Chrupka, kosť a

histogenéza kostí

Ivan Varga,13. marec 2020Prednáška z histológie

Úvodné poznámky k on-line materiálom z

prednášky z HistológieVážení študenti,

doteraz nebolo zvykom prednášky zverejňovať na voľne dostupnom webe našej fakulty. Dôvod? Najdôležitejšou súčasťou každej jednej histologickej prednášky sú kvalitné schematické obrázky, nákresy a mikrofotografie. Tie zvyčajne prednášajúci preberá zo zahraničných učebníc, avšak na ich ďalšiu distribúciu širokej verejnosti by potreboval súhlas vydavateľa. Aj preto sa ku Vám dostáva verzia prednášky s výrazne redukovaným množstvom obrázkov.

Žiaľ, obrázky bez potrebného komentára strácajú aj na edukačnej hodnote, preto Vás musím v rámci samoštúdia odkázať napríklad aj na učebnice, ktoré sme pre Vás napísali. V prípade ďalších otázok ma prosím neváhajte kontaktovať prostredníctvom emailu. Verím, že epidemiologická situácia nám čoskoro dovolí pokračovať v prezenčnej forme výučby a vrátime sa ku „klasickým“ prednáškam spojeným s diskusiou, ktoré sú najvyššou formou výučby a prejavu mentálnej tvorivosti v rámci univerzitného vzdelávania.

S pozdravom, prof. RNDr. Ivan Varga, PhD. ivan.varga@fmed.uniba.sk

www.fmed.uniba.sk/veda/

Chrupka (lat. cartilago, gr. chondros)

avaskulárne (bezcievne) a aneurálne spojivové tkanivo,

vlastnosťami vyhovuje nárokom na pevnosť a pružnosť,

málo buniek, viac ako 95% objemu chrupky tvorí medzibunková hmota,

povrch pokrýva perichondrium (stratum fibrosum a stratum chondrogenicum)

Prehľad chrupky

chrupka

bunky

extracelulárny

matrix

chondrocyty

chondroblasty

(v perichondriu)

vláknitá zložka

amorfná zložka

kolagén I.

kolagén II.

elastín

Ultraštruktúra chondrocytov v TEM

dilatované cisterny drsného ER, početné cisterny Golgiho aparátu, sekrečné vezikuly, čo napovedá o ich vysokej aktivite pri tvorbe bielkovín

kolagén typu II.

chondrocyt

hyalurónan

proteoglykánové

monoméry

Chemické zloženie

hyalínovej chrupky

Hyalínová chrupka (sklovitá)

LAKÚNY S CHONDROCYTMIIZOGENETICKÉ SKUPINY

Kde sa nachádza hyalínová chrupka?

Udržuje priechodné dýchacie cesty (chrupky nosa, larynx, trachea, bronchy)

Hyalínová chrupka – iné funkcie

Vývin kostí – kostra plodu

Rast kostí – rastová epifýzová platnička

Artikulačné plochy kostí – kĺbová chrupka

Chrupky rebier

Articular

cartilage

Hyalínová chrupka

Dve oblasti medzibunkovej hmoty:

• teritoriálna matrix – okolo izogenetických skupín,

menej kolagénových vlákien, viac chondroitín sulfátu

(bazofilnejšia oblasť)

• interteritoriálna matrix – medzi lakúnami

Rast chrupky

v dospelosti obmedzený rast aj regenerácia

1) Intersticiálny rast – mitóza chondrocytov

2) Apozičný rast – diferenciáciou chondroblastov perichondria

Elastická chrupka

Väzivová chrupka

Kĺbová chrupka

súčasť diartróz (pravých kĺbov),

polo-rigidná forma spojivového tkaniva,

vystavená tlaku a treniu,

pevne spojená s kosťou, hranica medzi zvápenatenou chrupkou a kosťou je neostrá,

bez ciev a nervov, bez perichondria

Kĺbové puzdro

Väzivová vrstva

Synoviálna membrána

◼ Synovialocyty A + B

◼ Epiteloidné bunky (bez bazálnej membrány)

◼ Makrofágy + sekrécia synoviálnej tekutiny (kĺbový maz)

Čím je kĺbová chrupka zvláštna?

nemá perichondrium,

obmedzená schopnosť regenerácie,

výživa zo synoviálnej tekutiny („kĺbové

myšky“ po odštiepený časti chrupky),

nachádza sa v hypoxickom prostredí.

5% kyslík

Syntéza proteglykánov

Syntéza kolagénu

Syntéza hyalurónanu

Syntéza rastových faktorov

Hladina ATP

20% kyslík

1% kyslík

Oblasti (zóny) kĺbovej chrupky

povrchová oblasť

prechodná

oblasť

radiálna (hlboká)

oblasť

oblasť zvápenatenej

chrupky

podchrupková kosť

špongiózna kosť

Klinické poznámky - osteoartróza

degeneratívne ochorenie kĺbov, postihujúce predovšetkým kĺbovú chrupku

až 40 % obyvateľov starších ako 70 rokov trpí klinicky manifestnou osteartrózou kolenného kĺbu

vysoká prevalencia artrózy v spojitosti s následnou práceneschopnosťou a drahými liečebnými postupmi stáli USA v roku 2007 viac ako 185,5 bilióna USD !!!

Mechanické úrazy kĺbovej chrupky

1) disrupcia medzibunkovej hmoty v povrchových častiach kĺbovej chrupky,

2) parciálny defekt postihujúci len časť hrúbky chrupky – vznikajú trhliny

3) defekt postihujúci celú hrúbku chrupky vrátane subchondrálnej kosti.

najčastejším miestom poškodenia je mediálny kondyl femuru (80%), menej často laterálny kondyl (15%)

chrupka sa v mieste lézie po čase hojí väzivovou jazvou, čo má za následok klinické ťažkosti

Mikroskopický obraz čiastočného poškodenia kĺbovej chrupky kolena miniatúrneho Goettingenského prasaťa 2 mesiace po úraze. Miesto poškodenia (D) sa hojí tkanivom podobným kĺbovej chrupke (DB –

hranice defektu)

Kostné tkanivo - prehľad

ochrana, podpora, zásobáreň Ca2+ a PO42-

len 7% vody, veľa minerálov (hydroxyapatit, ióny organických kyselín)

proteoglykány a glykoproteíny (viažuce Ca)

Kolagén typu I. – pevnosť kosti

Cievy a nervy prebiehajú v kanálikoch (Haversove a Volkmanove kanáliky)

Bunky kostného tkaniva

Osteoprogenitorové bunky: schopné diferenciácie a mitotického delenia, súčasť periostu a endostu

Osteoblasty: produkujú osteoid –nemineralizovanú matrix aj osteokalcín a kyslú fosfatázu – mineralizácia

Osteocyty: uložené v lakúnach, pospájané výbežkami (cez nexy) uloženými v canaliculi ossium

Osteoklasty: mnohojadrové bunky, pôvod z monocytov, rezorpcia kosti

Osteoklasty

Howshipové lakúny

Haversov systém - osteónHaversove kanálikyLamelyOsteocyty v lakúnachCanaliculi ossiumVolkmanove kanáliky

Primárna kosť - vláknitáSekundárna – lamelózna

KompaktnáŠpongiózna

Primárna kosť (nezrelá, vláknitá) – v embryonálnom vývoji, pri hojení zlomenín - náhodné usporiadanie kolag. vlákien a osteocytov, menej minerálov

- v zubných alveoloch, úponoch niektorých šliach - drsnatiny, v blízkosti švov

Sekundárna kosť (zrelá, lamelózna) –

- kompaktná

- špongiózna

Výbrus kosti

Periost a endost

Periost – je zložený z vonkajšej vrstvy (husté kolagénové väzivo) a vnútornej vrstvy (riedke kolagénové väzivo, osteoprogenitorové bunky), v oboch vrstvách cievy

Endost - je tvorený jednou vrstvou osteoprogenitorových buniek, málo väziva

Funkia: výživa kostného tkaniva a zdroj kostných buniek

Sharpeyove vlákna

Kolagénové vlákna, ktoré fixujú periost k osteónom

Histogenéza kostí - osifikácia

Dezmogénna (intramembranózna) –na podklade embryonálneho väziva, ploché kosti lebky + clavicula

Chondrogénna (enchondrálna) – na podklade hyalínovej chrupky

Dezmogénna osifikácia

v mezenchýmovom väzive vznikne tzv. primárna osifikačná oblasť,

z mezenchýmových buniek vznikajú proosteoblasty až osteoblasty, ktoré syntetizujú osteid,

osteoid kalcifikuje a vznikajú spikuly, ktoré navzájom splývajú, čím vznikajú trabekuly.

Chondrogénna osifikácia – základné kroky

Chrupavčitý model z hyalínovej chrupky

Periostálny kostný golier (dezmogénna osifikácia perichondria)

Proliferácia chondrocytov

Hypertrofia chondrocytov

Kalcifikácia medzibunkovej hmoty chrupky

Vznik primárnej dreňovej dutiny

Vrastanie ciev cez periostálny pupeň

Ukladanie osteoidu s následnou mineralizáciou

Primárne osifikačné centrum

Sekundárne osifikačné centrum

Rastová platnička (epifýzovo-diafýzová)

Mineralization of the bone

No satisfactory mechanism can be presented for calcification, two theories exist

Osteoblasts produce alkaline phosphatase,

which could locally increase the deposition of

insoluble calcium phosphate

Osteoblasts produce into bone matrix small matrix vesicules by an active transport

mechanism – formation of calcium phosphate

crystals

Repair of bone after fracture Destruction of bone and haemorrhage,

formation of blood clot

Neutrophils, macrophages – removal of debris

Proliferation of fibroblasts and capillaries into the place of injury = granulation tissue

Formation of connective tissue proper and cartilage in the place of injury – soft, temporary callus

Osteoprogenitors from periosteum and endosteum

– osteoblasts – new, immature bone

Repair of bone after fracture

Vitamins and bone

Vitamin D – promotes calcium and phosphate absorption. Deficiency in children causes the bone disease rickets

Vitamic C – collagen formation. Deficiency results in condition known as scurvy

Vitamin A – ballance between production and resorption of bone

Hormones and bone

Parathormone – activates and increases the number of osteoclasts promoting resorption of bone matrix (raising the blood calcium level)

Calcitonin – decreses the activity of osteoclasts and inhibits bone resorption

Growth hormone – stimulates proliferation of chondrocytes in epiphyseal plate of long bones

Ďakujem za pozornosť!

ivan.varga@fmed.uniba.sk