Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta

Transkript

1 Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta Tkáň svalová. Obecná charakteristika hladké a příčně pruhované svaloviny (kosterní a srdeční). Funkční morfologie myofibrily. Mechanismus kontrakce. Stavba interkalárního disku. Doc. MUDr. Marie Jirkovská, CSc. Ústav pro histologii a embryologii Předmět: Obecná histologie a obecná embryologie, B02241 Datum: 4. a

2 Klasifikace a charakteristika svalové tkáně Junqueira, Carneiro: Basic Histology

3 Kosterní sval Junqueira, Carneiro: Basic Histology

4 Kosterní sval Geneser: Textbook of Histology Junqueira, Carneiro: Basic Histology

5 Svalové vlákno vzniká z myoblastů (původem z mezodermu) splýváním (syncytium); z některých buněk vzniknou satelitové buňky (= zdroj buněk pro omezenou regeneraci kosterního svalu)

6 Svalové vlákno dlouhé (mm - cm) válcovité (průměr µm) mnohojaderné Jádra umístěna pod sarkolemmou (= buněčnou membránou), která vytváří početné tubulární invaginace = T (transverse) tubuly pronikající do buňky. Myofibrily (o průměru 1-2 µm) jsou válcovité svazky myofilament, vykazují příčné pruhování viditelné ve světelném mikroskopu, které je dané střídáním tmavých A (anisotropních) proužků a světlých I (isotropních) proužků; toto uspořádání je zajištěno cytoskeletálními proteiny (aktin, desmin, dystrophin). Mitochondrie produkují ATP. Síť cisteren sarkoplasmatického retikula (= hladké ER) obklopuje a odděluje myofibrily. Ross, Pawlina: Histology T tubulus a přilehlé dvě terminální cisterny sarkoplasmatického retikula tvoří triádu.

7 Myofibrily jsou dlouhé jako svalové vlákno; skládají se z lineárně uspořádaných sarkomer. Gartner, Hiatt: Histology Sarkomera (funkční jednotka kontrakce) je ohraničena dvěma Z-liniemi (α-aktinin), do kterých jsou ukotvena aktinová myofilamenta. Schéma a elektronmikroskopický obraz myofibrily (vztah T tubulu a rozhraní mezi A a I proužkem. Přesná vzájemná poloha tenkých aktinových a tlustých myosinových myofilament je zajištěna akcesorními proteiny (titin, myomesin, nebulin). Ross, Pawlina: Histology

8 Stavba aktinových a myosinových myofilament Gartner, Hiatt: Histology Aktinové molekuly (Gaktin) se organizují do dvojšroubovice - vláknitý F - aktin. Dvojšroubovice tropomyosinového filamenta probíhá v záhybu F-aktinu. Tropomyosin váže troponinový komplex složený ze tří podjednotek: TnT se váže na tropomyosin, TnC váže Ca+2, TnI se váže k aktinu (inhibuje jeho interakci s myosinem). Dimery myosinových Junqueira, Carneiro: Basic Histology molekul jsou složeny z těžkých řetězců (každý se skládá z hlavičky a tyčinkovitéčásti; na hlavičce jsou vazná místa pro aktin a ATP) a dvou lehkých řetězců. Z dimerů je vytvořeno bipolární tlusté myosinové filamentum. Hlavičky formují příčné můstky mezi tlustými a tenkými filamenty. Při kontrakci se zkrátí sarkomera ale myofilamenta zůstávají stejně dlouhá ( sliding interdigitating filament model ).

9 Svalová kontrakce 1) iniciovaná nervovým impulsem, který přichází z neuro-muskulárního spojení 2) acetylcholin uvolněný do synaptické štěrbiny se naváže na Ach receptor, což způsobí lokální depolarizaci membrány svalového vlákna 3) nábojem kontrolované Na + kanály se otevřou a Na + vstupuje do buňky 4) nastane celková depolarizace buněčné membrány a membrány T- tubulů 5) nábojem řízené sensorové proteiny v membráně T- tubulů změní svou konformaci 6) což způsobí otevření Ca +2 kanálů v přilehlé membráně sarkoplazmatického retikula 7) Ca +2 je rychle uvolněno ze sarkoplazmatického retikula do sarkoplazmy 8) Ca +2 se naváže na TnC podjednotku troponinového komplexu (= iniciace kontrakčního cyklu) 9) Ca +2 je navráceno do terminální cisterny sarkoplazmatického retikula činností Ca +2 pump. Ross, Pawlina: Histology

10 Kontrakční cyklus 1) Zahájení kontrakčního cyklu; hlavička myosinu je pevně spojena s molekulou aktinu, ATP není přítomno (rigor configuration). 2) Navázání ATP na hlavičku myosinu způsobí její odpojení od aktinového filamenta. 3) Rozštěpení ATP na ADP a Pi způsobí ohnutí hlavičky myosinu, ADP a Pi zůstávají navázány na hlavičku myosinu. Ross, Pawlina: Histology 4) Hlavička myosinu se slabě naváže na vazné místo sousední aktinové molekuly a Pi je uvolněn. Uvolnění Pi způsobí zpevnění vazby mezi hlavičkou myosinu a molekulou aktinu a hlavička myosinu se vrátí do vzpřímené polohy. To vynutí pohyb tenkého filamenta podél tlustého filamenta ( power stroke ). ADP se odpojí od myosinu. 5) Hlavička myosinu je opět pevně spojena s novým vazným místem na aktinu (rigor configuration).

11 Metabolické typy svalových vláken Sval obsahuje směs aerobních vláken / typ I/ (= pomalá oxidativní vlákna) - menší průměr, mnoho mitochondrií, myoglobin, bohaté cévní zásobení - A anaerobních vláken /typ II/ (= rychlá glykolytická vlákna) velký průměr, méně mitochondrií, málo myoglobinu, relativně chudší cévní zásobení, mnoho glykogenu, aktivní glykolytické enzymy - An intermediárních vláken - I Aktivita sukcinát dehydrogenázy odráží podíl mitochondrií ve vláknech Young, Heat: Functional Histology Aktivita ATP-ázy - vlákna typu I a II se liší proteinovou strukturou molekuly ATP-ázy

12 Spojení svalu a šlachy Ross, Pawlina: Histology Geneser: Textbook of Histology

13 Srdeční svalovina původ: mezoderm kardiogenní zóny, kontrakce od konce 3. týdne vývoje kardiomyocyty - ( µm dlouhé, µm široké), obsahují jedno centrálně uložené jádro, vzájemně jsou spojeny interkalárními disky Buňky uspořádané do dlouhých paralelních svazků, mají rozvětvený tvar, jejich výběžky vytvářejí spojení sousedních buněk. Srdeční sval vykazuje spontánní rytmickou kontrakci řízenou převodním systémem, svalovina síní má také syntetickou funkci, vytváří atriální natriuretický faktor. (interkalární disk)

14 Srdeční svalovina původ: mezoderm kardiogenní zóny, kontrakce od konce 3. týdne vývoje kardiomyocyty - ( µm dlouhé, µm široké), obsahují jedno centrálně uložené jádro, vzájemně jsou spojeny interkalárními disky V prostorech mezi svalovými buňkami se nacházířídké kolagenní vazivo, které obsahuje bohatou cévní síť.

15 Srdeční svalovina původ: mezoderm kardiogenní zóny, kontrakce od konce 3. týdne vývoje kardiomyocyty - ( µm dlouhé, µm široké), obsahují jedno centrálně uložené jádro, vzájemně jsou spojeny interkalárními disky Srdeční svalovina je příčně pruhovaná, myofibrily jsou obklopeny sítí hladkého endoplazmatického retikula, mezi myofibrilami se nacházejí četné mitochondrie a glykogenová granula.

16 podélný řez příčný řez interkalární disk kapiláry

17 Interkalární disk je vysoce specializované spojení mezi sousedními buňkami, má schodovité uspořádání. Fascia adherens (v příčných úsecích) - místo, kde se tenká myofilamenta sarkomery připojují k plazmatické membráně. Maculae adherentes (desmosomy) - v příčných i podélných úsecích; oba typy spojení vytvářejí velmi pevný mezibuněčný kontakt. Gap junctions (v podélných úsecích) umožňují prostup informačních molekul a iontů z buňky do buňky, což dovoluje koordinaci kontrakce srdečního svalu. Prostorové znázornění interkalárního disku (J Microsc) R. Lüllmann-Rauch: Histologie

18 Hladké endoplazmatické retikulum v kardiomyocytech neodděluje úplně myofibrily. T - tubuly pronikají do buněk a tvoří dyády s přilehlou cisternou endoplazmatického retikula na úrovni Z linie (= pouze jeden T tubulus na sarkomeru). Ross, Pawlina: Histology T - tubuly umístěné na úrovni Z linie Pohyb vápenatých iontů po depolarizaci plasmatické membrány kardiomyocytů. Ross, Pawlina: Histology

19 Hladká svalovina buňky mezenchymového původu, vřetenovitý tvar, délka µm, tyčinkovité jádro podélný řez příčný řez

20 Hladká svalovina buňky mezenchymového původu, vřetenovitý tvar, délka µm, tyčinkovité jádro Buňka syntetizuje složky lamina externa (kolagen typu III, elastin, glykosaminoglykany). Tenká myofilamenta jsou zakotvena do densních tělísek (α-actinin), která se nacházejí v cytoplazmě (a také připojena k sarkolemmě) v síti intermediárních filament (desmin, vimentin). Aktinová a myosinová myofilamenta nevytvářejí myofibrily.

21 Tenká myofilamenta = aktin, tropomyosin, a caldesmon a calponin (blokují vazná místa pro myosin). Tlustá myofilamenta mají protisměrnou orientaci hlaviček myosinu. Hladká svalovina

22 Kontrakce hladké svaloviny závislá na Ca +2, iniciovaná mechanicky (pasivní napínání), chemicky (angiotensin, vasopresin) a elektrickými stimuly (neuromuskulární spojení) Řídké hladké ER a pinycytotické váčky obsahují Ca +2, které je vypuštěno do cytoplazmy po aktivaci nábojem řízených senzorových proteinů nebo přímou aktivací Ca +2 kanálů hladkého ER. Ca +2 se váže na calmodulin, zbylé kalciové ionty jsou odstraněny ze sarkoplazmy ATPdependentními kalciovými pumpami. Ca +2 - calmodulinový komplex aktivuje fosforylaci lehkého myosinovéhořetězce kinázou lehkého myosinovéhřetězce (= iniciace kontrakce) a vazné místo myosinu pro aktin je aktivováno a naváže se na aktin. V přítomnosti ATP se hlavička myosinu ohne (nastane kontrakce). Po defosforylaci se hlavička myosinu odpojí od aktinu. Kontrakce hladké svaloviny je pomalá, mezi buňkami se šíří cestou gap junctions.

23 Buňky hladké svaloviny produkují kolagen typu III (retikulární vlákna), typu IV (lamina externa), elastin, proteoglykany a multiadhezivní glykoproteiny Síla kontrakce individuální buňky hladké svaloviny je přenášena mezibuněčnou hmotou (retikulárními vlákny zakotvenými do lamina externa sousedních buněk).