czyli utworzenie tego mankietu kostnego na części chrzestnej, która pokrywa ten trzon kości. Czy to jest KPW ? OK. No to jednym słowem w efekcie tego procesu nasz model chrzęstny, w którą stronę będzie się rozwijał ? No będzie się rozwijał tak i tak. Ten rozwój, czyli na zewnątrz będzie nam rozwijał kość na szerokość, czyli nasz model chrzęstny będzie pęczniał. Z drugiej strony ze względu na ten kierunek rozwoju mankiet kostny stopniowo zacznie również pokrywać odcinki kostne, które znajdują się w przynasadach, tak ? No to rozważmy teraz w jakiej sytuacji, tak, słucham ? - Ja chciałam się upewnić, czyli osteoblasty są wypychane na zewnątrz ? - Tak ! Oczywiście, innej drogi nie mają, tylko nie wszystkie, część zostanie zatopione tak jak okręty w... A Teraz popatrzmy sobie na ten model chrzęstny i zastanówmy się co się stało w tym modelu, kiedy wokół tego modela, który jest otoczony naczyniami krwionośnymi, włóknami nerwowymi i komórkami mezenchymalnymi co się zmieni dla wewnętrznej części tego modelu chrzęstnego. Warunki życia tych chrząstek ulegną fatalnemu pogorszeniu, zgadzacie się ? No muszą, ani nie ma czego zjaeść, ani nie ma czym pooddychać, ani nie ma żadnych czynniki wzrostowych. Klapa ! No to jeżeli jest klapa to wobec tego komórki chrzęstne w tym miejscu zaczną umierać. Mówiliśmy, że jeżeli do komórek macierzystych nie docierają czynniki wzrostowe to jedyną alternatywą dla tych komórek jest umrzeć smiercią apoptyczną. Taki warunki tu mamy, wobez tego komórki chrzęstne umierają i powstanie co ? - Jama. - No nie.. jeszcze jama nie powstanie. Te komórki umrą, zostanie uwolniona chondrokalcycy, osadzą się jony wapnia i powstanie taki kredowo-biały, ale jeszcze nie punkt ossyfikacyjny, tylko grupa martwych, hipertroficznych, zniszczonych, zwapnionych komórek. Taka sytuacja z kolei spowoduje, że ten punkt martwych komórek po pewnym czasie będzie musiał uleć w tej chrząstce uporządkowaniu. Tak jak zakład oczyszczania miasta przyjeżdża, żeby kible ze śmieciami wywieźć. Tak i w komórkach kostnych martwych te komórki trzeba będzie zu-ty-li..zować. No i ta utylizacja będzie polegała nie tylko na wejściu w proces apoptozy i hydrolizy tych komórek, ale temu procesowi uporządkowywania martwych komórek będzie towarzyszył też proces uwalniania czynniki chemotaktycznych. Wszystkie komórki kostne, zarówno preosteoblastyczne i osteoblastyczne i ukierunkowane na preosteoblasty umieją rozpoznawać gradient substancji chemotaktycznych. Czyli co będzie w efekcie ? Tu stężenie substancji chemotaktycznych będzie największe, tu już będzie mniejsze, a tu już będzie minimalne. To jeżeli będzie ta różnica gradientu chemotaktyvcznego to jak myślicie co isę rozpocznie. Ano rozpocznie się wędrówka komórek macierzystcyh i różnicujących się z nich komórek wyżej rozwiniętych w kierunku większego gradientu chemotaktycznego. Tak czy nie ? Wobec tego komórki macierzyste, które znajdują się gdzieś w tym miejscu, jak żeśmy powiedzieli, w którym kierunku będą biegły ? No będą biegły oczywiście tutaj, czyli do tego martwego skupiska mkomórek macierzystych. Wytworzy się coś, co w podręczniku wam napiszą, że jest to „pęczek” czy „pączek łącznotkankowo-naczyniowy” I ten „pączek łączno czy pęczek łącznotkankowo-naczyniowy” zawiera w sobie: komórki macierzyste kostne, różne generacje preosteoblastów, różne generacje prekursorowych komórek osteoklastycznych oraz zawiera pewną populację chondroklastów. I wszystkie te komórki umieją rozpoznawać gradient, w pewnym momencie znajdą się w centrum tego zwapniałego, martego miejsca w chrząste. No i się zacznie. Chondoklasty w ogóle zaczną fagocytować. Czyli w miejsce martwych komórek powstaje faktyczna dziura. Ale w biologii nic nie jest puste. A powstała dziura zaindukuje preosteoblasty i osteoblasty do produkowania masy kostnej, czyli nasza dziura zapełni się tkanką kostną. Czyli powstanie co żeście kiedyś nazwali wcześniej, nietrafnie, powstanie „pierwotny punkt ossyfikacyjny”. Jak ten powstanie pierwotny punkt ossyfikacyjny to oczywiście ta dziura zacznie się powiększać, a w tą dziurę będą coraz bardziej wchodzić nasze osteoblasty, osteoklasty i zaczną przebudowywać tą masę kostną. Wobec tego zamiast dziury będziemy mieli rozwijajacą się kość na podłożu tkanki chrzęstnej, tylko będzie to tzw. kości grubowłóknista, czyli kość płodowa, czyli kość, która będzie wymagała potem przebudowy. I teraz dochodzimy do senda rozwoju kości na długość. Mianowicie to sodno rozowju kości an długość polega na tym, że w tych miejscach modelu kostnego znajdują się dwie chrząstki nasadowe. Chrząstki nasadowe występują we wszystkich naszych kościach długich, u dziewczynek do 18 roku życia, a u chłopców do 21 życia. I ona odpowiadają za wzrost kości na długość. A dlaczego ? Otóz dlatego, że ta chrząstka posiada dość specjalny układ komórek. Mianowicie skałda sięona z kilku warst. Taką wartwą najbliższą nasady to są komórki niezróżnicowane, spoczynkowe, ja bym nazwał te komórki komórkami rezerwy komórkowej. Czyli to jest taki magazyn komórek, który jest wpychany w proces proliferacji w sytuacji, w której zadziałają określone czynniki wzrostowe. Następna warstwa komórek to jest warstwa komórek proliferujących, czy dzialących się, czyli są to komórki typu chondroblastów i na powierzchni tych komórek znajdują się receptory dla STH lub IGF 1 i IGF 2. Ale powiedzcie mi patrząc na ten schemat, który narysowałem na tablicy czym się różni układ tych komórek i tych komórek ? Te komórki są ułożone też ładnie, prawda ? Ich rozkład na powierzchni jest zupełnie przypadkowy, a te komórki są już uporządkowane jak szeregi żołnierzy. Czyli jaka jest konsekwencja tego stanu rzeczy ? Warstwa komórek, warstwa substancji chrzęstnej, warstwa komórek, warstwa substancji chrzęstnej itd. Kolejna warstwa to duże komórki, ale powtarzają ten sam układ. Są to komórki hipertroficzne, a więc duża wartwa komórek, warstwa substancji chrzęstnej itd. I w końcu watstwa komórek, które ulegają procesowi degeneracji ale wartwa tyhc komórek degenerująch rónież zachowuje ten układ szeregowy. No i w końcu jest warstwa beleczek chrzęstno-kostnych, czyli chrząstka ma ż... komórkowy, komórki proliferujące, komórki hipertroficzne i komórki umierające i komórki, które będą rozbudowywać kość na długość. A dlaczego będą rozbudowywać kość na długość ? Otóte belecvzki chrzęstno-kostne, czyli komórk ichrzęstne, na które siadają osteoblasty i osteoklasty z jednej strony osteoblasty będą wydłużać te beleczki chrzęstno-kostne, czyli będzie przyrastać długość kości, a z drugiej strony osteoklasty zaczną niszczyć tą substancję chrzęstną, która znajduje się pomiędzy szeregowo ułożonymi komórkami. Jaki będzie więc bilans tego procesu. Czy bilans tego procesu będzie polegał na utworzeniu dziury. Nigdy w życiu, bo pozostaje rusztowanie, które będzie wydłużać kość. Dlatego kość będzie nam rosła, mimo że te 2 procesy proliferacji i narastania chrząstki nasadowej i trawienia tej chrząstki nasadowej do 21 roku są zbilansowane, czy szybkości tych procesów są identyczne. KPW czy nie? No to się cieszę. Ale jak długo ? [śmiech] Więc jeszcze raz. Istotą wzrostu kości na długość jest występowanie w nasadach, przynasadach kości chrząstki nasadowej. Chrząstka nasadowa charaktyzuje się szeregowym ułożeniem chondrocytów. I te szeregowe ułożenie chondrocytów gwarantuje ułożenie rusztowania chrzęstnego, na które mogą usiąść osteoblasty i osteoklasty i przebudowywać tworzoną masę kostną. Tak ? rozumiemy ?