Functionele histologie [15th ed] 978-90-368-1089-0, 978-90-368-1090-6 [PDF]

Zitiervorschau

*UNQUEIRA°S Functionele histologie

Junqueira’s

Functionele histologie Anthony L. Mescher Nederlandse bewerking door dr. E. Wisse dr. C.P.H. Vreuls dr. J.-L. Hillebrands

Vijftiende druk

#0)/
45"'-&6
7"/
-0()6.
)065&/


ISBN 978 90 368 1089 0 © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën of opnamen, hetzij op enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Voor zover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16b Auteurswet j° het Besluit van 20 juni 1974, Stb. 351, zoals gewijzigd bij het Besluit van 23 augustus 1985, Stb. 471 en artikel 17 Auteurswet, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan de Stichting Reprorecht (Postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp). Voor het overnemen van (een) gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet) dient men zich tot de uitgever te wenden. Samensteller(s) en uitgever zijn zich volledig bewust van hun taak een betrouwbare uitgave te verzorgen. Niettemin kunnen zij geen aansprakelijkheid aanvaarden voor drukfouten en andere onjuistheden die eventueel in deze uitgave voorkomen. © Oorspronkelijke uitgave: Junqueira’s Basic Histology, thirteenth edition, The McGraw-Hill Companies, Inc., USA 2013 NUR 870 Basisontwerp omslag en binnenwerk: Martin Majoor, Arnhem Eerste t/m zesde druk, Wetenschappelijke uitgeverij Bunge, Utrecht 1981-1993 Zevende druk, Elsevier/Bunge, Maarssen 1996 Achtste druk, Elsevier gezondheidszorg, Maarssen 2000 Negende, licht herziene druk, Elsevier gezondheidszorg, Maarssen 2002 Tiende, geheel herziene druk, Elsevier gezondheidszorg, Maarssen 2004 Elfde, geheel herziene druk, Elsevier gezondheidszorg, Maarssen 2007 De belangrijkste wijziging van de twaalfde en dertiende druk ten opzichte van de elfde druk is de onlinetoevoeging, respectievelijk Studeren 2.0 en StudieCloud. Veertiende, herziene druk, Reed Business Education, Amsterdam 2014 Vijftiende druk, Bohn Stafleu van Loghum, Houten 2016 Bohn Stafleu van Loghum Het Spoor 2 Postbus 246 3990 GA Houten www.bsl.nl

Voorwoord

BIJ DE VEERTIENDE DRUK

Bij de start van onze werkzaamheden voor deze geheel vernieuwde druk van ‘Junqueira’ misten we onze collega’s Leo Ginsel en Paul Nieuwenhuis. Leo Ginsel overleed in 2009 en Paul Nieuwenhuis heeft zich teruggetrokken. Wij zijn beiden dankbaar voor de kennis, energie en tijd die zij aan de opeenvolgende drukken van ‘Junqueira’ besteed hebben. De samenwerking was zowel professioneel als vriendschappelijk. Wij hebben het resultaat van hun werk zo goed mogelijk meegenomen naar deze nieuwe druk. Twee jonge redacteuren hebben hun plaats ingenomen: Celien Vreuls (klinisch patholoog) en Jan-Luuk Hillebrands (medisch bioloog). Het was voor mij (Eddie Wisse, bioloog) als redacteur een genoegen met hen en met Christel Lammertink, Mirjam Blom en Peter Altink van Reed Business Education samen te werken bij de productie van deze nieuwe uitgave van Functionele histologie. Deze veertiende druk volgt op de elfde druk; de tussenliggende drukken zijn verschenen als twee onlineversies die in de periode 2010-2013 op de website www.studiecloud.nl zijn gemonteerd. Inmiddels zijn daar driehonderd examenvragen aan toegevoegd. Na de wisseling in de redactie hebben we ook een andere werkmethode ingevoerd. Werd het boek vroeger opgesplitst in drie delen, met elk een eigen redacteur, deze keer hebben we het boek van de eerste tot de laatste pagina ‘lineair’ doorgewerkt. Dit heeft de uniforme aanpak van tekst en illustraties zeker bevorderd. Eerst was er een tekstronde: de tekst werd ontdaan van alle figuren, verwijzingen en figuuronderschriften en werd daarna wat betreft de inhoud en het woordgebruik gereviseerd. De inhoud van de recente Amerikaanse dertiende druk werd hierbij nauw betrokken. Daarna werd in een tweede ronde een selectie gemaakt uit de Amerikaanse, de Nederlandse en de eigen illustraties.

In een derde ronde werden deze illustraties opnieuw gerangschikt en ingelast in de aangepaste tekst en werden de onderschriften herschreven. Hierdoor sluiten de figuren nu beter aan op de volgorde van de onderwerpen in de lopende tekst. Uit de Amerikaanse druk zijn veel illustraties overgenomen, waaronder ook de nieuwe, mooie, anatomische tekeningen. Bovendien zijn de duidelijke, didactische samenvattingen van de hoofdstukken uit de Amerikaanse editie vertaald en aan het einde van elk hoofdstuk geplaatst. Deze vervangen de summiere inleidingen die in de vorige druk aan het begin van elk hoofdstuk stonden. Wij denken dat deze ingrepen de studeerbaarheid van het boek hebben verbeterd. We hebben enkele hoofdstukken samengevoegd, sommige titels veranderd en soms de volgorde van paragrafen aangepast. Wij hopen dat ook hiermee de logica en de duidelijkheid van de tekst erop vooruit zijn gegaan. Bij de microscopische opnamen horen de kleuring en de vergroting eigenlijk consequent vermeld te worden. Door de verscheidenheid in de herkomst van een deel van de illustraties zijn deze gegevens in de loop der tijd voor een deel helaas verloren gegaan. Wel hebben wij achter in het boek een overzicht gegeven van de klassieke histologische kleuringen. Wat betreft de figuren is er gestreefd naar relatief grote illustraties met een zo hoog mogelijk detail en een optimale beeldkwaliteit. Er werden bijna tweehonderd nieuwe afbeeldingen van histologische preparaten toegevoegd. Verder zijn we ervan uitgegaan dat goede afbeeldingen te lijden hebben onder het plaatsen van sterretjes, pijlen, lijnen, letters enzovoort. Het begrijpen en toepassen van een goed geformuleerd onderschrift bij een illustratie leek ons voor een student een didactisch verantwoorde oefening, omdat het begripsmatig

analyseren van een inhoudsvolle afbeelding het waarnemingsvermogen scherpt. Een selectie van de medische applicaties (in de kaders ‘Medische context’) is aangepast; ook werd een aantal nieuwe teksten toegevoegd. Wij denken dat deze bijkomende informatie nuttig is voor het gebruik van het boek in de (bio)medische disciplines. Enerzijds is het niet de bedoeling een inleiding in de pathologie of de klinische wetenschappen aan te bieden, anderzijds hopen we hiermee wel duidelijk te maken dat een goede kennis van de histologie belangrijk is als basisvak voor de geneeskunde. Naar onze mening is het belang van de klinische pathologie en de histologische benadering in de diagnose, therapie en prognose van patiënten de voorbije jaren enorm toegenomen. Daarmee plaatst dit boek zich in de bacheloropleidingen geneeskunde, tandheelkunde, diergeneeskunde, biomedische wetenschappen en paramedische opleidingen. We durven zelfs te beweren dat dit boek op zijn plaats is in de boekenkast van huisartsen en specialisten, omdat bijvoorbeeld de afbeeldingen en de beschrijvingen als illustratief materiaal voor patiënten en stagiair(e)s goed van pas kunnen komen.

Op de ‘hoorzitting’ met de docenten ter voorbereiding van deze nieuwe druk werd onder meer de vraag gesteld waarom bepaalde woorden in de tekst vetgedrukt staan. De verklaring is dat deze woorden in het register zijn opgenomen. Aangezien elektronische links in een boek niet mogelijk zijn, is het een voordeel dat een woord dat in het register is opgezocht, makkelijk op de desbetreffende pagina kan worden teruggevonden als het vetgedrukt is. Bij het tot stand komen van dit nieuwe boek hebben wij de hulp gekregen van vakgenoten. Daarom willen wij de volgende collega’s hartelijk bedanken: Filip Braet (Sydney), Jack van Horssen (Amsterdam), Ger Koek (Maastricht), Jean-Pierre Timmermans (Antwerpen) en Fons Verheyen (Maastricht). Wij wensen onze lezers een vruchtbare lezing of studie en houden ons aanbevolen voor opmerkingen en suggesties die de kwaliteit van het boek kunnen verbeteren. Eddie Wisse ([email protected]) Celien Vreuls ([email protected]) Jan-Luuk Hillebrands ([email protected]) zomer 2014

BIJ DE EERSTE DRUK

Bij het verschijnen van de Nederlandse versie van het boek Basic Histology willen de bewerkers de redenen daartoe aangegeven en hun wijze van uitvoering verantwoorden. Zij zijn ervan doordrongen dat heden ten dage het Engels de voertaal is in de medisch-biologische wetenschappen en dat van de student in de geneeskunde verwacht mag worden dat hij een Engelse tekst weet te lezen. Bij de toegenomen ongelijkheid in de vooropleiding is dit echter vaak een probleem en men kan zich afvragen of de student de vaardigheid in het omgaan met de Engelse taal wel moet verwerven aan de hand van de noodzakelijke basiskennis van de histologie. De ervaring leert bovendien dat het gebruik van uitsluitend Engelstalige bronnen onvermijdelijk leidt tot moeilijkheden in de terminologie waarvoor woordenboeken geen oplossing leveren. Om de situatie te vermijden dat de student uit zichzelf niet ontdekt dat een ‘striated duct’ hetzelfde is als hetgeen hem op practicum wordt gepresenteerd als een ‘buis van Pfluger’ of ‘speekselbuis’, wordt door vele docenten aanvullende schriftelijke informatie verstrekt in uiteenlopende vormen. Wil men dit echt goed doen, dan komt dit vrijwel neer op het schrijven van een volledig leerboek mét de voor een vak als histologie essentiële illustraties, een taak waarvoor juist degenen die het beste zijn geïnformeerd, terugdeinzen vanwege de enorme tijdsinvestering. Het boek van Junqueira en Carneiro, waarvan de derde Amerikaanse editie in 1980 is verschenen, leek, ondanks erkende tekortkomingen, vanwege zijn beknoptheid en zijn nadruk op de functionele aspecten een bruikbaar uitgangspunt voor een Nederlandse tekst. Bij de bewerking van dit boek is, met goedvinden van de auteurs en de Amerikaanse uitgever, de oorspronkelijke tekst op veel plaatsen omgewerkt en herzien. Verschillende collegae in Nederland en België waren zo vriendelijk ons daarbij te helpen door een deel van de tekst kritisch door te nemen. Daar hun aantal vrij groot is en hun bijdragen uiteenlopend zijn geweest, wordt hier afgezien van een opsomming van hun namen; dit doet echter niets af aan onze erkentelijkheid voor hun hulp. De eindverantwoordelijkheid voor de tekst berust uiteraard bij de bewerkers. Deze hebben ernaar gestreefd steeds Nederlandse termen te gebruiken die zo dicht

mogelijk bij de Engelse zijn gelegen. Waar dit niet het geval is en verder wanneer bij gevestigde Engelse termen een nieuwe of niet algemeen gebruikelijke Nederlandse term werd geïntroduceerd (b.v. ‘gerichte stamcel’ voor ‘committed stam cell’) is steeds de Engelse term tussen haakjes toegevoegd en ook in het register opgenomen. Hierdoor zal o.m. de bruikbaarheid van het boek worden verhoogd voor afgestudeerde artsen, biologen en anderen die hun kennis op peil willen brengen op een van de vele gebieden waar dit vak sterke veranderingen heeft ondergaan. Ook technisch hulppersoneel, dat een steeds grotere rol gaat spelen bij de fundamentele research, kan baat hebben bij een Nederlandse tekst. Veel aandacht is gegeven aan verbindingen met de praktische geneeskunde, toegespitst op de situatie in West-Europa. Waar dit nuttig of noodzakelijk leek, zijn bepaalde aspecten met betrekking tot de medische wereld, dan wel specifieke celbiologische of histologische details die o.i. enige illustratie of uitbreiding behoefden, in voetnoten vastgelegd. Het boek kan geheel bestudeerd worden zonder de voetnoten te raadplegen; deze zijn alleen bedoeld om de geïnteresseerde lezer af en toe een doorkijkje te bieden. Naar onze mening is deze opzet goed te verenigen met het principe van de zelfstudie, waarvoor de ouderejaars student thans een duidelijke voorkeur aan de dag legt. Voor de hoofdtekst is uitgegaan van de basiskennis t.a.v. scheikunde en biologie op het niveau van het eindexamen vwo. Om de kosten op een voor de student aanvaardbaar niveau te houden, is bij de uitvoering van de tekst gekozen voor een eenvoudig procédé. Om dezelfde reden zijn de inschriften en symbolen in foto-illustraties ongewijzigd uit de Amerikaanse editie overgenomen. Hetzelfde geldt voor de literatuuropgaven, daar de ervaring leert dat de gemiddelde student, voor wie dit boek toch in de eerste plaats bestemd is, daar weinig gebruik van maakt. Voor de spelling van de Nederlandse tekst is op uitdrukkelijk verzoek van de uitgever consequent uitgegaan van de Woordenlijst der Nederlandse taal en de ‘grote Van Dale’, ook waar deze officiële spelling afwijkt van het jargon der vakgenoten. J. James en C.J.H. van den Broek, mei 1981

Referenten elfde druk

Prof.dr. J.G. Aarnoudse, UMCG, Groningen Prof.dr. H.W.G.M. Boddeke, UMCG, Groningen Prof.dr. F. Braet, University of Sydney Dr. P. Buma, Radboud universitair medisch centrum, Nijmegen Prof.dr. V. Everts, Vrije Universiteit, Amsterdam Dr. B. De Geest, Katholieke Universiteit Leuven Dr. J.A.M. van Gisbergen, Radboud universitair medisch centrum, Nijmegen Prof.dr. M.J. Heineman, AMC, Amsterdam Prof.dr. C.G.M. Kallenberg, UMCG, Groningen Dr. G.H. Koek, Academisch Ziekenhuis Maastricht Prof.em.dr. G.H. Koëter, UMCG, Groningen Prof.dr. J. van Krieken, Radboud universitair medisch centrum, Nijmegen Dr. A.P.M. Lamers, Radboud universitair medisch centrum, Nijmegen Prof.em.dr. H.J. Mensink, Groningen Prof.dr. G.J. Navis, UMCG, Groningen Mw. dr. M. Rook, UMCG, Groningen Prof.dr. E.W. Roubos, Radboud Universiteit, Nijmegen Prof.dr. J. Schalkwijk, Radboud universitair medisch centrum, Nijmegen Prof.em.dr. C.Th. Smit Sibinga, Zuidhorn Prof. J.P. Timmermans, Universiteit van Antwerpen Prof.dr. E. Vellenga, UMCG Groningen Prof.dr. B.H.R. Wolffenbuttel, UMCG, Groningen Prof.em.dr. W.G. Zijlstra, UMCG, Groningen

Inhoud Kijk voor oefenvragen en samenvattingen op www.studiecloud.nl

Afkortingen 15 1

Waarnemingsmethoden

4

2

Cel

5

6

Inleiding 87 Epitheelcellen 87 Classificatie van epithelia Histofysiologie 102 Samenvatting 110

Kraakbeen

147

Bot

157

Inleiding 157 Botcellen 157 Botmatrix 161 Periost en endost 162 Soorten botweefsel 163 Histogenese 165 Histofysiologie 169 Gewrichten 172 Samenvatting 175

51

8

94

139

Inleiding 147 Hyalien kraakbeen 149 Elastisch kraakbeen 154 Vezelig kraakbeen 154 Samenvatting 156

7

Epitheel 87

Vetweefsel

126

Inleiding 139 Univacuolair vetweefsel 140 Plurivacuolair vetweefsel 143 Samenvatting 145

43

Inleiding 43 Onderdelen van de cel 44 Celkern 45 Ribosomen 49 Endoplasmatisch reticulum Golgi-complex 53 Celmembraan 56 Lysosomen 61 Mitochondriën 64 Peroxisomen 66 Cytoskelet 66 Insluitsels 72 Celcyclus 74 Celdood 79 Samenvatting 83

3

Inleiding 113 Extracellulaire matrix 113 Cellen van het bindweefsel Bindweefseltypen 131 Histofysiologie 134 Samenvatting 136

17

Inleiding 17 Weefselvoorbereiding 18 Lichtmicroscopen 19 Elektronenmicroscopen 24 ‘Scanning-probe’-microscopen (SPM) 26 De interpretatie van microscopische beelden 27 Vriestechnieken 29 Celkweek 31 Histochemie en cytochemie 32 Enzymhistochemie en -cytochemie 35 Immunohistochemie, in-situhybridisatie en lectinehistochemie 36 Samenvatting 39

Bindweefsel 113

Zenuwweefsel

179

Inleiding 179 Ontwikkeling 179 Neuronen 181 Gliacellen 190 Centraal zenuwstelsel 194 Perifeer zenuwstelsel 200 Autonoom zenuwstelsel 207

Degeneratie en regeneratie Samenvatting 212

9

Zintuigen

Het gebit 388 De farynx 398 Algemeen bouwpatroon De oesofagus 402 De maag 402 De dunne darm 410 De dikke darm 425 Samenvatting 429

209

215

Inleiding 215 Receptoren 215 Het oog 220 Het gehoor- en evenwichtsorgaan Samenvatting 252

238

15 10

Spierweefsel

255

Inleiding 433 Speekselklieren 433 Pancreas 436 Lever 441 Galwegen en galblaas Samenvatting 466

Inleiding 255 Skeletspierweefsel 255 Hartspierweefsel 268 Glad spierweefsel 271 Regeneratie 276 Samenvatting 278

16 11

Hart en bloedvaten

281

17 Bloed

305

Inleiding 305 Hemopoëse 307 Bloed en bloedcellen Samenvatting 342

13

Lymfoïd weefsel

14

345

Spijsverteringskanaal Inleiding 383 De mondholte 383 De tong 384

383

462

469

Huid

493

Inleiding 493 Epidermis 493 Dermis 500 Hypodermis 502 Haren 503 Nagels 505 Talgklieren 505 Zweetklieren 506 Vaten en zenuwen van de huid Regeneratie van de huid 509 Samenvatting 511

326

Inleiding 345 Immuunreacties 347 Immunoglobulinen 349 Thymus 351 Lymfeklieren 359 Milt 368 Mucosa-geassocieerd lymfoïd weefsel en tonsillen 376 Samenvatting 380

Long en luchtwegen

433

Inleiding 469 Het geleidende deel 469 Longweefsel 481 Bloedvaten van de long 489 Lymfevaten van de long 490 Innervatie van de long 490 Pleura 490 Ademhalingsbewegingen 491 Samenvatting 491

Inleiding 281 Het hart 281 Bloedvaten 286 Capillairen 288 Endotheel 290 Arteriën 293 Venen 298 Lymfevaten 300 Samenvatting 302

12

Spijsverteringsklieren

398

18

Nier en urinewegen

508

513

Inleiding 513 Algemeen bouwplan 513 Het nierlichaampje 513 De tubulus 519 Het juxtaglomerulaire apparaat (JGA) De bloedvoorziening 527 Histofysiologie 529 De urinewegen en blaas 535

526

De urethra en bijbehorende klieren Samenvatting 540

19

Endocrien weefsel

537

543

Inleiding 543 Neuro-endocrien systeem 543 Hypofyse 545 Adenohypofyse 547 Neurohypofyse 554 Humoraal endocrien systeem 556 Bijnieren 557 Eilandjes van Langerhans 566 Schildklier 570 Bijschildklieren 575 Corpus pineale 577 Samenvatting 580

20

Histofysiologie van de zaadwegen: sperma en ejaculatie 605 Penis 605 Samenvatting 609

Mannelijke geslachtsorganen Inleiding 583 Testes 583 Histofysiologie van de testes Afvoerwegen 599

583

21

Vrouwelijke geslachtsorganen Inleiding 611 Ovarium 611 Afvoerwegen 623 Uitwendige genitalia 632 Zwangerschap en placenta Endocriene relaties 644 De mamma 645 Samenvatting 651

634

Bijlage: kleuringen van lichtmicroscopische preparaten 653 Illustratieverantwoording

596

611

Register

659

657

Afkortingen

ACTH ADP AFM AMP APC APUD ATP BFU-E CD CFU-E CFU-S CLSM CSF CZS DAB DNES ECF ECM EM EPO FDC FITC GALT GDP GMP GTP HEV IDC IMP ISH LGL LM MAPS MBP MHC MPF MPS MT

adrenocorticotroop hormoon adenosinedifosfaat atomic-force-microscoop adenosinemonofosfaat antigeenpresenterende cel amine precursor uptake and decarboxylation adenosinetrifosfaat burst forming unit-erythrocyte cluster of differentiation colony forming unit-erythrocyte colony forming unit-spleen confocale laser-scanning-microscoop colony stimulating factor centraal zenuwstelsel diaminoazobenzidine diffuus neuro-endocrien systeem eosinophil chemotactic factor extracellulaire matrix elektronenmicroscoop/-microscopie erytropoëtine folliculaire dendritische cel fluoresceïne-isothiocyanaat gut-associated lymphoid tissue guanosinedifosfaat guanosinemonofosfaat guanosinetrifosfaat hoogendotheelvenule interdigiterende cel intramembranous particle in-situhybridisatie large granular lymphocyte lichtmicroscoop/-microscopie microtubule-associated proteins major basic protein major histocompatibility complex maturation promotion factor mononucleaire-fagocytensysteem microtubuli

MTOC NA NADPH NCF NK-cel NOR PALS PDGF PTH RBC RER RES SEM SER SPM SRP SRS-A TCR TEM TGN TNF VLDL

microtubulusorganiserend centrum numerieke apertuur nicotinamide-adenine-dinucleotidefosfaat neutrophil chemotactic factor natural killer-cel nucleolus organizer region periarteriolaire lymfocytenschede platelet-derived growth factor parathyroïd hormoon rode bloedcellen ruw endoplasmatisch reticulum reticulo-endotheliaal systeem scanning-elektronenmicroscoop/-microscopie glad (smooth) endoplasmatisch reticulum scanning-probe-microscoop signal recognition particle (protein) slow reacting substance of anaphylaxis T-celreceptor transmissie-elektronenmicroscoop/ -microscopie trans-Golgi-netwerk tumornecrosefactor very low density lipoprotein

1 Waarnemingsmethoden

INLEIDING

Histologie is de leer van de weefsels, hun samenstelling uit verschillende celtypen en hun combinatie tot organen met verschillende functies. De term is opgebouwd uit twee Oudgriekse woorden: ἱστός (‘tissue’) en λογία (‘woord’ of ‘kennis’). Naast cellen bevatten weefsels vaak intercellulaire vloeistof en intercellulaire matrix en ze worden dikwijls door membraneuze structuren begrensd. Interactie tussen cellen kan plaatsvinden via de matrix. Deze matrix is vaak opgebouwd uit collagene vezels en een grote hoeveelheid andere eiwitten. De microscopische studie van een veelheid van verschillende, maar herkenbare celtypen in een beperkt aantal weefseltypen, in relatie tot hun fysiologische en biochemische functies, vormt de kern van het vak histologie. Dit hoofdstuk geeft een overzicht van de technieken om cellen en weefsels microscopisch te bestuderen. In de microscopie worden de maten van het metrieke stelsel gebruikt zoals die in tabel 1.1 zijn weergegeven. De meest gebruikte maten zijn micrometer (μm) en nanometer (nm). De termen micron (μ = μm) en ångström (Å = 0,1 nm) worden soms nog wel gebruikt, maar in principe zijn ze afgeschaft. Tabel 1.1 Lengte-eenheden die bij licht- en elektronenmicroscopie in gebruik zijn SI-eenheid

Symbool en waarde

Micrometer

μm = 0,001 mm = 10-6 m

Nanometer

nm = 0,001 μm = 10-9 m

De eerste microscopist die zijn resultaten publiceerde, was Antoni van Leeuwenhoek (Delft, 1632-1723). Hij bestudeerde zijn micro-omgeving met eenlenzige, eigengebouwde microscopen (fig. 1.1). Aanvankelijk was de microscopie een curiosum, maar in de negentiende eeuw was ze een professioneel instrument in de biologische, medische en vele andere disciplines. Na de

Figuur 1.1 Replica van een microscoop, zoals gebouwd door Antoni van Leeuwenhoek. Vlak voor de enkele lens bevindt zich een pin, waarop het preparaat werd gemonteerd. Ook kon in verticale positie een druppel met inhoud worden bekeken, waarbij de ronde waterdruppel een versterkend effect had. Zo kon deze microscoop al vergrotingen van 100-250 × en een oplossend vermogen van 2-3 μm bereiken (grootte: 7 cm, opname: E. Wisse).

Tweede Wereldoorlog kwamen de eerste elektronenmicroscopen op de markt. Tot op de dag van vandaag worden nog steeds alle soorten microscopen verder ontwikkeld en er verschijnen nog steeds nieuwe instrumenten, methoden en toepassingen. De laatste decennia is de toepassing van microscopie in de kliniek

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_1, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media

18

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 W AARN EM ING SMETHODEN

52-60 °C

fixatie

dehydratie

clearing

paraffine-impregnatie

inbedding

Figuur 1.2 De inbedding van een weefsel voor microscopische studie kent veel stappen. Een stukje uitgenomen weefsel wordt ondergedompeld in een fixatief en na verloop van tijd ontwaterd in een alcoholreeks met steeds sterkere ethanol. De alcohol wordt verwijderd door xyleen (‘clearing’). Daarna wordt het weefsel in vloeibare paraffine gedompeld. Deze dringt in het weefsel door, zodat dit na afkoelen verhardt en in een microtoom snijdbaar wordt.

enorm toegenomen. De rol van de klinisch patholoog bij de diagnose, stagering, therapie, prognose en opvolging van patiënten is een belangrijk onderdeel van de gezondheidszorg geworden. De basiskennis van de normale structuur van cellen, weefsels en organen, zoals behandeld in dit boek, is dus ook de basis voor de rol van de microscopie en de histologische methoden in de kliniek. WEEFSELVOORBEREIDING

Organen en weefsels kunnen slechts zelden zonder voorbereiding met een microscoop worden onderzocht. Alleen dunne coupes van weefsel zijn doorgankelijk voor licht of elektronen. Uitstrijkjes van cellen, of celkweken die zelf een dunne laag vormen, kunnen soms direct bekeken worden. Om dunne coupes te kunnen maken, worden weefsels eerst gefixeerd en in een snijdbaar materiaal ingebed. Coupes, die met een microtoom worden gesneden, hebben van nature te weinig contrast om ze direct te kunnen bestuderen. Daarom worden ze gekleurd. Preparaten kunnen met doorvallend of opvallend licht of met elektronen op allerlei manieren worden bestudeerd in verschillende soorten microscopen. Idealiter geeft een preparaat het juiste beeld weer, maar tijdens de tamelijk langdurige en ingewikkelde bewerkingen kunnen kunstmatige en zelfs reproduceerbare veranderingen (artefacten) optreden (zie de paragraaf ‘De interpretatie van microscopische beelden’, even verderop).

Fixatie Fixatie stopt het metabolisme van cellen en weefsels, legt de structuur vast en bereidt voor op de daaropvolgende behandelingen (fig. 1.2). Het streven is om daarbij de vorming van artefacten te voorkomen. De fixatie met chemicaliën houdt het crosslinken, denatureren en

onwerkzaam maken van enzymen, structurele proteïnen en fosfolipiden in. Fixatie dient bij voorkeur op zeer vers weefsel te gebeuren, omdat door autolyse verval van structuur in een weefsel optreedt nadat het uitgenomen is of van zijn fysiologische ondersteuning ontdaan is. Omdat cellen en weefsels veel water bevatten, kan men ook fixeren door bevriezing. Voor lichtmicroscopie (LM) is een groot aantal fixatieven in gebruik, bijvoorbeeld Bouin (genoemd naar een vroegere histoloog), dat vooral formaldehyde en picrinezuur bevat. Formaline bestaat uit een verzadigde oplossing van formaldehydegas in water, ook wel formol genoemd. Fixatieven voor elektronenmicroscopie (EM) bevatten dikwijls glutaaraldehyde, waarvan de twee aldehydegroepen de NH2-groepen van eiwitten crosslinken, en een buffer en een stof om het fixatief isotoon te maken ter voorkoming van volumeveranderingen van cellen. Voor EM wordt vaak gebruikgemaakt van dubbelfixatie. Hierbij past men na de glutaaraldehyde osmiumtetroxide toe, dat de onverzadigde banden in vetzuren fixeert en crosslinkt. Een groot deel van de moleculen waaruit een cel is opgebouwd, kan op deze manier goed bewaard worden. Fixatieven kunnen worden toegepast door immersie, waarbij een stukje weefsel in het fixatief wordt ondergedompeld, of door perfusie van het fixatief via de bloedvaten van het orgaan. Omdat de bloedvaten fijn vertakken, bijna of helemaal tot op het niveau van de cellen, geeft deze laatste methode van fixeren veel betere resultaten door de snelle, directe inwerking van het fixatief op de cellen en de extracellulaire matrix.

Inbedding Om het weefsel goed te kunnen snijden, moet het worden geïmpregneerd met een vloeibaar inbedmiddel, dat

F UN CTIONEL E HISTOL OGIE

pas na penetratie verhardt door afkoeling of polymerisatie (fig. 1.2). De inbedding wordt meestal voorafgegaan door een dehydratie in een graduele alcoholserie van 30 tot 100%. Hierna wordt een lipidenoplosmiddel (zoals xyleen of chloroform) toegepast, van waaruit het weefsel voor LM met vloeibare paraffine bij 60 ºC wordt geïmpregneerd. Door afkoeling stolt de paraffine en kan het weefsel met een scherp stalen mes in een microtoom worden gesneden tot coupes van ongeveer 5 μm dik (fig. 1.3). De coupes worden gestrekt op warm water, gemonteerd op objectglaasjes, gedeparaffineerd, gekleurd en onder een dekglaasje ingesloten. Voor EM wordt een hardere inbedding met epoxyharsen gebruikt om het snijden van dunnere coupes mogelijk te maken. Het weefsel wordt na de dehydratie overgebracht in een plastic monomeer, waarna een chemische polymerisator het plastic in twee dagen verhardt. Ultradunne coupes voor EM, met een dikte van 50 tot 100 nm, worden gesneden op een ultramicrotoom met een glazen mes of een diamanten mes. De coupes worden opgevangen op een wateroppervlak dat aansluit op de mesrand. De drijvende coupes worden opgevist op een klein metalen roostertje (‘grid’), dat als preparaatdrager dienstdoet (fig. 1.12a). Door contact met een druppel waarin lood- of uranylionen aanwezig zijn, worden de coupes gecontrasteerd, zodat ze in een transmissie-EM (TEM) (fig. 1.11) bestudeerd kunnen worden.

1 WAARNEMINGSMETHOD EN

19

Figuur 1.3 Microtoom waarmee paraffinecoupes worden gesneden. Door te draaien aan het wiel rechts beweegt een intern mechanisme het weefselblokje (wit en rond, in het midden) op en neer, waarbij het na elke cyclus een instelbare afstand voorwaarts wordt verplaatst. Zo kan bij elke omwenteling een coupe van 0,5 tot 10 μm dikte worden gesneden. De opeenvolgende coupes blijven op het mes liggen. De coupes kunnen vervolgens op een objectglaasje worden overgebracht en gekleurd worden voor lichtmicroscopische studie (ref. Reichert).

Kleuring Doordat kleurstoffen aan verschillende componenten van cellen verschillend sterk adsorberen, komen kleurverschillen tot stand. In een lichtmicroscoop maken deze kleurverschillen de structuur van cellen duidelijk. Kleurrecepten maken soms gebruik van veel verschillende kleurstoffen, zoals die ook wel in de textielindustrie worden gebruikt. Weefselbestanddelen, zoals de basofiele nucleïnezuren (DNA en RNA), kleuren donkerblauw met de basische kleurstoffen hematoxyline of methyleenblauw. Eosine is een zure kleurstof die voornamelijk basische componenten, zoals de NH2-groepen van eiwitten, roze aankleurt. Deze componenten worden acidofiel of eosinofiel genoemd. De HE-kleuring (hematoxyline-eosine-kleuring) met een combinatie van donkere kernen en roze cytoplasma is een standaardkleuring in de histologie. Voor specifiekere kleuringen gebaseerd op specifieke chemische interacties doet men een beroep op speciale kleurstoffen en methoden (zie histochemie, later in dit hoofdstuk, en de appendix ‘Kleuringen van lichtmicroscopische preparaten’).

LICHTMICROSCOPEN

De meeste preparaten worden in een lichtmicroscoop (LM) bekeken met doorvallend wit licht – daarom ook wel helderveld-LM (‘bright field’) genoemd (fig. 1.4). Een LM bestaat uit optische en fijnmechanische onderdelen. De optiek bestaat uit drie lenssystemen: de condensor, het objectief en het oculair. De condensor bundelt het doorvallende licht op het preparaat. Deze belichting bepaalt samen met het objectief de lichtsterkte, het oplossend vermogen en de kwaliteit van het beeld. De juiste afstelling van condensor en objectief werd beschreven door Köhler en is ook naar hem vernoemd: de Köhlerse verlichting. Voor een optimaal resultaat is het aangewezen de regels voor een Köhlerse verlichting te volgen. Het objectief vormt een tussenbeeld dat door het oculair wordt vergroot en geprojecteerd op het netvlies van de waarnemer. Het oog kan vervangen worden door een digitale camera (foto’s of video), eventueel verbonden met een computer die de digitale beelden verder kan bewerken, analyseren, opslaan of versturen. De eindvergroting van een LM is de vergroting van het

20

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 W AARN EM ING SMETHODEN

oculair

prisma

objectieflens preparaat preparaattafel condensor filter x, y-preparaatbeweging focusknop (z-beweging)

a

lichtbron

b

spiegel

Figuur 1.4 a Een lichtmicroscoop met het verloop van de lichtbundel (geel) door de belangrijke onderdelen. Een lichtbron produceert wit licht, dat via een spiegel in de condensor wordt geleid. De condensor is samengesteld uit een aantal lenzen en bundelt het licht op het preparaat. De objectieflens kijkt met een bepaalde werkafstand naar het preparaat en vormt een vergroot beeld, dat door een oculair wordt navergroot en op de retina wordt geprojecteerd. Het prisma dient om de lichtweg te buigen, zodat een comfortabele zitpositie wordt verkregen voor de waarnemer. b Een praktisch voorbeeld van een lichtmicroscoop voor dagelijks gebruik. De microscoop bezit een lichtbron, een condensor, een kruistafel, een grof- en fijn-focusknop, objectieven in een revolver en een binoculaire tubus.

objectief vermenigvuldigd met die van het oculair. Een praktische grens ligt bij 1000 × vergroting.

Oplossend vermogen Het oplossend vermogen van een microscoop (de resolutie) wordt gedefinieerd als de kleinste afstand tussen twee punten die nog net gescheiden kunnen worden waargenomen. Het oplossend vermogen is vooral afhankelijk van het objectief en in mindere mate van de condensor, terwijl het oculair niet veel bijdraagt. De beeldkwaliteit wordt bepaald door de kleurweergave, de transparantie, het contrast én de resolutie van de lenzen en het afwezig zijn van artefacten, terwijl de eigenschappen van het preparaat ook belangrijk zijn. Een goede beeldinformatie wordt verkregen wanneer vergroting en resolutie in evenwicht zijn. Wanneer een hogere vergroting niet gepaard gaat met een hoger oplossend vermogen, resulteert dat in een zinloze (‘lege’) vergroting.

Een belangrijke specificatie van het objectief is de numerieke apertuur (NA), voornamelijk bepaald door de tophoek van de lichtkegel die door een objectief kan worden opgenomen. Met licht van 550 nm en een NA van 1,40 zal de resolutie van een objectief 0,25 μm benaderen. Dit is de grens van de LM; kleinere details kunnen niet gescheiden worden waargenomen met een conventionele LM. Met dit oplossend vermogen kan men nog net organellen in een cel zien als de coupe van goede kwaliteit is. De specificaties van een objectieflens staan meestal op de zijkant gegraveerd. Daar vinden we waarden voor de vergroting (2-100 ×), de NA (tot 1,40), de tubuslengte (160 mm, 170 mm of ∞) en de correctie voor de dekglasdikte (0,17 mm). Verschillende klassen van objectieven worden aangeduid met de namen achromaat of apochromaat (met kleurcorrectie) en planapochromaat (ook voor planiteit gecorrigeerd).

F UN CTIONEL E HISTOL OGIE

a

b

1 WAARNEMINGSMETHOD EN

21

c

Figuur 1.5 Verschillende vormen van lichtmicroscopie van gekweekte, ongekleurde, levende neurale cellen, genomen met a) helderveld, waarin alleen de twee gepigmenteerde cellen te zien zijn, b) fasecontrast, dat de cellen, de kernen, nucleoli en sommige details in het cytoplasma toont (let op de specifieke lichtzoom rond de cellen, die specifiek is voor fasecontrast) en c) interferentiecontrast, dat details toont met een specifiek reliëfeffect. 200 × (opname: S. Rogers).

Fasecontrastmicroscopie Ongekleurde preparaten hebben meestal geen contrast en geven in een LM meestal geen bruikbaar beeld. De fasecontrast-LM is een vinding van Zernike; deze Nederlandse natuurkundige ontving in 1953 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor zijn uitvinding. De fasecontrast-LM berust op het bewerken van kleine faseveranderingen die ontstaan door kleine brekingsverschillen in het preparaat, zodat deze zich voordoen als variaties in licht of donker (fig. 1.5). Fasecontrast wordt dus toegepast op ongekleurde preparaten, zoals vers geisoleerde of gekweekte levende cellen, of vriescoupes van ongefixeerd en ongekleurd weefsel. Gekleurde preparaten laten zich door fasecontrast niet zo goed afbeelden. Het fasecontrastbeeld is herkenbaar aan de ‘halo’ die rond een object in het beeld ontstaat. Levende cellen in kweek worden dikwijls bestudeerd met een omgekeerde microscoop, een ‘invert’-microscoop, waarbij de condensor en het objectief van positie zijn gewisseld. Zo kijkt men door de dunne bodem van een kweekvat naar de cellen die zich op de bodem bevinden. Dit voorkomt dat men een steriele petrischaal moet openen en met de objectieflens de kweekvloeistof binnen moet gaan.

Interferentiecontrast Het interferentiecontrast maakt gebruik van de fasevertragingen die optreden wanneer licht passeert door transparante objecten met verschillen in brekingsindex. Het differentieel interferentiecontrast (Nomarski) vormt een beeld met een pseudoreliëf (fig. 1.5). Het toepassingsgebied is hetzelfde als bij fasecontrast, maar

toch kunnen soms andere details worden gezien door de verschillende wijze van beeldvorming. Bij het bestuderen van een ongekleurd preparaat heeft het dus zin om beide methoden met elkaar te vergelijken.

Polarisatiemicroscopie Weefselcomponenten met een periodieke of repetitieve rangschikking van atomen, moleculen of supramoleculaire eenheden hebben het vermogen gepolariseerd licht te draaien, zodat uitdoving van het licht tussen twee gekruiste polarisatiefilters niet meer optreedt (het principe van de dubbele breking of anisotropie) (fig. 1.6b). Het eerste polarisatiefilter wordt onder de condensor aangebracht (polarisator) en het tweede tussen het objectief en het oculair (analysator). Bekende anisotrope structuren zijn bijvoorbeeld spierfibrillen in spiercellen, collagene vezels in pezen of de lensvezels van het oog.

Fluorescentiemicroscopie Fluorescerende stoffen zetten excitatielicht van een kortere golflengte, bijvoorbeeld blauw, om in emissielicht van een langere golflengte, bijvoorbeeld groen of rood. De lichtbundel passeert in een fluorescentie-LM eerst het excitatiefilter. Dit filter beperkt het excitatielicht tot een bepaalde golflengte, terwijl het emissielicht, dat door het preparaat wordt uitgezonden, geleid wordt door een sperfilter, dat de resten van het excitatielicht uit de bundel verwijdert. Fluorescerende delen van het preparaat lichten daardoor op tegen een donkere achtergrond (fig. 1.7). Voldoende sterk fluorescentielicht dat wordt uitgezonden door een structuur kleiner dan 0,25 μm, kan vaak nog gezien worden. Dit

22

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 W AARN EM ING SMETHODEN

a

b Figuur 1.6 a Vergelijking van een routinepreparaat van een mesenteriaal vlies, gekleurd met picrosirius, orceïne en hematoxyline en gefotografeerd met helderveld-LM. Met deze kleuring zijn de rode collagene vezels, de donkere elastische vezels en de donkere kernen zichtbaar (40 ×). b Opname met een polarisatiemicroscoop van hetzelfde preparaat (100 ×). Hierin worden alleen de structuren zichtbaar die een sterke repetitieve moleculaire structuur hebben. Structuren die deze eigenschap niet hebben (bijvoorbeeld de donkere kernen en de elastische vezels), worden niet zichtbaar.

maakt het mogelijk fluorescerende moleculen in cellen of weefsels zichtbaar te maken. Ook natuurlijke (auto)fluorescentie komt voor, bijvoorbeeld door vitamine A. Door de toepassing van fluorescerende probes (antilichamen, oligonucleotiden) kunnen antigenen of nucleotidevolgorden worden gelokaliseerd. Door de ontwikkeling van fluorescente probes met zeer specifieke eigenschappen is men steeds meer in staat fysiologische en biochemische processen in levende cellen te volgen.

R

N N

Tijdens de aanstraling van een fluorescerende stof door de excitatiebundel verliest deze stof een deel van zijn fluorescentie (‘photo bleaching’). Daarom kan het zin hebben een microscoop uit te rusten met een gevoelige digitale camera, eventueel in combinatie met een beeldversterker, zodat al een beeld gevormd kan worden bij minimale hoeveelheden licht, dat bij normale observatie zelfs nauwelijks zichtbaar is. Ook kan het beeld door de software van een computer nog verder versterkt worden. Fluorescentiemicroscopie wordt veel toegepast met ópvallende verlichting (epifluorescentie), waarbij de excitatie- en de emissiebundel samen door hetzelfde objectief passeren, maar ten slotte door een halfdoorlaatbare spiegel van elkaar gescheiden worden.

Confocale ‘laser-scanning’-microscoop (CLSM) Omdat álle aanwezige fluorescerende verbindingen in een coupe bij aanstraling gaan fluoresceren, is het

Figuur 1.7 Fluorescentie-microscopische opname van gekweekte niercellen, gekleurd met acridineoranje. Het DNA in de celkernen (N, nucleus = kern) fluoresceert geel, terwijl het RNA-rijke cytoplasma (R) oranjerood fluoresceert (opname: Geraldes en Costa).

F UN CTIONEL E HISTOL OGIE

1 WAARNEMINGSMETHOD EN

23

laser

scanner detector

A

B

plaat met pinhole

halfdoorlaatbare spiegel

objectieflens actueel focusvlak

a

C

niet-inpreparaat focusvlakken

D

b

Figuur 1.8 a Vergelijking van eenzelfde preparaat in een fluorescentiemicroscoop (A) en in een confocale ‘laser-scanning’-microscoop (B-D). Muizenhersentumorcel, waarin het eiwit GFP (‘green fluorescent protein’) tot expressie is gekomen. Het eiwit (rab4) is terug te vinden op endosomen en op de celmembraan. De monochrome groene fluorescentie is hier in grijswaarden weergegeven. A Conventionele opname met de fluorescentiemicroscoop: de totale cel is afgebeeld, maar de afzonderlijke endosomen daarin zijn moeilijk zichtbaar. B-D Opeenvolgende opnamen (63 ×-objectief), met de confocale microscoop, van de bodem (B), het midden (C) en de top (D) van dezelfde cel: de individuele endosomen zijn beter waarneembaar (opnamen: J.A.M. Fransen). b Het preparaat wordt via een halfdoorlaatbare spiegel aangestraald met een scannende, monochromatische laserstraal. De spiegel zorgt ervoor dat het licht dat terugkomt uit het preparaat naar de detector wordt afgeleid. Door het objectief wordt het excitatielaserlicht gefocusseerd in het focusvlak van de lens. Het laserlicht doorstraalt ook de andere delen van de coupe. De fluorescerende stof in het preparaat zendt vervolgens het emissielicht uit. Dit wordt ook door het objectief opgevangen en doorgestuurd naar de spiegel, die het vervolgens projecteert op het oppervlak met de ‘pinhole’ voor de detector. Alleen het licht uit het focusvlak van de objectieflens passeert door de ‘pinhole’, omdat die precies in het focuspunt van het objectief ligt. Het licht uit andere vlakken van het preparaat valt daarbuiten en wordt niet gedetecteerd. Zo wordt tamelijk veel licht verloren (niet in een conventionele fluorescentiemicroscoop), maar is er wel grote winst wat betreft het zichtbaar maken van details in het focusvlak van het objectief.

emissielicht afkomstig van alle belichte niveaus in het preparaat. Hierdoor kan het beeld wazig worden. In een confocale ‘laser-scanning’-microscoop (CLSM) wordt een scherpe monochrome laserbundel (excitatie) door een spiegelsysteem via het objectief naar een preparaat gestraald, volgens een patroon zoals men een pagina leest (scannen = linksboven beginnen en lijn voor lijn het hele beeld afwerken). In het preparaat zenden alle beeldpunten op al deze lijnen fluorescentielicht uit (emissie), dat door hetzelfde objectief op een ‘pinhole’ (gaatje) wordt geprojecteerd (fig. 1.8). Deze pinhole laat uitsluitend licht door dat van het focusvlak van de objectieflens (het confocale vlak) komt. Licht

van boven en onder het focusvlak wordt buiten de pinhole geprojecteerd en wordt dus niet doorgelaten. De hoeveelheid licht die de pinhole passeert, wordt gemeten door een gevoelige fotomultiplierbuis. Dit signaal wordt gedigitaliseerd en het wordt door een computer op een monitor voor elk beeldpunt als een pixel met de juiste intensiteit en kleur weergegeven. Deze methode geeft dus een scherp fluorescentiebeeld van een optische coupe op een bepaalde hoogte in het preparaat, met een resolutie van 0,18 μm. Door beelden te verzamelen van opeenvolgende ‘optische coupes’ kan de computer een driedimensionale reconstructie van de fluorescerende delen van het preparaat maken. Met

24

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 W AARN EM ING SMETHODEN

Figuur 1.9 Vergelijkende opnamen (100 ×) met een conventionele fluorescentiemicroscoop (links) en een superresolutiemicroscoop (rechts). Getoond is een deel van het cytoplasma van een colonkankercel die is aangekleurd met een fluorescente probe tegen actinefilamenten. Calibratielijn, 5 μm (opname: F. Braet & M. Lampe).

software kan men de reconstructie op de monitor laten ronddraaien en zo de driedimensionale informatie bestuderen.

Superresolutiemicroscopie Naast de gangbare licht- en fluorescentiewaarnemingsmethoden die we hiervóór hebben behandeld, is er de recente ontwikkeling van de zogeheten superresolutiemicroscopie (optical nanoscopy) (fig. 1.9). Deze vorm van lasermicroscopie laat de waarneming toe van objecten in fluorescerend gekleurde preparaten die ver onder het oplossend vermogen (8 tot 10 × beter) van de klassieke lichtmicroscopen, fluorescentiemicroscopen en confocale microscopen ligt. Afhankelijk van het type superresolutiemicroscoop kan een laterale resolutie (XY) van 60 tot zelfs 20 nm verkregen worden. Dit oplossend vermogen benadert dat van een elektronenmicroscoop. Deze techniek stelt strenge voorwaarden aan een stabiele, trilvrije microscooptafel, een objectief met een hoge numerieke apertuur (1,47 NA), een zeer gevoelige camera en een krachtige computer. De toepassingen van deze techniek liggen op het gebied van de structurele biologie, waarbij het belangrijk is moleculaire complexen te bestuderen op supramoleculair niveau. Informatie over individuele receptoren, insluitsels in organellen en eiwitinteracties kan in een kort tijdsbestek (20 minuten) verkregen worden.

Correlatieve microscopie Twee verschillende opnamen met gelijke eindvergroting van hetzelfde preparaat, die men verkrijgt van twee verschillende microscopen, worden nauwgezet gecombineerd, zodat de complementaire informatie gecombineerd wordt. Zo kan men bijvoorbeeld een lichtmicroscopisch fluorescentiebeeld combineren met een ‘scanning’-elektronenmicroscopisch beeld (fig. 1.10). ELEKTRONENMICROSCOPEN

Transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) Door de geringe golflengte van elektronen blijkt met een TEM (fig. 1.11) een oplossend vermogen van 0,1 nm benaderd te kunnen worden. De elektronenbundel kan gefocusseerd worden met een elektromagnetische lens. Deze lens bestaat uit koperdraad dat gewonden is rond een weekijzerkern (fig. 1.13). Door variatie van de elektrische stroom in de koperdraad kan de lens meer of minder bekrachtigd worden. De bron van de elektronen is meestal een wolfraamdraad, de kathode. Deze bevindt zich in een vacuüm. Door elektrische verwarming gaat deze elektronen uitzenden. Het vacuüm is nodig om de elektronen vrij te laten bewegen. Door het aanbrengen van een potentiaalverschil tussen de kathode en een anode (meestal 80 kV) worden de elektronen naar de anode versneld. Door een gat in de anode komen de elektronen die niet van hun koers

F UN C TIONEL E HISTOL OGIE

1 WAARNEMINGSMETHOD EN

25

Figuur 1.10 Correlatieve fluorescentie- en ‘scanning’-elektronen-microscopie-opnamen (SEM-opnamen, zie verderop) van een geïsoleerde, gekweekte leversinusoïdale endotheelcel. De rode kleur vertegenwoordigt de rode fluorescentie van een immunokleuring voor actine, de SEM-foto (midden) werd genomen van precies dezelfde cel nadat deze verder werd opgewerkt voor SEM. In de SEM-opname zien we een zeefplaat met fenestrae (sterretje) en een rand van dikker cytoplasma. Door de twee beelden te ‘matchen’ kan men de actinewaarneming (onmogelijk in SEM) combineren met de lokalisatie van de fenestrae (onmogelijk in een LM). Conclusie: de actine bevindt zich buiten de zeefplaat (streep 200 nm, opname: F. Braet; herdruk met permissie van BioMed Central).

afwijken, als een bundel in de holle kolom van de TEM terecht. De wand van deze kolom wordt gevormd door vijf tot zeven elektromagnetische lenzen, die de elektronen als een optisch medium behandelen. Deze lenzen hebben namen en functies zoals bij de LM: een condensor-, een objectief- en een projectorlens (oculair). Het preparaat, dat via een vacuümsluis wordt ingebracht, bevindt zich in het midden van de kolom ter hoogte van het objectief. De beeldvorming komt tot stand door verstrooiing van elektronen uit de bundel door de contrastmiddelen, zoals lood- en uranylionen, die aanwezig zijn in de ultradunne coupe na aanhechting aan de biologische structuren. Deze plaatsen worden dus in het monochrome beeld als donker (‘electron dense’) weergegeven. Het eindbeeld wordt gevormd doordat de elektronen op een fluorescentiescherm vallen of een fotografische film belichten, of door een digitale camera worden geregistreerd. TEM-preparaten moeten vacuümresistent en zeer dun (50-100 nm) zijn, anders kunnen de elektronen er niet door.

‘Scanning’-elektronenmicroscoop (SEM) Figuur 1.11 Een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM). De mechanische functies, de elektrische functies en de vacuumfuncties van deze TEM (Tecnai, FEI, Eindhoven) zijn geheel gedigitaliseerd. De microscoop is met een digitale camera uitgerust. Boven aan de kolom, die een hoogte van meer dan twee meter bereikt, ziet men de bevestiging van de hoogspanningskabel (40-120 kV). Midden in de kolom ziet men de preparaatsluis. Op tafelniveau ziet men de glazen vensters van de observatieruimte met de binoculair voor het waarnemen van details in het preparaat op het fluorescerende eindbeeldscherm. De x-y-beweging en andere functies van de microscoop (focus, vergroting en belichting) worden bediend door middel van een trackball op de tafel, twee bedieningspanelen, een pc met toetsenbord en een lcd-monitor (opname: FEI).

In een SEM wordt het preparaatoppervlak door een scannende elektronenbundel punt voor punt en lijn voor lijn afgetast, op eenzelfde manier zoals je de pagina van een boek leest. Door de impact van de bundel wordt een wisselend aantal secundaire elektronen met een geringere energie uit het preparaat ‘losgeweekt’ en door een positief geladen detector (+400 V) aangetrokken, opgevangen en als signaal doorgegeven (fig. 1.13). Via een versterker wordt de modulatie van het signaal in verschillende grijswaarden op een hoge-resolutiemonitor weergegeven. De SEM beeldt oppervlakken af van een willekeurig preparaat in grijswaarden (fig. 1.12). Dat leidt tot een typisch maanlandschapeffect en een schijnbaar driedimensionaal, monochroom beeld. De vergroting wordt verhoogd door

26

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 W AARN EM ING SMETHODEN

a

b Figuur 1.12 a De standaard-preparaatdrager voor een TEM bestaat uit een dun kopergaasje met een diameter van 3 mm: een ‘grid’. Afhankelijk van de wensen kunnen de openingen in het rooster groter of anders van vorm gemaakt worden. Op het gridje wordt meestal een dun collodionvlies gemonteerd, waarop de ultradunne coupes worden gelegd. Deze lagen zijn zo dun dat elektronen met 80kV-versnelspanning erdoor kunnen. Dit gridje werd gefotografeerd in een SEM bij een vergroting van 50 ×. b De preparaatdrager voor een SEM (een ‘stubje’) is 10 mm groot. De weefselblokjes worden na fixatie en kritischpunt-drogen met elektronengeleidende lijm op het stubje gekleefd. Het geheel wordt met een geleidend metaal opgedampt. Zo kunnen elf of meer weefselblokjes tegelijkertijd worden bestudeerd. Op de achtergrond is het rooster van de secundaire elektronendetector te zien. Dit stubje werd gefotografeerd in een SEM bij een vergroting van 18 ×. (Opnamen: E. Wisse.)

een kleiner gebied van het preparaat met een fijnere elektronenspot te scannen, maar het beeld toch op hetzelfde scherm weer te geven. De hoogste vergroting ligt rond 80.000 ×, de resolutie is minder dan 6 nm. Preparaten voor SEM worden na de fixatie en dehydratie kritischpunt-gedroogd. Door verhoging van de temperatuur en de druk in een kritisch-punt-droogtoestel kan men het kritisch punt passeren, waarbij er geen onderscheid meer bestaat tussen vaste stof, vloeistof en de gasfase van het medium. Door de druk te verlagen boven de kritische temperatuur kan men in de droge gasfase terugkeren naar atmosferische omstandigheden. Op deze wijze voorkomt men dat tijdens het drogen van preparaten artefacten worden gevormd, zoals dat gebeurt bij het aan de lucht drogen van cellen. Om biologische structuren in het weefsel zichtbaar te maken wordt het weefsel in de 100%-alcoholfase bevroren en daarna gebroken. Het breukvlak, dat veel biologische informatie bevat, wordt in de SEM bekeken. ‘SCANNING-PROBE’-MICROSCOPEN (SPM)

Sinds enige tijd heeft zich een nieuwe generatie van ‘scanning-probe’-microscopen aangediend, waarvan vooral de AFM (‘atomic-force’-microscoop) interessant

is voor biomedische toepassingen. Dit toestel kan onder water met levende cellen in vitro werken. De AFM tast met een zeer fijne naald op het uiteinde van een flexibele en dunne siliconen bladveer (cantilever) een preparaat af. De beweging van de bladveer wordt gestuurd door piëzo-elektrische kristallen, die zeer nauwkeurige, kleine bewegingen uitvoeren. Als de naald het preparaat nadert, kan hij naar twee kanten doorbuigen en bol (aantrekking) of hol (afstoting) worden. De fijne punt van de naald heeft een radius van 5-25 nm en ondergaat deze krachten vanuit het preparaat op atomair niveau, vandaar de naam AFM. De buiging van de dunne bladveer is evenredig met de grootte en richting van de kracht en wordt gemeten met behulp van de reflectie van een laserstraal op het spiegelende oppervlak van de bladveer. De kracht die de naald op elk punt van het preparaat ondervindt, wordt als grijswaarde per pixel op een monitor weergegeven. Zo komt een driedimensionaal, monochroom beeld tot stand. Hoewel de resolutie voor geschikte preparaten onder de 1 nm ligt, is de resolutie met intacte cellen nog niet zo goed (rond 25 nm). Niettemin kunnen levende of kort gefixeerde cellen worden afgebeeld met een beeldkwaliteit die vergelijkbaar is met die van de SEM (fig. 1.14).

F UN C TIONEL E HISTOL OGIE

kathode

1 WAARNEMINGSMETHOD EN

27

elektronenbron 3 mm

anode

condensorlens

koperen grid met coupes

kathode

elektronenbron

anode

objectieflens preparaathouder

condensorlens

tussenlens

kolom kolom

lens scanner

projectorlens

glazen venster

elektronendetector lens

versterker

eindbeeldscherm fotocamera

a

CCDcamera

monitor

Figuur 1.13 a Verloop van de elektronenbundel (geel) in een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM). De elektronen zijn afkomstig van een verwarmde gloeidraad, die als kathode tegenover een anode staat. De elektronen worden gebundeld en vliegen door een kleine opening in de anode de kolom binnen, waar elektromagnetische lenzen (koperdraadklossen rond een weekijzerkern) de elektronen behandelen zoals glazen lenzen dat doen met licht. De preparaatdrager met de ultradunne coupes (een gridje) bevindt zich bij of in de objectieflens. Daar wordt het beeld gevormd door zware metalen die, als contrastmiddel aangebracht, elektronen uit de bundel strooien. De bundel wordt hierna sterk uitvergroot. Het resultaat wordt zichtbaar op het fluorescerende eindbeeldscherm, dat van buitenaf met een binoculair (niet getekend) kan worden bekeken. Het monochrome beeld kan ook door een camera worden geregistreerd. Het inwendige van de kolom van de TEM is leeg en staat onder hoogvacuüm. b Verloop van de elektronenbundel in een ‘scanning’-elektronenmicroscoop (SEM). Ook hier zijn de elektronen afkomstig van een verwarmde gloeidraad en worden ze via de anode als een bundel de kolom in geleid. Elektromagnetische lenzen geven de bundel vorm. Een scangenerator zorgt ervoor dat de bundel lijn voor lijn over het preparaat heen schrijft. Door de interactie van elektronen met het oppervlak van het preparaat, dat zich op de bodem van de kolom bevindt, ontstaan secundaire elektronen. De secundaire elektronen worden door een positief geladen secundaire elektronendetector opgevangen, waardoor een signaal ontstaat. Dit signaal wordt versterkt en wordt, synchroon met de scanner, gebruikt om een monochroom beeld op een monitor af te beelden. Dit beeld geeft vooral topografische informatie over het oppervlak van het preparaat en heeft het karakter van een maanlandschap.

DE INTERPRETATIE VAN MICROSCOPISCHE BEELDEN

Een coupe ontstaat na ingrijpende behandelingen van het weefsel. Het is dus niet zeker dat het resultaat overeenstemt met de werkelijkheid. Soms ontstaan

artefacten, die bovendien reproduceerbaar kunnen zijn. Hoe kan men de werkelijke structuur van een cel achterhalen? Dat kan door alternatieve methoden toe te passen, bijvoorbeeld door TEM-beelden van ultradunne

b

28

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 W AARN EM ING SMETHODEN

726 nm

0 nm

0 Mm

20 Mm

Figuur 1.14 Afbeelding van een gekweekte sinusoïdale endotheelcel uit de lever, gemaakt met behulp van een ‘atomic-force’-microscoop (AFM). De kern ligt in de centrale verhoging. In het perifere cytoplasma kan men kleine openingen (fenestrae) waarnemen. Deze fenestrae hebben een diameter van 200 nm. Dankzij de hoogte-informatie levert de AFM een driedimensionale afbeelding met een detail dat vergelijkbaar is met dat van de SEM. Met de AFM kunnen ook elasticiteitsen krachtmetingen uitgevoerd worden tot op moleculair niveau. De zijden van deze afbeelding zijn 20 μm × 20 μm (opname: F. Braet).

coupes te vergelijken met beelden van vriesbreek-preparaten. Hierbij wordt de structuur niet door een chemisch fixatief vastgelegd, maar wordt deze vastgelegd door het preparaat zeer snel te bevriezen. Als deze alternatieve

methode dezelfde structuur laat zien, is het aannemelijk dat deze niet als artefact door de preparatieve techniek is ontstaan. Als men een ruimtelijke structuur willekeurig door middel van coupes aansnijdt, kan het

F UN CTIONEL E HISTOL OGIE

1 WAARNEMINGSMETHOD EN

29

vers weefsel kunnen op deze manier in enkele minuten vriescoupes worden gemaakt met een cryostaat, een speciaal microtoom ingericht om vriescoupes te maken. Zo komen zeer snel na weefselafname coupes, weliswaar ongekleurd, voor diagnostisch onderzoek beschikbaar. Voor ander wetenschappelijk onderzoek is deze methode eveneens interessant, omdat oplosbare stoffen, zoals ionen, monomere verbindingen en vetten door de invriestechniek in het weefsel bewaard blijven. Enzymen, receptoren, antigenen en adhesiemoleculen worden ook niet door een chemisch fixatief gedenatureerd.

Medische context

Figuur 1.15 Illustratie van het verschijnsel dat verschillende aansneden van eenzelfde ruimtelijke, kronkelende buisvormige structuur kunnen leiden tot verschillende beelden in een coupe. De pijltjes geven aan wat in het microscopisch beeld wordt gezien in elk van de aangegeven snijvlakken. De oriëntatie van coupes door cellen is bijna altijd willekeurig. Slechts bij uitzondering kan men bij het aansnijden van een weefselblokje een bewuste oriëntatie van het weefsel nastreven. Daarom is ruimtelijk inzicht nodig om de structuren die men in een coupe waarneemt te kunnen begrijpen. In deze figuur bevindt de kronkelende buis zich in het vlak van de figuur; in werkelijkheid zal een dergelijke structuur vrijwel altijd in drie dimensies georiënteerd zijn.

resultaat in een tweedimensionaal beeld zeer verschillend zijn (fig. 1.15). Ruimtelijke reconstructie is mogelijk door de informatie van een serie opeenvolgende coupes te combineren, bijvoorbeeld door digitalisatie, computer-beeldverwerking en 3D-reconstructie-programma’s. Deze technieken worden tegenwoordig ook op moleculair niveau in de structurele biologie gebruikt. Met die techniek hoopt men een volledige, gecombineerde moleculaire en microscopische 3D-analyse te kunnen doen van biologische structuren, zoals onderdelen van het cytoplasma, organellen of chromosomen. VRIESTECHNIEKEN

Coupes kunnen ook gemaakt worden van bevroren weefsel. Het bevroren water fungeert dan als inbedmiddel. Chemische fixatie, dehydratie en inbedding worden op die manier vermeden, zodat veel tijd wordt gewonnen. Van

Tijdens een operatie kan een snelle uitslag van microscopisch onderzoek belangrijk zijn, bijvoorbeeld bij de vraag of het weefsel een maligniteit of een andere afwijking bevat. Hiervoor kan een ‘vriescoupe’ worden vervaardigd. Het verse biopt wordt dan ingevroren in vloeibare stikstof en er worden coupes gesneden met behulp van een vriesmicrotoom. Na een snelle kleuring kan de patholoog de vriescoupe microscopisch onderzoeken. Aan de hand van het resultaat, dat na 15 tot 20 minuten ter beschikking kan komen, kan de chirurg het verdere verloop van de operatie bepalen.

Cellen, weefsels en embryo’s worden frequent ingevroren, geruime tijd bewaard en na ontdooien opnieuw gebruikt. Een groot probleem hierbij is de vriesschade die tijdens het invriezen ontstaat door de vorming van ijskristallen. Deze kristallen worden opgebouwd uit puur water dat aan het cytoplasma onttrokken wordt; opgeloste stoffen worden niet mede opgenomen in de ijskristallen. Door de toenemende ionenconcentratie wordt ook osmotische schade veroorzaakt aan de nog niet bevroren delen van het preparaat. IJskristallen zijn zeer scherp en snijden tijdens hun groei dwars door de bestaande structuur van een cel heen. De cryobiologie heeft methoden ontwikkeld om vriesschade te beperken. Door zeer snel in te vriezen, door een cryoprotectans toe te voegen of door onder hoge druk in te vriezen vormt zich amorf (niet-kristallijn of ‘vitrified’) ijs, dat minder schade veroorzaakt. Bevroren preparaten en coupes kunnen in een microscoop met een cryopreparaattafel in bevroren toestand worden bestudeerd (cryo-TEM, cryo-SEM). Ook blijkt dat een breukvlak door bevroren cellen of weefsels (vriesbreken) zeer gedetailleerde beeldinformatie bevat, omdat het breukvlak de contouren van de cel, de celmembraan en de organellen volgt (fig. 1.16). Vriesbreken is daarom een krachtige, alternatieve techniek

30

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 W AARN EM ING SMETHODEN

Figuur 1.16 Replica van het eenzijdige breukvlak van een bevroren en gebroken darmepitheelcel van een muis, gefotografeerd met een TEM. Verschillende organellen zijn aanwezig, zoals microvilli (MV), celmembraan (CM), mitochondriën (M), Golgicomplex (G), celkern (N), kernporiën (pijlen, onderin) en veel vesikels in het cytoplasma. 24.000 × (opname: Staehelin).

F UN C TIONEL E HISTOL OGIE

1 WAARNEMINGSMETHOD EN

31

Figuur 1.17 LM-opname van fibroblasten in kweek. Ondanks de dichtheid van de cellen zijn er nog cellen in deling (zie de mitosefiguur in het midden). Fibroblasten behoren tot de cellen die het gemakkelijkst kweekbaar zijn. Men moet zelfs oppassen dat sommige gemengde kweken niet overwoekerd worden door fibroblasten (opname: E. Wisse, 630 ×).

om cellen, organellen en macromoleculen te bestuderen zonder chemische fixatie, inbedding of microtomie. Het cryobreukvlak van intacte organellen, moleculen of macromoleculaire complexen kan direct worden bestudeerd in een SEM of na het maken van een replica (afdruk) in een TEM. Door een bevroren breukvlak bloot te stellen aan vacuüm sublimeert het ijs en wordt het reliëf van het oppervlak nog versterkt. Dit wordt vriesetsen genoemd. CELKWEEK

Dat cellen, als levende bouwstenen van een weefsel, een vorm van autonomie bezitten, blijkt uit het feit dat vrijwel alle tweehonderd celtypen die ons lichaam rijk is, geïsoleerd, gezuiverd en in kweek gebracht kunnen worden. In een kweekmedium, dat voorziet in de nodige voedingsstoffen en eventueel groeifactoren, kunnen de cellen overleven of soms gaan prolifereren en vele

generaties voortgroeien. Het steriele kweekmedium dient regelmatig te worden ververst en de kweekomstandigheden moeten qua temperatuur en gasatmosfeer ook geoptimaliseerd zijn. In een celkweek kunnen de functies van één celtype onder standaardcondities in vitro bestudeerd worden, los van de beïnvloedende omgeving in vivo (fig. 1.17) (in vivo: in het levende dier; in vitro: in glas; in situ: op de plaats waar ze normaal voorkomen). Het kweken van cellen is niet beperkt tot normale menselijke cellen. Er bestaan ook menselijke tumorcellijnen en celkweken van stamcellen en cellen van proefdieren, lagere organismen en planten. Celkweken worden intensief gebruikt voor biomedisch onderzoek, voor biotechnologische productie en voor transplantatie met een therapeutisch doel. Celkweken hebben als groot voordeel dat men de (menselijke) cellen ook voor experimenten kan gebruiken. De kweek van cellen kan

32

F U NC T I O NE L E HIS T O LO GIE

1 W AARN EM ING SMETHODEN

het gebruik van proefdieren beperken. Door coculturen van twee of meer celtypen kunnen cellulaire interacties worden bestudeerd of kan men gaan denken aan weefsel- of orgaanreconstitutie of in-vitrosupportsystemen (‘tissue engineering’). Het kweken van cellen vereist een volledig aseptische techniek tijdens de isolatie, zuivering en kweek, omdat bacteriën of andere organismen zich door de afwezigheid van het natuurlijke afweersysteem gemakkelijk in het voedselrijke medium kunnen vermenigvuldigen. Sommige cellen zijn gemakkelijk uit hun natuurlijke omgeving te isoleren, zoals bloedcellen, terwijl andere uit een vast weefselverband moeten worden losgemaakt. Dit laatste gebeurt met behulp van enzymen, zoals collagenase en hyaluronidase bij een lage calciumconcentratie, die de adhesiemoleculen (integrinen en cadherinen) en celcontacten verbreken. Een dergelijke behandeling levert meestal een mengsel van verschillende celtypen op, zodat bijkomende zuivering nodig is om één bepaald celtype in handen te krijgen. Cellen in vitro hechten zich meestal als een enkele laag (‘monolayer’) aan de bodem van een glazen of plastic kweekvat of kweekschaaltje. Als cellen zich vermeerderen, maken ze op een gegeven moment contact met elkaar. Dit is het stadium van confluentie. Dan stopt de groei. Kankercellen kennen een dergelijke contactinhibitie niet: ze woekeren voort.

Medische context Celkweek wordt al geruime tijd toegepast voor de studie van normale cellen en kankercellen. Celkweek kan ook worden gebruikt voor het testen van nieuwe geneesmiddelen en het uitvoeren van experimenten op menselijke cellen. Gekweekte cellen kunnen tevens worden gebruikt voor de studie van de infectie van cellen met parasieten, bacteriën en virussen. Het maken van een karyogram (chromosomenkaart) gebeurt aan de hand van gekweekte en in deling gebrachte lymfocyten of fibroblasten. In de prenatale diagnostiek kunnen na een amnionpunctie en kweek van de geoogste cellen, die afkomstig zijn van de ongeboren foetus, cytogenetische en metabole afwijkingen worden bepaald. Het verzamelen en kweken van stamcellen en de genetische modificatie van cellen in kweek zullen in de toekomst een grote toepassing krijgen.

HISTOCHEMIE EN CYTOCHEMIE

Histochemie en cytochemie gebruiken methoden waarmee bepaalde chemische groepen of verbindingen in weefsels en cellen zichtbaar gemaakt kunnen worden. Deze methoden zijn gebaseerd op een specifieke reactie tussen een natuurlijke verbinding in de cel en een toegevoegde stof (reagens). Hierbij wordt het eindproduct door een kleur of fluorescentie zichtbaar gemaakt in de LM, of wordt contrast veroorzaakt in de EM. Enkele veelgebruikte methoden worden hierna kort beschreven.

Nucleïnezuren DNA kan op een specifieke manier via de klassieke Feulgen-reactie worden aangekleurd. De procedure begint met een hydrolyse van DNA door zoutzuur, waarbij purinebasen van suikergroepen worden afgesplitst en aldehydegroepen in het desoxyribose ontstaan. De vrije aldehydegroepen reageren met het reagens van Schiff, waarbij een onoplosbaar paarsrood complex ontstaat. Met de klassieke methylgroen-pyroninekleuring is het mogelijk DNA (blauwgroen) en RNA (rood) tegelijk in één preparaat aan te tonen (zie ook fig. 1.7).

Eiwitten Eiwitten kunnen worden aangetoond door het kleuren van bepaalde aminozuren. Zo kan tryptofaan worden aangekleurd met de tetra-azobenzidinereactie. Daarnaast wordt vooral gebruikgemaakt van immunocytochemische methoden om eiwitten specifiek aan te tonen (zie verderop). Fluorescerende falloïdine kan gebruikt worden voor het lokaliseren van F-actine, een van de meest voorkomende eiwitten in lichaamscellen (fig. 1.18).

Polysachariden Polysachariden komen in het lichaam in vrije toestand voor of gebonden aan eiwitten of lipiden. Vrije polysachariden, zoals glycogeen (een belangrijke reservebrandstof, die in vrijwel alle cellen voorkomt), kunnen worden aangetoond met de perjoodzuur-Schiffkleuring (‘periodic acid-Schiff’: PAS). Deze is gebaseerd op de oxidatieve werking van perjoodzuur (HIO4) op de 1,2-glycolgroepen in de glucoseresiduen, zoals weergegeven in de reactievergelijking: A C

B O

C

O

O

I O C

I C

C

+ HIO4

OH

H

C

C

C

C

H

OH

H

H

O

F UN CTIONEL E HISTOL OGIE

1 WAARNEMINGSMETHOD EN



ketens aan een centrale eiwitketen zijn gebonden. Ze vormen een belangrijk deel van de grondsubstantie van het bindweefsel. De koolhydraatcomponenten vormen het grootste deel van het molecuul. Sommige glycosaminoglycanenen proteoglycanen zijn niet met PAS kleurbaar, maar wel met bepaalde basische kleurstoffen, zoals alciaanblauw. De zure groepen van de negatief geladen glycosaminoglycanen tonen een METACHROMATISCHEREACTIEmet toluïdineblauw. Dat wil zeggen dat ze een andere kleur aannemen (bijvoorbeeld groen) dan die van de kleurstofoplossing zelf (bijvoorbeeld blauw).

(MZDPQSPUF«OFO
FO
HMZDPMJQJEFO 'LYCOPROTEtNENvormen een andere groep van koolhydraateiwitcomplexen. De koolhydraatcomponent is minder overheersend en bestaat uit korte en soms vertakte oligosacharidenketens. Deze neutrale verbindingen kleuren vaak met 0!3 (fig. 1.19). 'LYCOLIPIDEN vormen een belangrijke component van de membranen van cellen. Ze maken onder meer deel uit van de plasmamembraan van zenuwcellen (gangliosiden en cerebrosiden). De koolhydraatcomponent is gelijk aan die van glycoproteïnen. 'JHVVS

Specifieke celcomponenten kunnen met immunofluorescentie worden herkend in cellen, zelfs bij lagere vergrotingen. Hier een dubbelkleuring met DAPI, dat de kernen donkerpaars kleurt, en fluoresceïne-falloïdine, die de F-actinefilamenten van de cel groen kleurt. 500 t (opname: C.E. Walczak en R. Risk).

De nieuwgevormde aldehydegroepen reageren, evenals bij de Feulgen-reactie, met het reagens van Schiff tot een onoplosbaar complex met een scharlakenrode kleur. Er komen in cellen en weefsels ook PAS-positieve substanties voor met een andere chemische structuur dan glycogeen. Deze verbindingen behouden hun kleurbaarheid na een behandeling met amylase, dat specifiek glycogeen afbreekt (fig. 1.19).

(MZDPTBNJOPHMZDBOFO
FO
QSPUFPHMZDBOFO 'LYCOSAMINOGLYCANEN zijn negatief geladen polysachariden. De lange, onvertakte polymeerketens bestaan (meestal afwisselend) uit aminosuikers en hexuronzuren, waaraan carboxyl- en sulfaatgroepen gebonden zijn. Bekende voorbeelden zijn chondroïtinesulfaat, dermatansulfaat, heparansulfaat en keratansulfaat (zie ook hoofdstukken 4, 6 en 7). 0ROTEOGLYCANEN zijn complexen van glycosaminoglycanen en eiwitten, waarbij lange glycosaminoglycaan-

-JQJEFO ,IPIDENworden meestal aangetoond met kleurstoffen die goed in vetten en slecht in water oplosbaar zijn. Bij de dehydratie in alcohol die noodzakelijk is voor het inbedden van het weefsel in paraffine, worden de lipiden opgelost, zodat voor het aantonen van lipiden in weefsels VRIES COUPES moeten worden gebruikt. De coupes worden in een alcoholische oplossing van een geschikte kleurstof gebracht; de kleurstof gaat dan over in de vetdruppeltjes van de cellen. Hiervoor worden vooral nijlrood en sudanzwart gebruikt, die de lipiden rood respectievelijk zwart kleuren.

-PLBMJTBUJF
WBO
JPOFO Naast de klassieke coupemethoden voor het bepalen van ionenconcentraties, zoals voor calciumzouten (alizarinerood) en ijzerionen (Perls-kleuring met Pruisisch blauw), is er een techniek ontwikkeld waarmee ionenconcentraties in levende cellen bepaald kunnen worden. Hiertoe worden fluorescerende componenten (onder andere FURA ) aan een kweekmedium toegevoegd waarin zich cellen bevinden. Wanneer ze zich aan een bepaald ion (Ca2+, Mg2+ of K+) binden, veroorzaken ze een specifieke verschuiving in de golflengte van het fluorescentielicht. Hierdoor kunnen onder andere in levende cellen veranderingen van intracellulaire ionenconcentraties gevolgd worden.

34

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 W AARN EM ING SMETHODEN

Figuur 1.19 Darmvillus gekleurd met PAS (‘periodic acid-Schiff’). De scharlakenrode kleuring duidt de plaats aan waar in het preparaat suikers voorkomen. De suikers maken deel uit van de moleculen in het slijm dat door de slijmbekercellen geproduceerd wordt. Het slijm spreidt zich uit over de villus en bedekt de cellen. Ook de staafjeszoom op het apicale cytoplasma van de darmepitheelcellen kleurt. Aan de basis van de epitheelcellen is de basaal membraan te zien (pijl). De kern van de villus wordt ingenomen door de lamina propria. Tussen de epitheelcellen kan men de kernen van lymfocyten onderscheiden. Lichte tegenkleuring met hematoxyline. Planapochromaatopname, 630 × (opname: E. Wisse).

F UN C TIONEL E HISTOL OGIE

Medische context Veel histochemische kleuringen worden gebruikt als hulpmiddel bij het stellen van een diagnose. Bij patiënten met een ijzerstapeling (hemochromatose, hemosiderose) wordt een Perls-kleuring voor het aantonen van ijzer gebruikt. Bij patiënten met een glycogeenstapeling (glycogenose) of een stapeling van glycosaminoglycanen (mucopolysacharidose) wordt PAS toegepast voor het aantonen van glycogeenresiduen. Bij patiënten met een stapeling van sfingolipiden (sfingolipidose) of vet worden lipidenkleurstoffen gebruikt. Ook immunocytochemische kleuringen dragen bij tot het diagnosticeren van tumoren en infecties.

Het gebruik van fluorochromen Bij histochemische en cytochemische analysen wordt vaak gebruikgemaakt van fluorescerende kleurstoffen (fluorochromen) die licht van een bepaalde golflengte absorberen en met een andere, langere golflengte uitstralen. Deze kleurstoffen kunnen gehecht worden aan reagentia, bijvoorbeeld antilichamen, die vervolgens reageren met bepaalde moleculen van het preparaat en daarna met behulp van fluorescentiemicroscopie zichtbaar worden gemaakt. Zo is acridineoranje een veelgebruikte fluorescerende kleurstof voor DNA en RNA. Bij excitatie met ultraviolet licht zendt het acridine-DNA-complex een geelgroen licht uit, terwijl het acridine-RNA-complex oranjerood fluoresceert. Fluorescentiemicroscopie is ook een veelgebruikte techniek om eiwitten aan te tonen. Hiertoe worden fluorochromen, zoals fluoresceïne-isothiocyanaat (FITC, groenstralend) en tetramethylrhodamine (roodstralend), gekoppeld aan antilichamen die deze eiwitten specifiek herkennen en er sterk aan binden. Deze techniek noemt men immunofluorescentie.

1 WAARNEMINGSMETHOD EN

35

worden gegeven van enzymen die zowel met de LM als de EM aantoonbaar zijn.

Zure fosfatase Om het enzym zure fosfatase aan te tonen wordt een kort gefixeerd dun plakje weefsel geïncubeerd in een oplossing van natriumglycerofosfaat (substraat) en loodnitraat (vangreagens) bij een pH van 5,0 (Gomorikleuring) (fig. 1.20b). Het enzym, dat een laag pH-optimum heeft, hydrolyseert het glycerofosfaat. Hierbij komen fosfaationen vrij, die met loodionen reageren en een onoplosbaar kleurloos neerslag van loodfosfaat geven op de plaats waar het enzym zich bevindt. Door zijn elektronenstrooiende eigenschappen is dit neerslag goed te zien met de EM. Voor de LM wordt het kleurloze loodfosfaat in een zwart neerslag van loodsulfide omgezet door middel van ammoniumsulfide. Deze methode wordt vaak toegepast om lysosomen aan te tonen, omdat zure fosfatase specifiek in deze organellen voorkomt. Voor het aantonen van alkalische fosfatase wordt dezelfde procedure gebruikt, met een aanpassing van de buffer van zuur naar basisch (fig. 1.20).

Dehydrogenasen Dehydrogenasen oxideren een specifiek substraat en dragen de daarbij vrijkomende elektronen over aan een ander substraat, het co-enzym. Voor de lokalisatie worden ongefixeerde weefselcoupes geïncubeerd met een gebufferde oplossing, die het substraat, het co-enzym en een tetrazoliumzout (de zogenoemde acceptor) bevat. Tijdens de enzymreactie vindt overdracht van elektronen plaats. Hierdoor wordt het ongekleurde tetrazoliumzout omgezet in een gekleurd onoplosbaar precipitaat, een zogenoemd formazan. Hiermee kan bijvoorbeeld succinaatdehydrogenase, een enzym van de citroenzuurcyclus, in mitochondriën worden gelokaliseerd.

Peroxidase ENZYMHISTOCHEMIE EN -CYTOCHEMIE

Met de enzymhistochemie en -cytochemie kan een specifiek, nog werkend enzym worden gelokaliseerd in een weefsel of cel. De methoden zijn gebaseerd op de vorming van gekleurde, fluorescerende of elektronenstrooiende reactieproducten (meestal neerslagen), waarbij men gebruikmaakt van de specifieke werking van het enzym. Soms kan de hoeveelheid product dienen als maat voor de enzymactiviteit. Enkele voorbeelden

Peroxidase komt in verschillende celtypen voor en kan verschillende substraten oxideren. Voor het aantonen van peroxidase en ook katalase worden coupes van ongefixeerd of licht gefixeerd weefsel geïncubeerd in een oplossing met waterstofperoxide (H2O2) en 3,3’-diaminoazobenzidine (DAB). Het peroxidase zorgt ervoor dat het DAB wordt geoxideerd, waardoor een bruinzwart elektronendicht neerslag ontstaat dat zowel met LM als met TEM waarneembaar is. Als alternatief voor

36

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 W AARN EM ING SMETHODEN

Ly

Ly

b

a Figuur 1.20 a Coupe van een nier van de rat, geïncubeerd voor het aantonen van het enzym alkalische fosfatase volgens de methode van Gomori. De methode voor het aantonen van dit enzym is een variant op het aantonen van zure fosfatase, waarbij de pH van de incubatiebuffer verhoogd is. Het donkere reactieproduct (loodsulfide) bevindt zich op de apicale celmembraan van de niertubuluscellen. b TEM-coupe van een niercel van een rat, na een korte fixatie geïncubeerd voor het aantonen van het enzym zure fosfatase. Het donkere reactieproduct van loodfosfaat bevindt zich in de lysosomen (Ly). 25.000 × (opname: Katchburian).

DAB wordt veelvuldig gebruikgemaakt van 3-amino-9ethylcarbazol (AEC), dat een rood neerslag vormt. De peroxidase/DAB-methode is een van de meest toegepaste methoden: 1 omdat hiermee de peroxidaseactiviteit in verschillende typen bloedcellen kan worden aangetoond, hetgeen belangrijk is voor de diagnose van leukemie; 2 omdat het enzym peroxidase veel wordt gebruikt als merker (label) van het eindproduct van een immunohistochemische reactie. IMMUNOHISTOCHEMIE, IN-SITUHYBRIDISATIE EN LECTINEHISTOCHEMIE

Immunohistochemie (-cytochemie), in-situhybridisatie en lectinehistochemie (-cytochemie) worden gebruikt om macromoleculen te lokaliseren in weefsels en cellen. De methoden zijn gebaseerd op specifieke, hogeaffiniteitsinteracties tussen moleculen.

Immunohistochemie (-cytochemie) Antigenen kunnen gebruikt worden om via een immunisatie een immuunrespons op gang te brengen, met de bedoeling om de vorming van een specifiek antilichaam (immunoglobuline) tegen een bepaald antigeen op te wekken. Een antigeen kan vervolgens in cellen en weefsels worden opgespoord door gebruik te maken van het gevormde, inmiddels geïsoleerde en gezuiverde antilichaam. Antilichamen hechten zich zeer specifiek aan een bepaald antigeen en kunnen gelokaliseerd worden door koppeling aan een merkerstof of label. Dit kan zijn: een fluorescerende verbinding (fig. 1.21a), een enzym, een gouddeeltje (fig. 1.21b) of een elektronenstrooiende verbinding. Als een oplossing met een gemerkt antilichaam wordt aangebracht op een coupe van een weefsel of cel, hecht het antilichaam zich specifiek aan het antigeenmolecuul waar het tegen gericht is. Dit gebeurt op de plaats van het epitoop, namelijk het deel van het molecuul waar het antilichaam specifiek tegen gericht is en dus aan bindt. Hierdoor wordt de plaats

F UN C TIONEL E HISTOL OGIE

1 WAARNEMINGSMETHOD EN

37

N

a

b Figuur 1.21 a Foto van een deciduale cel van een rat in kweek, na een indirecte methode voor het aantonen van het eiwit desmine. Desmine vormt intermediaire filamenten, die hier als een groen netwerk te zien zijn. Het DNA is met een blauwfluorescerende stof Hoechst 33342 gekleurd (opname: Costa). b TEM-opname van een exocriene pancreascel, die geïncubeerd werd met een anti-amylase-antilichaam en daarna met proteïne-A, die aan colloïdaal-goudpartikels gekoppeld was. Proteïne-A heeft een hoge specifieke binding voor antilichamen. De goudpartikels zijn als kleine donkere deeltjes te zien boven de rijpende secretiegranula (opname: Bendayan).

waar het antigeen zich in de cel of het weefsel bevindt microscopisch zichtbaar.

r

Het merken van antilichamen Er bestaan drie methoden voor het labelen van antilichamen. 1 Koppeling van het antilichaam aan een fluorescerende verbinding: de plaatsbepaling gebeurt dan met de fluorescentiemicroscoop. 2 Koppeling aan een enzym: het gemerkte antilichaam wordt dan opgespoord door een enzymhistochemische kleuring. Voor dit doel wordt dikwijls het enzym peroxidase gebruikt, dat gemakkelijk kan worden aangetoond. 3 Koppeling aan een elektronenstrooiend colloïdaalgoud-deeltje, beschikbaar met verschillende diameters (3-20 nm) (immunogoudmethode). Het goudpartikel is van tevoren gekoppeld aan proteïne-A. Proteïne-A is een eiwit van Staphylococcus aureus dat specifiek bindt met het Fc-gebied van een immunoglobulinemolecuul (proteïne-A-goudmethode). Er kan ook meer dan één antigeen in een coupe aangetoond worden, door gouddeeltjes van verschillende grootte te gebruiken voor verschillende antilichamen gericht tegen verschillende antigenen.

De lokalisatie van antigenen De lokalisatie van een bepaald macromolecuul kan volgens een directe of indirecte methode worden uitgevoerd.

r

Directe methode (fig. 1.22, links): coupes van een weefsel dat vermoedelijk een bepaald antigeen X bevat, worden geïncubeerd met een vooraf gemerkt antilichaam tegen X; het antilichaam zal zich dan specifiek aan het antigeen binden. Na de reactie worden de ongebonden antilichamen weggewassen. De plaats van het antigeen kan door de lokalisatie van het gemerkte antilichaam direct met LM of TEM worden vastgesteld. Indirecte methode (fig. 1.22, rechts): hierbij worden in een eerste stap niet-gemerkte antilichamen, bijvoorbeeld van een konijn, tegen een humaan antigeen X in contact gebracht met de coupe. Na reactie kunnen de konijnenantilichamen op hun beurt opgespoord worden met een geit-antilichaam dat tegen konijnenimmunoglobuline werd opgewekt en dat van een label is voorzien. De gevoeligheid van deze methode is groot, omdat het konijnenimmunoglobuline door verscheidene geitenantilichamen tegelijk wordt bezet. Het gemerkte geit-antikonijnen-antilichaam-preparaat kan voor alle proeven met konijnantilichaam worden gebruikt en maakt het experiment daarmee economisch. Gezien deze praktische voordelen wordt deze methode veel toegepast, hoewel ze theoretisch niet de hoogste resolutie zal geven. In dit voorbeeld werd dus het gemerkte geit-antikonijnen-antilichaam in een tweede stap gehecht aan het ongemerkte konijnantilichaam, dat in een eerste stap gehecht werd aan het humaan antigeen in de coupe.

38

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

gelabeld antilichaam

antigeen

1 W AARN EM ING SMETHODEN

gelabeld secundair antilichaam

ongelabeld primair antilichaam antigeen weefselcoupe objectglas

directe methode

indirecte methode

Figuur 1.22 Er bestaan twee methoden voor immunocytochemie: de directe (links) en de indirecte methode (rechts). Bij beide is het doel een antigeen in een coupe te lokaliseren. Bij de directe methode worden antilichamen opgewekt in species 2 tegen een antilichaam in species 1. Die antilichamen worden geïsoleerd, gezuiverd en van een label voorzien en toegepast op coupes van species 1. Bij de indirecte methode wordt het eerste antilichaam niet gelabeld maar wel toegepast, en wordt in plaats van een label een tweede antilichaam in species 3 gemaakt tegen de immunoglobulines van species 2. De antilichamen van species 3 worden voorzien van een label. Dit laatste is economischer en geeft een sterkere respons dan de directe methode. De resolutie van de indirecte methode is door de opeenstapeling van moleculen wel iets minder.

Monoklonale antilichamen De zuiverheid, de specificiteit en de affiniteit van een antilichaam bepalen tezamen het succes van een immunocytochemische lokalisatie. Om antilichamen met een grote specificiteit te verkrijgen wordt gebruikgemaakt van de hybridomatechniek. Hiertoe worden, enige tijd na het inspuiten van een antigeen, antilichaamsynthetiserende cellen uit de milt van een proefdier geïsoleerd. Deze cellen hebben in dit stadium van hun differentiatie hun delingscapaciteit verloren, maar deze capaciteit kan worden hersteld door de cellen ‘onsterfelijk’ te maken door fusie met een tumorcel. Het fusieproduct van een antilichaamsynthetiserende cel en een tumorcel wordt een hybridoom genoemd. Na klonering secerneert zo’n hybridoom grote hoeveelheden van het antilichaam, dat gericht is tegen één bepaald epitoop van het ingespoten antigeen. De productie van deze monoklonale antilichamen biedt voordelen ten opzichte van polyklonale antilichamen, die op een conventionele manier bij een proefdier worden opgewekt en die een mengsel zijn van antilichamen tegen verschillende epitopen op het antigeen.

Medische context Immunohistochemische kleuringen kunnen bijdragen aan het stellen van een diagnose door de patholoog. Tumorcellen kunnen eiwitten produceren die uniek zijn en die de plaats van herkomst of het cel- of weefseltype van de tumor kunnen aangeven. Enkele eiwitten (antigenen) die in de praktijk worden gebruikt, staan in tabel 1.2.

Tabel 1.2 Overzicht van eiwitten (antigenen) die veel gebruikt worden bij de immunocytochemische diagnose van ziekten Antigeen

Diagnose

Cytokeratine

Tumor van epitheliale herkomst

Eiwit- of polypeptidenhormoon

Endocriene tumor

Carcino-embryonaal antigeen (CEA)

Tumor afkomstig van een klier

Steroïdhormoonreceptor

Tumor afkomstig van de borstklier

Virusantigeen

Specifieke virusinfectie

In-situhybridisatie In-situhybridisatie maakt het mogelijk specifieke nucleotidenvolgorden in microscopische preparaten te lokaliseren. De methode is gebaseerd op het feit dat twee strengen in een DNA- of RNA-dubbelstreng (duplex) gescheiden kunnen worden door verwarmen (denaturatie). Vervolgens brengt men een van beide strengen in contact met een probe met een bekende sequentie om te zien of er een dubbelhelix of duplex gevormd wordt. Deze probes hebben een specifieke, gekende, complementaire nucleïnezuursequentie en zijn voorzien van een merker, hetzij radioactief, fluorescerend, enzymatisch of elektronendicht (fig. 1.23). In-situhybridisatietechnieken worden gebruikt in

F UN CTIONEL E HISTOL OGIE

1 WAARNEMINGSMETHOD EN

39

fundamenteel onderzoek, klinische diagnostiek en forensische geneeskunde. De methode vereist echter de toepassing van een tamelijk hoge temperatuur (circa 90 °C). Hierdoor is het gebrek aan weefselpreservatie een probleem. Sommige probes hebben digoxigenine ingebouwd, dat gemakkelijk door specifieke, gelabelde antilichamen kan worden herkend. Naast directe gelabelde probes worden sommige probes gemerkt met moleculen die een tweede stap vereisen voor detectie, vergelijkbaar met de indirecte methode in de immunocytochemie. Voorbeelden hiervan zijn met digoxigenine en biotine gemerkte probes die herkend kunnen worden door respectievelijk gelabelde anti-digoxigenine-antilichamen en gelabelde streptavidine.

Lectinehistochemie en -cytochemie

Figuur 1.23 Weefselcoupe van een goedaardige tumor (condyloma) na toepassing van in-situhybridisatie. De bruine kleuring toont de plaatsen aan waar het DNA van het humaan papillomavirus type 2 aanwezig is. Tegenkleuring met hematoxyline (opname: J.E. Levi).

SAMENVATTING

HOOFDSTUK 1

Lectinen zijn van plantenzaden afkomstige eiwitten die een hoge en specifieke affiniteit hebben voor suikers. Lectinen binden aan specifieke sequenties van suikergroepen; daardoor kunnen verschillende typen glycoproteïnen, glycosaminoglycanen, proteoglycanen en glycolipiden onderscheiden worden. De lectinen worden hiertoe voorzien van bepaalde merkers (bijvoorbeeld peroxidase of colloïdaal goud).

WAARNEMINGSMETHODEN

Prepareren van cellen en weefsels voor microscopie r

r

r

r r

r

Fixeren dient om het metabolisme te stoppen, de structuur vast te leggen en het weefsel klaar te maken voor verdere bewerking, zoals coupes maken en kleuren. Chemische fixatie denatureert eiwitten onder andere door ‘crosslinking’ waarbij enzymen onwerkzaam worden, maar autolyse voorkomen wordt. Chemisch fixeren gebeurt door het toepassen van formaldehyde, glutaaraldehyde of osmiumtetroxide, al dan niet na elkaar of in combinatie. Fysisch fixeren kan door bevriezen. Na dehydratie in een alcoholreeks met opklimmende sterkte en impregnatie met paraffine of monomeer plastic worden kleine weefselstukjes en cellen ingebed. Paraffinecoupes worden op een microtoom gesneden tot coupes van 5 μm voor LM. Ultradunne

r r

r

r

coupes van 50 nm voor TEM worden gesneden op een ultramicrotoom. Voor SEM geldt een aangepaste procedure. Coupes worden op een preparaatdrager gebracht (microscoopglaasje of gridje) en gekleurd of gecontrasteerd met verschillende middelen. Voor LM is HE-kleuring (hematoxyline/eosine = basische/zure kleurstof) de gangbare kleuring. Voor TEM worden oplossingen van zware metalen zoals lood- en uranylionen gebruikt. DNA en RNA kleuren met hematoxyline donkerblauw en worden basofiel genoemd. Eiwitten kleuren lichtroze met eosine en worden acidofiel of eosinofiel genoemd.

Lichtmicroscopie r

Helderveldmicroscopie maakt gebruik van normaal, wit licht. De aangekleurde celonderdelen in de coupe komen met deze methode naar voren.

40

r

r

r r

r

r

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 W AARN EM ING SMETHODEN

Varianten zijn donkerveld- of polarisatie-microscopie. Fluorescentiemicroscopie gebruikt ultraviolet licht (met kleine golflengte) om fluorescerende moleculen in een coupe op te sporen op grond van hun emissie van licht met een langere golflengte. Hiermee kunnen natuurlijke of aangebrachte moleculen en specifieke probes worden opgespoord. Fasecontrastmicroscopie is gebaseerd op de natuurlijke verschillen in de brekingsindex van cellen en weefsels. Kleuring is niet nodig, zodat levende cellen in een uitstrijkje of celkweek direct waargenomen kunnen worden. Interferentiemicroscopie is vergelijkbaar met fasecontrastmicroscopie, maar vormt een reliëfbeeld. Confocale microscopie scant een preparaat met een monochrome laserbundel die in een vlak in het preparaat gefocusseerd wordt. Bij de beeldvorming wordt het fluorescentielicht buiten dit vlak weggefilterd. Beelden uit opeenvolgende vlakken kunnen door een computer tot een fluorescent 3Dbeeld worden samengesteld. De resolutie van de lichtmicroscopie benadert 0,1 μm. Met behulp van speciale computerondersteunde technieken kan men nu onder deze grens komen met de superresolutie-microscoop. De ‘atomic-force’-microscoop (AFM) is gebaseerd op een aftastende siliconen sensor, maar in het onderzoek is deze microscoop nog niet echt doorgebroken.

r

r

Cel- en weefselkweek r

r

r

r

Als beeldvormend medium hebben elektronen een veel kleinere golflengte, zodat een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) een hogere resolutie geeft, tot 0,1 nm. Daarmee kan men de ultrastructuur van cellen en weefsels tot op moleculair niveau bestuderen. In een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) vormen de elektromagnetische lenzen een elektronenbundel. Als deze bundel een ultradun preparaat doorstraalt, ontstaat een beeld doordat zware metalen van de contrastering elektronen uit de bundel ‘wegkaatsen’. Het beeld wordt weergegeven via een fluorescentiescherm of een camera.

Door hun relatieve onafhankelijkheid kunnen cellen, nadat ze uit hun weefselverband los zijn gemaakt, in vitro gekweekt worden in een samengesteld medium. Sommige cellijnen kunnen geruime tijd verder worden gekweekt. Primaire culturen van vers geïsoleerde cellen worden meestal gedurende een beperkte tijd gebruikt. Celkweken in een petrischaal worden meestal van onderen bekeken met een ‘invert’-microscoop.

Cyto- en histochemie

Elektronenmicroscopie r

Vriezen en breken van bevroren cellen of weefsels maakt de studie van het gedetailleerde oppervlak mogelijk. Het oppervlaktereliëf kan nog versterkt worden door vriesetsen, eventueel gevolgd door het maken van een replica met het opdampen van zware metalen op het oppervlak in een vacuüm. ‘Scanning’-elektronenmicroscopen (SEM) scannen het oppervlak van een preparaat met een elektronenbundel. Deze weekt uit het preparaat secundaire elektronen los, die vervolgens door een detector geregistreerd worden. Het preparaat bevindt zich in een vacuüm en is met een dun laagje goud bedekt om het geleidend te maken.

r

r

Enzymcytochemie maakt gebruik van de restactiviteit van een enzym na ‘zachte’ fixatie. Het aangeboden substraat wordt omgezet door het enzym, terwijl in het medium een reagens aanwezig is dat het product van het enzym zichtbaar neerslaat op de plaats van het enzym. Bekende enzymen die vaak worden gedetecteerd, zijn fosfatases, dehydrogenases en peroxidases. Peroxidase kan ook als label worden gebruikt na koppeling aan een antilichaam in een immunohistochemische studie. Omdat chemische fixatie en inbedding meestal de aard van enzymen, epitopen en andere specifieke moleculaire structuren vernietigt of maskeert, maakt men voor cytochemische studies vaak gebruik van vriescoupes van verse cellen of weefsels. Daarin zijn namelijk nog alle reactieve plaatsen en wateroplosbare stoffen bewaard. In de immunohistochemie lokaliseert men een antigeen met behulp van een specifiek antilichaam, dat meestal gelabeld is met een fluorescerende

F UN C TIONEL E HISTOL OGIE

r r

r

r

merker of peroxidase voor LM, of kleine gouddeeltjes voor TEM. Met de directe methode lokaliseert men een antigeen met een gelabeld primair antilichaam. Bij de indirecte methode lokaliseert men een antigeen met een ongelabeld primair antilichaam, dat op zijn beurt met een secundair, gelabeld antilichaam wordt gedetecteerd. Dit is in de praktijk efficiënter, aangezien het secundaire antilichaam voor verscheidene lokalisaties gebruikt kan worden. In-situhybridisatie kan worden gebruikt om specifieke sequenties in DNA of RNA te lokaliseren in cellen met behulp van specifieke, gelabelde nucleotidensequenties. Er is een flink aantal specifieke reacties tussen macromoleculen bekend die gebruikt kunnen worden om een van de twee in cellen te lokaliseren. Voor-

1 WAARNEMINGSMETHOD EN

41

beelden: lectines reageren met suikergroepen, proteïne-A met immunoglobuline, falloïdine met F-actine.

Interpretatie en belang van microscopie r

r

De procedure voor het maken van microscopische preparaten is omslachtig, tijdrovend en vraagt specifieke deskundigheid. Dat geldt ook voor het optimaal gebruik van een microscoop en het maken en interpreteren van de beelden. Daar komt nog bij dat tijdens dit proces artefacten kunnen optreden; dat wil zeggen dat structuren de novo kunnen ontstaan door het toepassen van de technieken. De interpretatie daarvan is een bijkomende complicatie. Coupes zijn tweedimensionale doorsneden van een 3D-structuur. Dit speelt een rol in de interpretatie van de beelden.

Kijk voor oefenvragen en samenvattingen op www.studiecloud.nl


$FM

INLEIDING

Alle levende organismen zijn opgebouwd uit een of meer celtypen. In meercellige organismen zijn verschillende CELTYPENverenigd in weefsels en organen, waarin ook TUSSENCELLIGESTOFof EXTRACELLULAIREMATRIX(%#-)en interstitiële vloeistof voorkomen. Een cel kun je als volgt definiëren: ‘de kleinste, georganiseerde levende eenheid binnen een organisme, die dankzij een omvangrijk metabolisme min of meer onafhankelijk kan bestaan in een fysiologische omgeving en die in staat is tot beweging, groei en deling door mitose en die door specialisatie in een of meer functies kan bijdragen tot de functie van een orgaan’. Qua organisatieniveau bevindt de cel zich tussen het niveau van de moleculen en dat van de weefsels, in de reeks: moleculen, cellen, weefsels, organen, individuen en maatschappij. Verschillende celtypen functioneren tezamen als bouwstenen van een weefsel. In het menselijk lichaam zijn meer dan tweehonderd verschillende celtypen aanwezig. Cellen bereiken zeer verschillende LEEFTIJDEN,namelijkvan enkele dagen tot de totale levensduur van een organisme. Ze kunnen vervangen worden en zijn zelf ook voortdurend bezig met de vervanging van hun ORGANELLENen opbouwende bestanddelen, de EIWITTEN, LIPIDEN en KOOLHYDRATEN en combinaties van deze moleculen. De synthese van eiwitten en enzymen die hiervoor nodig is, wordt bepaald door de informatie die vastgelegd is in het genetisch materiaal van de cel, het GENOOM. Alle cellen zijn via mutatie en selectie tijdens de evolutie ontstaan uit een primitieve oercel. Eencellige organismen, zoals BACTERIpNen PROTOZOpN,hebben zich aan de meest verschillende omstandigheden aangepast en vormen meer dan de helft van de biomassa op aarde. Bij eencelligen moeten alle functies door één cel worden uitgevoerd. In een meercellig organisme kunnen de cellen zich door de signaalgestuurde expressie van verschillende delen van hun genoom DIFFERENTIpRENtot cellen met een verschillende functie en taakverdeling. Verschillende celtypen hebben een verschillende structuur en functie en kunnen met hun verschillende

functies een complementaire samenwerking onderhouden en een veelzijdige orgaanfunctie opbouwen. Hierdoor kunnen meercellige organismen complexere taken vervullen dan eencelligen, waardoor ze een evolutionair voordeel hebben. De ontwikkeling van deze soortgebonden complexiteit (fylogenie) zien wij steeds weer versneld herhaald bij de ontwikkeling van een embryo uit een bevruchte eicel (ontogenie). Een belangrijke stap in de evolutie is de ontwikkeling van EUKARYOTISCHECELLEN,waarbij het DNA werd gescheiden van het cytoplasma en in een KERN werd opgeborgen, omgeven door een KERNMEMBRAAN. Voor een overzicht van de belangrijkste verschillen tussen eukaryotische en prokaryotische cellen, zie tabel 2.1. Eukaryotische cellen zijn omgeven door een CELMEMBRAANen bevatten ORGA NELLEN,als aparte, gespecialiseerde compartimenten van de cel. De celmembraan wordt soms ook PLASMAMEM BRAAN of PLASMALEMMA genoemd. Organellen zijn door één of twee membranen van het omringende cytoplasma gescheiden en hebben elk hun specifieke structuur en werking (fig. 2.1). Bij prokaryotische cellen ontbreekt deze organisatie en ze zijn daardoor minder gedifferentieerd. Eukaryotische cellen zijn ontstaan uit prokaryoten toen op aarde de zuurstofconcentratie begon toe te nemen. De grootte van een eukaryotische cel kan sterk variëren, van 3-5 μm tot enkele malen 100 μm. De cellen van de olifant zijn niet groter dan de overeenkomstige cellen van de muis, maar de olifant heeft er wel meer. Cellen met een gelijke functie hebben doorgaans ook een zeer vergelijkbare structuur. Cellen met een gelijke structuur hebben vrijwel altijd een vergelijkbare functie. Bij het overschrijden van een zekere ‘kritische massa’ zal een cel gaan delen (MITOSE). Deze kritische massa is ongelijk voor verschillende celtypen en soms ongelijk voor een cel in verschillende levensfasen. Cellen kunnen fuseren en vormen dan een SYNCYTIUM, een VEELKERNIGECEL.Veelkernige cellen kunnen ook ontstaan na kerndelingen (KARYOKINESE), waarbij het delen van het cytoplasma (CYTOKINESE)achterwege blijft, zodat een SYMPLASMAontstaat.

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_2, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media



F U NC T I O NE L E

HIST O LO GIE

2 CEL

.

/ (

)

O

&

a

b Figuur 2.1 a
5FLFOJOH
WBO
FFO
FVLBSZPUJTDIF
[PPHEJFSDFM
%F
DFM
UPPOU
WFFM
PSHBOFMMFO
PG
DPNQBSUJNFOUFO
EJF
EPPS
FFO
NFNCSBBO
WBO
EF
SFTU
WBO
IFU
DZUPQMBTNB
[JKO
BGHFTDIFJEFO
.FO
IFSLFOU
FFO
LFSO
/
NFU
FFO
LFSOMJDIBBNQKF
PG
OVDMFPMVT
IFU
SVX
FOEPQMBTNBUJTDI
SFUJDVMVN
3


IFU
(PMHJDPNQMFY
(
FO
NJUPDIPOESJqO
. 
%F
DFM
GBHPDZUFFSU
FFO
QSPLBSZPUJTDIF
CBDUF SJF
#


EJF
OB
PQOBNF
JO
EF
MZTPTPNFO
WFSUFFSE
[BM
XPSEFO b
5&.PQOBNF
WBO
FFO
/,DFM
OBUVSBM
LJMMFSDFM
WBO
EF
SBU
%F[F
DFM
UPPOU
EF
HFCSVJLFMJKLF
PSHBOFMMFO
[PBMT
EF
LFSO
/


FFO
LMFJO
(PMHJDPNQMFY
(


FOLFMF
LMFJOF
NJUPDIPOESJqO
.
FO
FOLFMF
EPOLFSF
HSBOVMB
%F
LFSO
CFWBU
FFO
OVDMFPMVT
O


FFO
EVCCFMF
LFSO NFNCSBBO
QJKMFO


IFUFSPDISPNBUJOF
)
FO
FVDISPNBUJOF
& 
%F
DFM
IFFGU
FFO
EJBNFUFS
WBO
POHFWFFS

μN
PQOBNF
&
8JTTF  ONDERDELEN VAN DE CEL

In de celkern, die alleen bij rode bloedcellen en bloedplaatjes ontbreekt, ligt de genetische informatie in intacte en gedeeltelijk gecondenseerde CHROMOSOMEN opgeslagen. De cel als geheel bestaat uit het PROTOPLASMA,terwijl onder cytoplasma het deel van de cel buiten de kern Tabel 2.1

wordt verstaan. Door de indeling van het cytoplasma in aparte compartimenten of organellen kunnen uiteenlopende metabole processen tegelijkertijd verlopen, bijvoorbeeld synthese naast afbraak. De organellen en insluitsels van het cytoplasma zijn ingebed in het CYTO SOL,de vloeibare basissubstantie van het cytoplasma. De

Belangrijke verschillen tussen eukaryotische en prokaryotische cellen

Eukaryotische cel (protozoa, wieren, alle cellen van metazoa en metaphyta)

Prokaryotische cel (bijvoorbeeld bacteriën, blauwwieren)

Eencellig of meercellig

Uitsluitend eencellig

Diameter 5-100 μm

Diameter 0,5-10 μm

Kern (door kernomhulsel van het overige deel van de cel afgesloten) bevat genetische informatie van complex georganiseerde chromosomen bestaande uit DNA + eiwitten

Genetische informatie in circulair DNA dat in de cel is gelegen (nucleoïd, genofoor)

RNA-synthese in kern, eiwitsynthese in cytoplasma, nucle- RNA en eiwit gesynthetiseerd in hetzelfde compartiment, geen oli in de kern aanwezig nucleoli Cytoplasma met cytoskelet dat bestaat uit eiwitten. Organellen met gespecialiseerde functie in het cytoplasma

Geen cytoskelet, organellen nauwelijks of niet ontwikkeld

Deling door mitose of meiose

Deling via doorsnoering

In principe aeroob metabolisme

Anaeroob of aeroob metabolisme

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

2 $&-


45

HC

EC

HC

RER

RER EC

a

b Figuur 2.2 a
5&.PQOBNF
WBO
EF
LFSO
WBO
FFO
MFWFSQBSFODIZNDFM
JO
FFO
NFOTFMJKLF
MFWFS
%F
LFSO
JT
PNHFWFO
EPPS
FFO
PNWBOHSJKL
DZUPQMBTNB
XBBSJO
XF
DJTUFSOFO
WBO
IFU
3&3
SVX
FOEPQMBTNBUJTDI
SFUJDVMVN
LVOOFO
IFSLFOOFO
FO
NJUPDIPOESJqO
FO
SP [FUUFO
WBO
HMZDPHFFO
-JOLTCPWFO
FFO
MZTPTPNBBM
SFTUMJDIBBNQKF
HFWVME
NFU
MJQPGVTDJOF
)$

IFUFSPDISPNBUJOF

&$

FVDISPNBUJOF
1JKMFO
XJK[FO
OBBS
IFU
IFUFSPDISPNBUJOF
EBU
HFBTTPDJFFSE
JT
NFU
EF
OVDMFPMVT
/6 
%F
QJKMQVOUFO
HFWFO
EF
QFSJOVDMFBJSF
DJTUFSOF
LFSOFOWFMPQ
BBO
0PSTQSPOLFMJKLF
WFSHSPUJOH

×
PQOBNF
&
8JTTF  b 7SJFTCSFFLQSFQBSBBU
WBO
EF
LFSO
WBO
FFO
EBSNFQJUIFFMDFM
WBO
EF
SBU
)FU
CFWSPSFO
XFFGTFM
JT
HFCSPLFO
FO
WBO
IFU
WFSTF
CSFVLWMBL
JT
FFO
SFQMJDB
HFNBBLU
%F[F
XFSE
NFU
FFO
[XBBS
NFUBBM
HFDPOUSBTUFFSE
FO
JO
EF
5&.
HFGPUPHSBGFFSE
)PFXFM
IFU
FSPQ
MJKLU
JT
EJU
EVT
HFFO
°TDBOOJOH±NJDSPTDPQJFPQOBNF
)FU
CSFVLWMBL
JT
EPPS
FFO
LFSOFOWFMPQ
HFHBBO
FO
IFFGU
EF
UXFF
CMBEFO
WBO
EF
LFSOFOWFMPQ
CMPPUHFMFHE
%F
LFSOQPSJqO
[JKO
[PXFM
JO
EF
CJOOFOIFMGU
BMT
JO
EF
CVJUFOIFMGU
WBO
EF
LFSOFOWFMPQ
EVJEFMJKL
UF
[JFO
)FU
BBOUBM
LFSOQPSJqO
JT
HSPPU
JO
DFMMFO
NFU
FFO
IPHF
NFUBCPMF
BDUJWJUFJU
[PBMT
IJFS
IFU
HFWBM
JT
%F
PSHB OFMMFO
JO
IFU
DZUPQMBTNB
[JKO
NPFJMJKL
UF
JEFOUJ¹DFSFO

×
PQOBNF
1JOUB
EB
4JMWB 

INSLUITSELS vormen tijdelijke bestanddelen van het cytoplasma. Ze kunnen bestaan uit ophopingen van lipiden, koolhydraten (glycogeen) of pigmentkorrels. Naast organellen en insluitsels is er nog het CYTOSKELET,onder andere bestaande uit CENTRIOLEN,MICRO¹LAMENTEN,INTERMEDIAIRE ¹LAMENTENen MICROTUBULI. In het cytoplasma vinden we de volgende membraanomgeven organellen, die belangrijke compartimenten van de cel vormen: r MITOCHONDRIpN,die energie leveren (fig. 2.20); r ENDOPLASMATISCHRETICULUM,dat onder meer de eiwitsynthese verzorgt (fig. 2.8-2.10); r 'OLGI COMPLEX,dat een rol speelt bij de secretie (fig. 2.11 en fig. 2.12); r LYSOSOMEN,die verantwoordelijk zijn voor de intracellulaire vertering (fig. 2.19). Alle organellen bevatten specifieke enzymen en biochemische systemen die hun functie ondersteunen. CELKERN

De kern van elke cel bevat in het DNA de gecodeerde informatie voor de synthese van alle eiwitten in alle cellen van het lichaam. Andere complexe of polymere

verbindingen, zoals koolhydraten, lipiden en glycolipiden, ontstaan door de specifieke werking van enzymen, die op hun beurt door mRNA’s zijn gecodeerd. Elk eiwit is gecodeerd in één bepaald gebied van het DNA: een gen. Door TRANSCRIPTIEvan DNA naar M2.!wordt de DNA-code in een afleesbare vorm overgeschreven en getransporteerd naar het cytoplasma. Het mRNA kan met behulp van ribosomen, T2.!en met verbruik van energie in een eiwit worden vertaald (TRANSLATIE). Het tRNA en het ribosomaal RNA (R2.!), dat samen met eiwitten de RIBOSOMEN opbouwt, worden ook van het DNA afgeschreven. De kern wordt van het cytoplasma gescheiden door de KERNENVELOP, bestaande uit twee parallelle membranen, die een PERINUCLEAIRE CISTERNE vormen. Tegen de binnenkant van de kernenvelop liggen onregelmatige opstapelingen van gecondenseerd chromatine, het HETEROCHROMATINE (fig. 2.2). Het binnenblad van de kernmembraan is verstevigd met de LAMINADENSA (fig. 2.3 en fig. 2.4),bestaande uit het intermediair-filamentaire eiwit lamine. De lamina densa en het heterochromatine zijn onderbroken bij de PORIpN. Poriën overbruggen de perinucleaire cisterne en vormen de verbinding tussen de



F U NC T I O NE L E perinucleaire cisterne

RER

H IS T O LO GIE

2 CEL

kernporiecomplex binnen- en buitenkernmembraan

NL NPC

NL a

b lamina densa

chromatine

Figuur 2.3 a 5FLFOJOH
WBO
EF
TBNFOTUFMMJOH
WBO
EF
OVDMFBJSF
FOWFMPQ
"BO
EF
CJOOFOLBOU
CFWJOEU
[JDI
EF
MBNJOB
FFO
OFUWPSNJH
PO EFSEFFM
WBO
IFU
DZUPTLFMFU
CFTUBBOEF
VJU
IFU
JOUFSNFEJBJSF
¹MBNFOU
MBNJOF
XBBSBBO
IFU
DISPNBUJOF
JT
BBOHFIFDIU
%F
OV DMFBJSF
QPSJqODPNQMFYFO
/1$
CFWBUUFO
NFFS
EBO
EFSUJH
WFSTDIJMMFOEF
TPPSUFO
FJXJUUFO
OVDMFPQPSJOFT


EJF
IFU
USBOTQPSU
EPPS
EF
QPSJqO
JO
CFJEF
SJDIUJOHFO
DPOUSPMFSFO b 4&.PQOBNF
WBO
EF
CJOOFOLBOU
WBO
EF
OVDMFBJSF
FOWFMPQ
XBBSJO
IFU
MBNJOFOFUXFSL
/-
UF
[JFO
JT
TBNFO
NFU
EF
OV DMFBJSF
QPSJqODPNQMFYFO
/1$ 
"N¹CJFqOPzDZU

×
PQOBNF
.8
(PMECFSH 

inhoud van de kern en het cytoplasma voor een intensief transport in de twee richtingen. Het aantal poriën hangt samen met het niveau van de eiwitsyntheseactiviteit van de cel en kan algauw enkele duizenden per kern bedragen. Het buitenblad van de kernenvelop kan in verbinding staan met het RER. Het bevat RIBOSOMENen neemt dus deel aan de eiwitsynthese. Men kan de kernenvelop opvatten als een gespecialiseerde cisterne van het RER. In de kernenvelop bevinden zich KERNPORIpNmet een diameter van 70 nm voor het transport tussen de kern en het cytoplasma. Deze poriën zijn voorzien van een combinatie van eiwitten met een speciale functie en structuur, het zogenoemde ‘PORE ANNULUS COMPLEX’ (of ‘nuclear pore complex’) (fig. 2.4c). Dit complex controleert het verkeer van moleculen door de kernporie via TRANSPORTKANALEN met een diameter van 9 nm en een beperkte doorlaatbaarheid. Kerneiwitten (HISTONEN,polymerasen en dergelijke) worden in het cytoplasma gemaakt en door een oligopeptide, het NUCLEAIR LOKALISATIESIGNAAL, naar de kernporie begeleid. Het eiwit wordt dan via dit signaal aan een receptoreiwit van het poriecomplex gebonden met verbruik van ATP en dóór de porie naar binnen getransporteerd. In omgekeerde richting kan de export van RNA via de kernporiën naar het cytoplasma alleen plaatsvinden als dit in eiwit is ‘ingepakt’; het RNA zelf heeft een te negatieve

lading. Er zijn verschillende importines en exportines (eiwitten) bekend. Wat het moleculaire verkeer betreft, zijn er schattingen gedaan dat circa duizend macromoleculen per seconde de kern in of uit gaan! #HROMATINE (‘kleurbare substantie’) wordt gevormd door de massa van de gedecondenseerde delen van de interfasechromosomen. In een normale, somatische menselijke celkern bevinden zich 46 aparte interfasechromosomen (fig. 2.5b). De fijne structuur van chromosomen is nog niet exact bekend. Wel is duidelijk dat een chromosoom is opgebouwd uit één zeer lange DNA-keten, die op verschillende niveaus is gewonden, geplooid en in hogere-orde-structuren is gecondenseerd. De chromosomale $.! HELIX, met een diameter van 2 nm en een gemiddelde lengte van 5 cm, wikkelt zich tweeënhalf maal rond agglomeraten van een achttal speciale eiwitten, de HISTONEN,zodat op regelmatige afstanden van ongeveer vijftig baseparen (‘SPACER DNA’) een NUCLEO SOOMwordt gevormd (fig. 2.6). Histonen en DNA hebben een vergelijkbare massa in de kern. Door deze constructie ontstaat een soort kralensnoer van nucleosomen, dat zich vervolgens spiraalsgewijs oprolt tot een CHROMATINE ¹BRILmet een diameter van 30 nm. De chromatinefibril en de nucleosomen zijn elektronenmicroscopisch waar te

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

2 $&-


47

cytoplasma

kernporie

C N

cytoplasmatische ring

centraal granulum

kernenvelop

a

lamina densa

chromatine

kern

b

Figuur 2.4 a 5&.PQOBNF
WBO
FFO
QFSJOVDMFBJSF
DJTUFSOF
PG
LFSOFOWFMPQ
#JK
EF
QJKMUKFT
[JFO
XF
EF
PQFOJOHFO
JO
EF[F
TUSVDUVVS
EF
LFSOQPSJqO
%F
UXFF
NFNCSBOFO
WBO
EF
LFSOFOWFMPQ
WPSNFO
IJFS
FFO
PQFOJOH
EJF
JO
5&.DPVQFT
BGHFTMPUFO
MJKLU
NFU
FFO
NFNCSBBO
UF
[JFO
BMT
EPOLFS
TUSFFQKF
JO
EF
QPSJF
%F
CVJUFONFNCSBBO
JT
CF[FU
NFU
SJCPTPNFO
FO
MJKLU
EVT
PQ
FFO
DJTUFSOF
WBO
IFU
3&3
5FHFO
EF
CJOOFONFNCSBBO
MJHU
IFU
DISPNBUJOF
%/"
DISPNPTPNFO


EBU
POEFSCSPLFO
JT
UFS
IPPHUF
WBO
EF
QPSJqO
PN
EPPSHBOH
UF
MBUFO
BBO
EF
QSPEVDUFO
EJF
EF
LFSO
CJOOFOLPNFO
FO
OBBS
CVJUFO
HBBO b 5&.PQOBNF
WBO
FFO
UBOHFOUJqMF
BBOTOFEF
WBO
EF
LFSOFOWFMPQ
XBBSCJK
EF
LFSOQPSJqO
QJKMUKFT
NJO
PG
NFFS
WMBL
CJOOFO
IFU
WPMVNF
WBO
EF
VMUSBEVOOF
DPVQF
[JKO
LPNFO
UF
MJHHFO
%F
VJUTQBSJOHFO
JO
IFU
DISPNBUJOF
TMVJUFO
BBO
PQ
QPSJqO
EJF
OJFU
JO
EF
DPVQF
MJHHFO

× c 5FLFOJOH
WBO
FFO
LFSOQPSJF
PG
°OVDMFBS
QPSF
DPNQMFY±
/1$
;PXFM
PQ
EF
DZUPQMBTNBUJTDIF
SBOE
BMT
BBO
EF
CJOOFO[JKEF
[JKO
DPNQMFYFO
WBO
FJXJUUFO
BBOHFIFDIU
%F[F
DPNQMFYFO
SFHFMFO
IFU
USBOTQPSU
OBBS
CJOOFO
SJCPTPNBMF
FJXJUUFO
FO[ZNFO
FO
OVDMFPUJEFO
FO
OBBS
CVJUFO
3/"±T
FO
SJCPTPPNPOEFSEFMFO 
5XFF
FJXJUSJOHFO
MJHHFO
PQ
EF
SBOE
WBO
EF
QPSJF
"BO
EF
DZUPQMBTNBUJTDIF
[JKEF
[JKO
¹MBNFOUFO
BBOHFIFDIU
EJF
VJUXBBJFSFO
JO
IFU
DZUPQMBTNB
"BO
EF
CJOOFO[JKEF
JT
FFO
GVJLBDIUJHF
TUSVDUVVS
BBOHFIFDIU
&FO
DFOUSBBM
HSBOVMVN
TMVJU
EF
QPSJF
GVODUJPOFFM
BG
5FS
IPPHUF
WBO
EF
QPSJF
JT
EF
MBNJOB
POEFSCSP LFO
[PEBU
IFU
USBOTQPSU
OJFU
CFMFNNFSE
XPSEU

nemen. Chromatinefibrillen zijn verankerd aan de kernmatrix, een complex van fibreuze eiwitstructuren. Hierbij ontstaan lussen die specifieke regio’s van het genoom bevatten, naast de gebieden die met de matrix zijn geassocieerd. De voor transcriptie beschikbare delen van de chromatinefibrillen liggen in de gebieden met lichter EUCHROMATINE, dat zich in het microscopisch beeld onderscheidt van de donkere HETEROCHROMATINE gebieden. Na kleuring met de Feulgen-reactie, die specifiek is voor DNA, kan men de verhouding tussen euchromatine en heterochromatine zeer goed visualiseren en eventueel meten. Kernen waarin een hoge transcriptieactiviteit heerst, hebben veel euchromatine en een groter watergehalte (HYDROPISCHE KERN, ‘open face nucleus’). Het tegenovergestelde vinden we in een PYC NOTISCHEKERN, waar het chromatine tot een dichte massa

is samengepakt. In dergelijke cellen is de eiwitsynthese gering of afwezig. Soms is pycnose van de kern een teken van verval van de cel. Er zijn delen van chromosomen die in de ene cel wel en in de andere niet heterochromatisch zijn (facultatief heterochromatine), terwijl er ook delen zijn die in alle cellen heterochromatisch zijn (constitutief heterochromatine). Bij deze laatste hoort het geslachtschromatine of LICHAAMPJEVAN"ARR,dat als een donker lichaampje tegen de kernenvelop ligt. Het lichaampje van Barr vertegenwoordigt in vrouwelijke cellen één 8 CHROMOSOOMin een volledig heterochromatische toestand, terwijl het andere X-chromosoom euchromatisch en onherkenbaar is. Het lichaampje van Barr kan bij de mens worden waargenomen in een uitstrijkje van het wangslijmvlies en kan dus gebruikt worden voor een microscopische seksebepaling. Bij twijfel omtrent het geslacht van een pasgeborene geeft

c



F U NC T I O NE L E

1

2

HIST O LO GIE

2 CEL

3

6

7

8

13

14

15

19

20

9

4

5

10

11

12

16

17

18

b

a

21

22

XY

Figuur 2.5a ,BSZPHSBN
.FUBGBTFDISPNPTPNFO
HFuTP MFFSE
VJU
HFLXFFLUF
DFMMFO
NFFTUBM
MZNGPDZUFO
VJU
IFU
Q
FSJGFSF
CMPFE
XBBSWBO
EF
NJUPTF
UJKEFOT
TUJNVMBUJF
HF CMPLLFFSE
JT
NFU
DPMDIJDJOF
%F
DISPNPTPNFO
XFSEFO
HF LMFVSE
NFU
DISPNPTPPN
TQFDJ¹FLF
ºVPSFTDFOUF
QSPCFT
EPPS
NJEEFM
WBO
IZCSJEJTBUJF
'*4)
°ºVPSFTDFOU
JO
TJUV

IZCSJEJ[BUJPO± 
)FU
LBSZPUZQF
XPSEU
CFTUVEFFSE
PQ
HSPOE
WBO
EF
WPSN
EF
CBOEFSJOH
FO
EF
MJHHJOH
WBO
EF
DFOUSPNF SFO
JO
EF

BVUPTPNFO
FO
IFU
9
FO
:DISPNPTPPN
%F
DISPNPTPNFO
XFSEFO
JO
FFO
EJHJUBMF
PQOBNF
EPPS
TPGU XBSF
IFSLFOE
FO
JO
EJU
TQFDJBMF
QBUSPPO
HFSBOHTDIJLU c

men echter de voorkeur aan een volledige chromosomenanalyse. De NUCLEOLIof kernlichaampjes kunnen in aantal variëren. Elke eukaryotische kern heeft ten minste één nucleolus. Deze kan in een dicht heterochromatinepatroon opgenomen zijn en is dan moeilijk herkenbaar (fig. 2.7). Nucleoli worden niet door een membraan omgeven. De nucleolus produceert en bevat ribosoomsubeenheden en kleurt daardoor sterk positief voor RNA. Het hoge RNA-gehalte van de nucleolus bepaalt de basofiele eigenschappen, die in een specifieke kleuring goed naar voren komen. Het NUCLEOLUSGEASSOCIEERDECHROMATINEomgeeft de nucleolus en speelt een rol bij de vorming van rRNA. Nucleoli verdwijnen tijdens de mitose, maar worden na de mitose weer opnieuw gevormd op de ‘NUCLEO LUS ORGANIZER’ REGIO’S (./2) van een bepaald aantal chromosomen. Het DNA met de ribosomale genen bevindt zich centraal in de nucleolus. Doordat nucleoli met elkaar kunnen fuseren, is hun aantal geen maat

Figuur 2.5b en c %F[FMGEF
UFDIOJFL
'*4)
XFSE
HFCSVJLU
PN
JO
FFO
HFLXFFLUF
NFOTFMJKLF
¹CSPCMBTU
EF
DISPNP TPPNHFCJFEFO
CJOOFO
FFO
JOUBDUF
LFSO
PQ
UF
TQPSFO b
4QFDJBMF
TPGUXBSF
CMJKLU
JO
TUBBU
PN
BBO
EF
IBOE
WBO
EF
LMFVSFO
EF
HFCJFEFO
CFIPSFOE
CJK
EF
JOEJWJEVFMF
DISPNP TPNFO
[PBMT
BGHFCFFME
JO
¹HVVS
B
UF
IFSLFOOFO
FO
UF
MBCFMFO
[JK
IFU
NFU
FOJHF
BBOQBTTJOH
WBO
EF
LMFVSFO
c
)FU
JT
FFO
CFMBOHSJKLF
XBBSOFNJOH
EBU
EF
DISPNPTP NFO
JO
FFO
JOUBDUF
LFSO
XFMJTXBBS
POUSBGFME
[JKO
NBBS
BMT
[PEBOJH
OPH
JOUBDU
BBOXF[JH
FO
PQTQPPSCBBS
[JKO
PQ OBNF
5
$SFNFS 

voor het aantal ‘organizer’-gebieden in het genoom. Bij de mens zijn er vijf NOR’s. De massa van de nucleoli correleert met de eiwitsynthesecapaciteit van de cel. Bij snel delende embryonale cellen of tumorcellen kan het nucleolair volume oplopen tot 25% van het kernvolume. In de nucleolus vindt omvorming plaats van RNA-precursors tot het rijpe rRNA, waarbij eerst meer filamenteuze (PARS ¹BROSA) en daarna meer granulaire

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

1 DNA

2 nm

2 nucleosomen (DNA en histonen)

11 nm

kern van acht histonmoleculen: H2A, H2B, H3 en H4

2 $&-


49

H1-histon

6 nm 3 samengepakte nucleosomen in een chromatinefibril

kern-DNA 30 nm

linker-DNA

10 nm 4 aan de kernmatrix gehechte chromatinefibrillen die transcriptioneel actief zijn (euchromatine)

300 nm

heterochromatine 5 gecondenseerd heterochromatine en open euchromatine

700 nm euchromatine centromeer

6 heel chromosoom in metafase

Figuur 2.6b
%FUBJM
WBO
FFO
HFUFLFOE
OVDMFPTPPN
CF TUBBOEF
VJU
FFO
LFSO
WBO
BDIU
IJTUPONPMFDVMFO
FML
CF TUBBOEF
VJU
WJFS
WFSTDIJMMFOEF
IJTUPOFO
)"
)#
)
FO
) 
%F
%/"IFMJY
SPOE
EF[F
LFSO
CFWBU
FFO
UBM
CBTF QBSFO
)FU
)IJTUPO
NBBLU
HFFO
EFFM
VJU
WBO
EF
LFSO
NBBS
QMBLU
UFHFO
EF
CVJUFOLBOU
WBO
IFU
DPNQMFY
%F[F
TUSVDUVVS
JT
[FFS
EZOBNJTDI
IFU
)IJTUPO
LPNU
SFHFMNB UJH
MPT
IFU
%/"
LBO
POUSPMMFO
nnO
LFFS
QFS
TFDPOEF


[PEBU
USBOTDSJQUJFGBDUPSFO
FO
FO[ZNFO
IVO
XFSL
PQ
EF
%/"IFMJY
LVOOFO
EPFO

1400 nm

chromatiden

Figuur 2.6a
4DIFNBUJTDIF
UFLFOJOH
WBO
EF
PSHBOJTBUJF
WBO
IFU
HFOFUJTDI
NBUFSJBBM
PQ
[FT
OJWFBVT 
%F
EVCCFMF
%/"IFMJY
JT
IFU
VJUHBOHTQVOU
WBO
EF
DISP NPTPNBMF
TUSVDUVVS 
%F
%/"IFMJY
BTTPDJFFSU
NFU
DPNQMFYFO
WBO
WFSTDIJM MFOEF
IJTUPOFO
FO
WPSNU
[P
EF
OVDMFPTPNFO
%F[F
[JKO
WFSCPOEFO
NFU
FFO
TUVLKF
JOUFSTUJUJFFM
%/"IFMJY
FO
WPS NFO
PQ
EJF
NBOJFS
FFO
LSBMFOTOPFS
WBO
OVDMFPTPNFO 
%PPS
FFO
TQJSBBMTHFXJK[F
TBNFOQBLLJOH
WBO
EF
OVDMFP TPNFO
WPSNU
[JDI
EF

ON
EJLLF
DISPNBUJOF¹CSJM 
%F[F
¹CSJM
JT
JO
MVTTFO
HFQMPPJE
EJF
BBO
EF
OVDMFBJSF
NBUSJY
BBOIFDIUFO
%F[F
TUSVDUVVS
JT
WPPSBM
BBOXF[JH
JO
IFU
FVDISPNBUJOF 
*O
IFU
IFUFSPDISPNBUJOF
JT
EF
GJCSJM
TUFSL
HFDPOEFO TFFSE
UPU
FFO
EJDIUF
NBTTB 
7wwS
EF
NJUPTF
DPOEFOTFFSU
IFU
DISPNBUJOF
JO
DISPNP TPNFO
EJF
EF
IPPHTUF
WPSN
WBO
DPOEFOTBUJF
CFSFJLFO

elementen (PARSGRANULOSA)worden gevormd, die in de EM zichtbaar zijn. Ribosomale eiwitten worden in het cytoplasma gesynthetiseerd en via de kernporiën binnen de kern gebracht en daar aan RNA-precursors gebonden. Ribosoomonderdelen verlaten de kern, om in het

cytoplasma te assembleren en hun rol in de eiwitsynthese te gaan vervullen. De term KARYOLYMFEis de naam voor de eiwithoudende vloeistof waarin het chromatine is ingebed en die een functie vervult als transportmedium. De KERN MATRIX bestaat uit fibreuze eiwitten; deze vormen een ruimtelijk complex en verlenen steun aan het chromatine (‘kernskelet’).

Medische context )FU
geslachtschromatine CFQBBMU
IFU
HFOFUJTDIF
HF TMBDIU
WBO
JFNBOE
"MT
IFU
CJK
IFSNBGSPEJUJTNF
PG
QTFVEPIFSNBGSPEJUJTNF
NPFJMJKL
JT
PN
IFU
HFTMBDIU
UF
CFQBMFO
LBO
EJU
HFCFVSFO
NFU
CFIVMQ
WBO
EF
PC TFSWBUJF
WBO
IFU
HFTMBDIUTDISPNBUJOF
%JU
HFMEU
PPL
WPPS
BOEFSF
HFWBMMFO
[PBMT
IFU
TZOESPPN
WBO
,MJOF GFMUFS
NFU
UFTUJDVMBJSF
BGXJKLJOHFO
B[PzTQFSNJF
FO
BOEFSF
TZNQUPNFO
CJK
EF
BBOXF[JHIFJE
WBO
99: DISPNPTPNFO

RIBOSOMEN

2IBOSOMENzijn deeltjes met een doorsnede van ongeveer 30 nm die in grote hoeveelheden in het cytoplasma



F U NC T I O NE L E

H IS T O LO GIE

2 CEL

$

/&

/0 1(

1'

/"$

Figuur 2.7
5&.PQOBNF
WBO
FFO
OVDMFPMVT /0

°OVDMFPMVTPSHBOJ[FS±%/"
IFU
EFFM
WBO
FFO
DISPNPTPPN
EBU
EF
OVDMFPMVT
WPSNU
OB
FFO
NJUPTF
1'

QBST

¹CSPTB
EFFM
WBO
EF
OVDMFPMVT
NFU
SJCPTPNFO
JO
FFO
WSPFH
TUBEJVN
WBO
POUXJLLFMJOH
1(

QBST
HSBOVMPTB
EFFM
WBO
EF
OVDMFPMVT
NFU
SJCPTPNFO
JO
FFO
MBUFS
TUBEJVN
WBO
POUXJLLFMJOH
/"$

OVDMFPMVTHFBTTPDJFFSE
DISPNBUJOF
EBU
%/"
CFWBU
OPEJH
WPPS
EF
USBOTDSJQUJF
OBBS
S3/"
/&

OVDMFBJSF
FOWFMPQ
NFU
XBOETUBOEJH
IFUFSPDISPNBUJOF
FO
LFSOQPSJqO
$

DZUPQMBTNB

voorkomen. Ribosomen bestaan uit twee verschillende subeenheden, die beide in de NUCLEOLUSworden gemaakt en na transport door de kernporiën in het cytoplasma terechtkomen. Een compleet ribosoom is opgebouwd uit vier ribosomale RNA-ketens (R2.!-ketens) van enkele duizenden nucleotiden, die meer dan de helft van de massa van het ribosoom vormen; de rest bestaat uit een zeventigtal eiwitten. Ribosomen zorgen, door hun gehalte aan nucleïnezuren, in een klassiek gekleurde (HE-)coupe voor een BASO¹ELE(donkere) kleurreactie. Het proces van eiwitsynthese begint met een INITIA TIE,bestaande uit de associatie van een messenger-RNA (M2.!) met de twee ribosoomhelften die verschillend van grootte zijn. Dit proces herhaalt zich, doordat meer ribosomen op hetzelfde mRNA op regelmatige afstand aanhechten, zodat een POLYSOOM gevormd wordt. Het mRNA kan soms, in een EM-coupe, als

een dunne draad tussen de ribosomen worden waargenomen. Gezien het feit dat de lengte van het mRNA correleert met de lengte van de peptidenketen, correleert het AANTAL RIBOSOMEN per polysoom ook met de GROOTTE VAN HET EIWIT. Polysomen komen vrij voor in het cytoplasma (‘vrije ribosomen’) of zijn aangehecht aan de membranen van het ruw endoplasmatisch reticulum (RER). Het mRNA codeert per drie nucleotiden voor één specifiek aminozuur. De aminozuurvolgorde van het peptide wordt dus gedicteerd door de nucleotidenvolgorde van het mRNA (TRANSLATIE). Elk ribosoom in het polysoom maakt hetzelfde eiwit, zij het niet helemaal synchroon. Het mRNA passeert in een groeve van de kleine subeenheid van het ribosoom, terwijl specifieke tRNA’s de bijbehorende aminozuren aandragen. Eiwitten die door de VRIJEPOLYSOMENworden gevormd,

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

2 $&-


51

Figuur 2.8
5&.PQOBNF
WBO
IFU
CBTBMF
EFFM
WBO
FFO
1BOFUIDFM
JO
FFO
IVNBBO
KFKVOVN
%F
DJTUFSOFO
WBO
IFU
3&3
[JKO
UBMSJKL
FO
EJDIU
PQFFOHFTUBQFME
IFUHFFO
XJKTU
PQ
FFO
HSPUF
FJXJUQSPEVDUJF
$FOUSBBM
JO
EF
DFM
MJHU
EF
LFSO
WFSTQSFJE
LPNFO
FOLFMF
NJUP DIPOESJqO
WPPS

×
PQOBNF
'
7FSIFZFO 

komen voornamelijk terecht op bestemmingen BINNEN DECEL. ENDOPLASMATISCH RETICULUM

Men onderscheidt RUWen GLADENDOPLASMATISCHRETICU LUM (RER en SER, in het Engels ‘rough endoplasmic reticulum’ en ‘smooth endoplasmic reticulum’). Het RER bestaat uit CISTERNEN van membranen, die een afgeplatte ruimte omsluiten en die onderling kunnen samenhangen (fig. 2.8). Op de cytoplasmatische kant van de RER-cisternen zijn ribosomen in de vorm van POLY SOMENaangehecht (fig. 2.9 en fig. 2.10). RER-cisternen kunnen enkelvoudig voorkomen of in dikke, parallelle pakketten gestapeld zijn (als een stapel pannenkoeken). Het RER is sterk ontwikkeld in het basofiele cytoplasma van eiwitsecernerende cellen, zoals in de pancreas of de speekselklier. Op het SER zijn geen ribosomen aangehecht, vandaar de term ‘smooth’.

Het hechten van polysomen aan de cytoplasmatische kant van het RER gebeurt door het SIGNAALPEPTIDE, een signaalherkenningspartikel (‘SIGNALRECOGNITIONPAR TICLE’,320) en een speciaal ‘DOCKINGPROTEIN’ (fig. 2.10). Het signaalpeptide bestaat uit 13-35 hydrofobe aminozuren. Het begin van het nieuwe eiwit wordt via een TRANSLOCATIEKANAAL door de ER-membraan gesluisd, waarna het signaalpeptide enzymatisch wordt afgesplitst door het enzym SIGNAALPEPTIDASE (clipase). Na aflezen van het mRNA vallen zowel de polysomen als de ribosomen weer uiteen. Ze zijn dan beschikbaar voor een volgende syntheseronde van een (ander) eiwit. Dit geheel vormt dus een zeer flexibel, moduleerbaar systeem. Nieuwe eiwitten, die in het lumen van een cisterne terechtkomen, zijn door de membraan van het RER beschermd tegen de PROTEASENin het cytoplasma. In het RER-lumen worden suikermoleculen, die tevoren aan een speciaal membraanlipide waren gehecht,



F U NC T I O NE L E

HIST O LO GIE

2 CEL

Figuur 2.9 0QOBNF
WBO
3&3DJTUFSOFO
JO
FFO
QBSFODIZNDFM
JO
EF
MFWFS
WBO
FFO
SBU
%F[F
DFM
QSPEVDFFSU
[PWFFM
FO
WFSTDIJMMFOEF
FJXJU UFO
EBU
IFU
3&3
[FFS
HPFE
POUXJLLFME
JT
%F
3&3DJTUFSOFO
WFSMPQFO
WPPS
FFO
HSPPU
EFFM
QBSBMMFM
FO
[F
MJKLFO
CJKOB
°HFTUBQFME±
MJOLT 
%F
GPUP
JT
HFLP[FO
PNEBU
FOLFMF
3&3DJTUFSOFO
[P
HFLBOUFME
[JKO
EBU
[F
TPNT
WMBL
JO
EF
DPVQF
LPNFO
UF
MJHHFO
%BBSEPPS
LSJKHFO
XF
EF
QPMZTPNFO
JO
SJKUKFT
HFSBOHTDIJLUF
SJCPTPNFO
UF
[JFO
EJF
BBO
EF
DZUPQMBTNBUJTDIF
LBOU
WBO
EF
3&3NFNCSBBO
[JKO
BBOHFIFDIU

×
PQOBNF
&
8JTTF 

aan de polypeptidenketen gebonden, waardoor deze eiwitten worden omgevormd in GLYCOPROTEtNEN. Eiwitten die op vrije polysomen in het cytoplasma zijn gevormd, zijn niet geglycosyleerd. De eiwitten van het RER ondergaan in het lumen nog een aantal bewerkingen, zoals vouwing van het eiwit, onder andere geholpen door de vorming van disulfidebruggen tussen twee cysteïnemoleculen en bepaalde PROTEOLYTISCHEKLIEVINGEN.Als deze bewerkingen niet plaatsvinden, worden de eiwitten niet verder getransporteerd en worden ze afgebroken. De eiwitten van het RER worden via VESIKELTRANSPORTovergebracht naar het 'OLGI COMPLEX. Op sommige plaatsen hangt het RER samen met het SER, dat bestaat uit een vertakt, tubulair netwerk. Het SER heeft onder andere de FOSFOLIPIDENSYNTHESE als taak. Bij cellen die steroïdhormonen maken, zoals in de

bijnierschors, neemt het SER een groot deel van het cytoplasma in en bevat het enzymen die betrokken zijn bij de synthese van STEROtDEN. Het SER komt ook sterk tot ontwikkeling in leverparenchymcellen. Het is hier betrokken bij de conjugatie, oxidatie en methylering van natuurlijke substraten en farmaca, waardoor deze hun biologische werking verliezen (ONTGIFTING). In de lever is het SER ook betrokken bij de synthese van GLYCOGEEN. Het enzym GLUCOSE  FOSFAATDEHYDROGENASEdat hierbij betrokken is, is een MERKERENZYM. Dit wil zeggen dat het enzym exclusief voorkomt in dit organel en gebruikt kan worden om het organel specifiek cytochemisch aan te kleuren, biochemische celfracties te karakteriseren en verontreiniging in andere celfracties te bepalen. Het SER van spiercellen, ook wel het sarcoplasmatisch reticulum genoemd, omringt de myofibrillen. Het slaat CALCIUMop en geeft dat weer af vlak voor de contractie.

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

2 $&-


53

mRNA tRNA 5


SRP bindt aan SRP-receptor

nieuw polypeptide met initieel signaalpeptide

SRP wordt afgeknipt

signaalpeptide afgeknipt van groeiend polypeptide

3


SRP gebonden aan signaalpeptide

‘signal recognition peptide’ (SRP) membraan RER

SRP- ribosoomreceptor receptor en translocon signaalpeptidase

groeiend polypeptide

RER-cisterne

gereed polypeptide

a

b Figuur 2.10 a
4DIFNBUJTDIF
UFLFOJOH
WBO
EF
WFSTDIJMMFOEF
TUBQQFO
WBO
EF
BBOIFDIUJOH
WBO
N3/"
FO
SJCPTPNFO
BBO
FFO
DJTUFSOF
WBO
IFU
3&3
&FSTU
IFDIU
IFU
N3/"
BBO
EF
UXFF
SJCPTPPNPOEFSEFMFO
EBBSOB
IFDIU
IFU
431
°TJHOBM
SFDPHOJUJPO
QBSUJDMF±
BBO
IFU
FFSTU
HFQSPEVDFFSEF
TUVLKF
FJXJU
IFU
TJHOBBMQFQUJEF
EBU
CFTUBBU
VJU

IZESPGPCF
BNJOP[VSFO
%F
SJCPTPNFO
IFDI UFO
WJB
IFU
431
BBO
FFO
431SFDFQUPS
FO
FFO
SJCPTPPNSFDFQUPS
°EPDLJOH
QSPUFJO±
JO
EF
NFNCSBBO
WBO
EF
3&3DJTUFSOF
)FU
IZESPGPCF
TJHOBBMQFQUJEF
QFOFUSFFSU
EF
NFNCSBBO
WBO
EF
DJTUFSOF
PQ
EF
QMBBUT
WBO
FFO
TQFDJBBM
QPSJFFJXJU
IFU
USBOT MPDPO
FO
XPSEU
EBBSOB
CJOOFO
EF
DJTUFSOF
EPPS
FFO
TJHOBBMQFQUJEBTF
BGHFLOJQU
7FSWPMHFOT
TDIVJGU
EF
SFTU
WBO
IFU
OJFVXF
FJXJU
EPPS
UPU
JO
IFU
MVNFO
WBO
EF
DJTUFSOF
%BBS
POEFSHBBU
IFU
FJXJU
EF
FFSTUF
TUBQQFO
WBO
FFO
SFFLT
OBCFXFSLJOHFO
[PBMT
WPVXFO
WPSNFO
WBO
JOUFSOF
DSPTTMJOLT
FO
EF
FFSTUF
BBOIFDIUJOH
WBO
FFO
TVJLFS b 5&.PQOBNF
WBO
QPMZTPNFO
CJK
FFO
IPHFSF
WFSHSPUJOH
WBO
IFU[FMGEF
QSFQBSBBU
BMT
EBU
JO
¹HVVS

)FU
BBOUBM
QPMZTP NFO
FO
EF
MJHHJOH
FSWBO
LPNFO
EVJEFMJKL
UPU
VJUESVLLJOH

×
PQOBNF
&
8JTTF 

Bij het gebruik van bepaalde farmaca, zoals barbituraten (slaapmiddelen), kan het SER in levercellen enorm hypertrofiëren. GOLGI-COMPLEX

Het 'OLGI COMPLEX komt voor in vrijwel alle kernhoudende cellen (fig. 2.11). Het aantal afzonderlijke Golgi-complexen per cel kan oplopen tot enkele tientallen. In de meeste cellen liggen de verschillende Golgi-complexen bijeen, vaak in de buurt van de kern, in een gebied waar zich ook de CENTRIOLENbevinden: het CYTOCENTRUM. Het centrale deel van het Golgi-complex bestaat uit een aantal gebogen, dicht tegen elkaar gelegen platteCISTERNEN. Het complex is omgeven door een grote hoeveelheid kleine vesikels, die materiaal aanvoeren vanuit het RER en afvoeren naar verschillende bestemmingen in de cel (lysosomen, secretiegranula, celmembraan). Het TRANSPORTtussen de opeenvolgende Golgi-cisternen vindt waarschijnlijk ook plaats door middel van VESIKELS (fig. 2.12). De polariteit van het complex geeft aanleiding tot een specifieke terminologie: de CIS ZIJDE (cis = aan deze kant, gezien vanuit het RER) of convexe, bolle zijde is de onrijpe kant (‘forming face’) van het Golgi-complex, terwijl de TRANS ZIJDE(trans = aan de overkant, nog steeds gezien vanuit het RER) of concave, holle zijde de rijpe zijde (‘maturing face’) vertegenwoordigt. De laatste

cisterne aan de trans-zijde wordt aangeduid met TRANS 'OLGI NETWERK 4'. en heeft een speciale taak in de verzending van materiaal. Een merkwaardig feit is dat de membranen van cis naar trans iets dikker worden en daarbij geleidelijk de dikte van de celmembraan bereiken. Secretieproducten bereiken in lage concentratie de cisternen van het Golgi-complex via transportvesikels. Deze snoeren van het RER af en fuseren met een cis-Golgi-cisterne. In het Golgi-complex passeren de secretieproducten de achter elkaar liggende cisternen in een vaste volgorde, waarbij ze verder worden GEGLYCOSY LEERDen later GECONCENTREERD.De verschillende cisternen hebben een verschillende enzyminhoud. Deze enzymen verzorgen gecompliceerde stappen in de glycosylering, sulfatering, fosforylering en soms een bepaalde vorm van eiwitsplitsing, zoals bij het verwijderen van het C-peptide uit pro-insuline. In het microscopische beeld komt de concentratie van producten vooral tot uiting aan de trans-zijde door de toenemende elektronendichtheid van de CONDENSERENDEVACUOLEN,die overgaan in de nog donkerder SECRETIEGRANULA (fig. 2.13). In het TGN worden producten gesorteerd voor DRIEBE STEMMINGEN,namelijk: r de lysosomen; r de celmembraan; r het extracellulaire milieu.



F U NC T I O NE L E

HIST O LO GIE

2 CEL

TV

condenserende vacuole

CF

secretiegranula

SV

SV

TF transportvesikel

transportvesikel lumen van cisterne gevuld met secretieproduct

TV a

ER

M

b

G

c

Figuur 2.11 a
5&.PQOBNF
WBO
FFO
TUFSL
POUXJLLFME
(PMHJDPNQMFY
-JOLT
JO
CFFME
FFO
DJTUFSOF
WBO
IFU
3&3
NFU
EBBSPQ
BBOTMVJUFOE
EF
DJT[JKEF
$'
WBO
IFU
(PMHJDPNQMFY
5VTTFO
EF
DJT[JKEF
FO
EF
USBOT[JKEF
5'
WBO
IFU
(PMHJDPNQMFY
[JKO
EF
DJTUFSOFO
WBO
IFU
(PMHJDPNQMFY
EJDIU
PQ
FMLBBS
HFQBLU
"BO
EF
USBOT[JKEF
WFSCSFEFO
EF
DJTUFSOFO
[JDI
FO
WPSNFO
[F
DPOEFOTFSFOEF
WBDVPMFO
47


EJF
PPL
POUTUBBO
EPPS
GVTJF
WBO
LMFJOFSF
WFTJLFMT
%F[F
WBDVPMFO
[VMMFO
UPU
TFDSFUJFHSBOVMB
DPOEFOTFSFO
5SBOTQPSU
WBO
FJXJUUFO
WBO
EF
DJT
OBBS
USBOT[JKEF
WJOEU
WFSNPFEFMJKL
QMBBUT
WJB
USBOTQPSUWFTJLFMT
57 
%F
JO[FU
UPPOU
EF
MJH HJOH
WBO
EF
DFM
CJK
MBHF
WFSHSPUJOH 3FDIUTCPWFO
OBBTU
EF
5&.PQOBNF
TUBBU
FFO
UFLFOJOH
WBO
FFO
(PMHJDPNQMFY
%PPS
GVTJF
WBO
WFTJLFMT
BGLPNTUJH
WBO
IFU
3&3
XPSEFO
FJXJUUFO
OBBS
EF
DJT[JKEF
WBO
IFU
(PMHJDPNQMFY
HFUSBOTQPSUFFSE
POEFS


XBBS
[F
WFSEFS
XPSEFO
BGHFXFSLU
"BO
EF
USBOT[JKEF
WPSNFO
[JDI
WFTJLFMT
EJF
JO
EF
SJDIUJOH
WBO
MZTPTPNFO
TFDSFUJFHSBOVMB
PG
DFMNFNCSBBO
HBBO
CPWFO  b
4&.PQOBNF
WBO
FFO
NJUPDIPOESJVN
.


3&3DJTUFSOF
&3
FO
FFO
(PMHJBQQBSBBU
( 
)JFS
JT
FFO
TQFDJBMF
QSFQBSB UJFWF
UFDIOJFL
UPFHFQBTU
PN
JO
FFO
HF¹YFFSEF
DFM
NFU
CFIVMQ
WBO
FFO
BMLBMJTDIF
PQMPTTJOH
EFMFO
WBO
IFU
DZUPQMBTNB
UF
WFS XJKEFSFO
[PEBU
NFNCSBOFO
[PBMT
EF
HFUPPOEF
PWFSCMJKWFO
PQOBNF
/BHVSP

*JOP
  c
*NNVOPºVPSFTDFOUJFPQOBNF
WBO
FFO
HFLXFFLUF
DFM
OB
LMFVSJOH
WPPS
IFU
(PMHJBQQBSBBU
NFU
FFO
BOUJMJDIBBN
UFHFO
HPM HJO
XBBSEPPS
BMMF
FMFNFOUFO
WBO
IFU
(PMHJ
EVJEFMJKL
BBOHFLMFVSE
XPSEFO
%F
QBBSTF
LMFVS
LXBN
UPU
TUBOE
EPPS
EF
BDUJ OF¹MBNFOUFO
NFU
ºVPSFTDFOU
GBMMPuEJOF
BBO
UF
LMFVSFO
%F
BDUJOF¹MBNFOUFO
[JKO
JO
EF[F
DFM
HFCVOEFME
UPU
°TUSFTT
¹CFST±
EJF
EF
DPNQMFUF
DFM
PWFSTQBOOFO
PQOBNF
*OWJUSPHFO 

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

membraaneiwitten

55

secretie

secretiegranulum

1. verpakking 2. condensatie 3. opslag 4. laatste proteolyse 5. adressering

1. suikerketens van glycoproteïnen worden veranderd 2. sulfatering

2 $&-


lysosoom trans-Golgi-netwerk Golgi

additie van galactose transportvesikels verwijdering van mannose en additie van N-acetylglucosamine

mannoseverwijdering cis-zijde van het Golgi-complex

fosforylering van lysosomale glycoproteïnen 1. 2. 3. 4.

translatie segregatie signaalpeptidase eerste glycosylatie

Golgi

transportvesikels van RER naar Golgi RER polyribosoom

kern met transcriptie van DNA naar mRNA, tRNA en rRNA ruw endoplasmatisch reticulum

Figuur 2.12
0WFS[JDIU
WBO
EF
EPPSWPFS
FO
TPSUFSJOH
WBO
FJXJUUFO
EPPS
IFU
(PMHJDPNQMFY
%F
FJXJUUFO
XPSEFO
HFWPSNE
JO
IFU
3&3
POEFS
FO
XPSEFO
EPPS
USBOTQPSUCMBBTKFT
WFSWPFSE
OBBS
EF
DJT[JKEF
WBO
IFU
(PMHJDPNQMFY
*O
EF
(PMHJDJTUFSOFO
POEFS HBBO
EF
HMZDPQSPUFuOFO
FFO
HFEFFMUFMJKLF
IZESPMZTF
WBO
EF
LPPMIZESBBULFUFOT
XBBSOB
EF
EF¹OJUJFWF
HMZDPTZMFSJOH
WPMHU
JO
EF
PQFFOWPMHFOEF
DJTUFSOFO
%F
WPMHPSEF
WBO
EF
WFSTDIJMMFOEF
TVJLFST
JT
TQFDJ¹FL
WPPS
FML
HMZDPQSPUFuOF
'PTGPSZMFSJOH
FO
TVM GBUFSJOH
WJOEFO
IJFS
PPL
QMBBUT
%F
FJXJUUFO
XPSEFO
HFTPSUFFSE
PQ
CBTJT
WBO
IVO
HMZDPTZMFSJOH
GPTGPSZMFSJOH
FO
NPHFMJKL
PPL
TVMGBUFSJOH
%JU
QSPDFT
MFJEU
UPU
BESFTTFSJOH
JO
IFU
USBOT(PMHJOFUXFSL
EPPS
NJEEFM
WBO
TQFDJ¹FLF
NFNCSBBOHFCPOEFO
SF DFQUPSFO
OBBS
FFO
CFTUFNNJOH
[PBMT
IFU
MZTPTPPN
EF
TFDSFUJFHSBOVMB
EF
DFMNFNCSBBO
PG
EF
FYUSBDFMMVMBJSF
SVJNUF
TFDSF UJF
CPWFO 
7BO
EF
USBOTDJTUFSOFO
TQMJUTFO
WFTJLFMT
BG
EJF
UPU
DPOEFOTFSFOEF
WBDVPMFO
GVTFSFO
)FU
WFSLFFS
UVTTFO
EF
DJT UFSOFO
HFTDIJFEU
IPPGE[BLFMJKL
EPPS
BGTQMJUTJOH
°QJODIJOH
PGG±
FO
GVTJF
WBO
LMFJOF
WFTJLFMT
*O
EF
DPOEFOTFSFOEF
WBDVPMFO
XPSEU
EF
JOIPVE
TUFSL
HFDPODFOUSFFSE
1SPUFPMZUJTDIF
BGTQMJUTJOH
FO
IFU
GVODUJPOFFM
XFSL[BBN
NBLFO
WBO
FJXJUUFO
HFCFVSFO
EPPS
IZESPMZUJTDIF
FO[ZNFO
JO
EF
MBBUTUF
(PMHJDJTUFSOFO
FO
XPSEFO
WPPSUHF[FU
JO
EF
DPOEFOTFSFOEF
WBDVPMFO
%F
CMBBTKFT
XPSEFO
EBO
HFSJDIU
WFSTUVVSE
HFBESFTTFFSE
OBBS
EF
HFOPFNEF
CFTUFNNJOHFO



F U NC T I O NE L E

H IS T O LO GIE

2 CEL

C G

S

Figuur 2.13 5&.PQOBNF
WBO
BDJOBJSF
QBODSFBTDFM
NFU
FFO
(PMHJBQQBSBBU
(
FO
DPOEFOTFSFOEF
WBDVPMFO
$
FO
TFDSFUJFHSBOVMB
4 
%F[F
HSBOVMB
CFWBUUFO
EF
TQJKTWFSUFSJOHTFO[ZNFO
EJF
OB
VJUTDIFJEJOH
IVO
XFSL
EPFO
JO
EF
EVOOF
EBSN

Deze sortering en adressering betreft hydrolytische enzymen (lysosomen), membraaneiwitten (celmembraan) en secretieproducten (extracellulair milieu). De sleutel bij deze sorteringsprocessen is het MANNOSE  FOSFAAT. Dit fosfaat adresseert producten voor de lysosomen. De adressering voor de celmembraan en voor de secretie berust op de afwezigheid van mannose-6-fosfaat en op de eventuele hechting van moleculen aan de membraan. CELMEMBRAAN

De PLASMAMEMBRAANof CELMEMBRAANis samengesteld uit FOSFOLIPIDEN,cholesterol, eiwitten en glycoproteïnen. De plasmamembraan functioneert als een SELECTIEVE BARRInRE die de permeabiliteit en het transport tussen het cytoplasma en het extracellulair milieu regelt. Daarbij kan de membraan passief stoffen doorlaten of, met verbruik van energie, actief stoffen over de membraan transporteren. De plasmamembraan en de daarop aanwezige ‘cell coat’ of GLYCOCALYX hebben een functie bij het herkennen en eventueel aanhechten van stoffen, deeltjes en naburige of vreemde cellen. De

plasmamembraan en het cytoskelet spelen ook een rol bij de voortbeweging van cellen. Alle membranen van de cel tonen een eenheidsstructuur (‘UNIT MEMBRANE’), voornamelijk opgebouwd door een fosfolipiden-dubbellaag, die in een TEM-opname als twee parallelle lijnen met een afstand die ligt tussen 5 en 10 nm zichtbaar is (fig. 2.14 en fig. 2.15). In zo’n membraan liggen de hydrofobe staarten van de fosfolipiden naar elkaar (naar binnen) toe en de hydrofiele delen vormen de buitenlaag van de membraan. Membranen zijn min of meer VLOEIBAAR;dat wil zeggen dat een groot deel van de moleculen in de membraan vrij kan bewegen. Men kan deze ‘fluïditeit’ met bepaalde methoden meten. %XTRINSIEKE membraaneiwitten kunnen betrekkelijk los aan de binnen- of buitenzijde van de membraan gehecht zijn en ze kunnen gemakkelijk verwijderd worden met een detergens. )NTRINSIEKE (integrale, structurele) membraaneiwitten zijn in de membraan gebonden, alleen in de buitenste, de binnenste of beide lagen. 4RANSMEMBRANAIRE eiwitten overkruisen

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

Figuur 2.14 5&.PQOBNF
WBO
FFO
VMUSBEVOOF
DPVQF
EPPS
IFU
JOHF TUVMQUF
PQQFSWMBL
WBO
FFO
FQJUIFFMDFM
%F[F
MBBU
EF
°VOJU NFNCSBOF±TUSVDUVVS
[JFO
%F
TUSVDUVVS
LBO
WFSLMBBSE
XPSEFO
PQ
HSPOE
WBO
EF
GPTGPMJQJEFOEVCCFMMBBH
[PBMT
HFUFLFOE
JO
GJHVVS

%F
EJLUF
WBO
EF[F
°VOJU
NFN CSBOF±
JT
POHFWFFS

ON
)FU
QMVJ[JHF
NBUFSJBBM
EBU
BBO
IFU
CVJUFOPQQFSWMBL
WBO
EF
NFNCSBBO
UF
[JFO
JT
CFIPPSU
UPU
EF
°DFMM
DPBU±
EF
HMZDPDBMZY
0Q
QMBBUTFO
XBBS
EF
°VOJU
NFNCSBOF±
OJFU
MPPESFDIU
JO
EF
DPVQF
TUBBU
XPSEU
EF[F
WBBH
BGHFCFFME

×

de beide lipidenlagen en kunnen in sommige gevallen enkele malen (tot 12 ×) door de membraan op en neer gaan en zo een porie of een andere complexe structuur (bijvoorbeeld een ionkanaal) vormen (fig. 2.15). Het transmembranaire deel van het eiwit bevat vaak nietpolaire aminozuren, die bindingen aangaan met de lipiden. De meeste eiwitten, ook de transmembranaire, kunnen zich verplaatsen in ‘laterale’ richting, als gevolg van de MEMBRAANºUtDITEIT (vloeibaarheid). Sommige eiwitten zijn op hun plaats gefixeerd door verbindingen met het cytoskelet, de ‘cell coat’ (glycocalyx) of de extracellulaire matrix. De eiwitten en ook de fosfolipiden van de celmembraan worden voortdurend vervangen doordat TRANSPORTVESIKELS met de membraan fuseren of ervan afsnoeren. De MEMBRAANEIWITTENkunnen specifieke functies uitoefenen, zoals die van enzymen, transporteiwitten, receptoren, adhesiemoleculen en antigenen. De meeste eiwitten in de celmembraan zijn GLYCOPROTEtNEN; daarnaast komen glycolipiden voor. De glycoproteïnen richten hun suikerketens naar buiten. Behalve glycoproteïnen zijn er aan de buitenzijde van de celmembraan proteoglycanen geadsorbeerd, die samen met de ‘cell coat’ een verbinding maken met de extracellulaire matrix. Adhesiemoleculen van verschil-

2 $&-


57

lende aard overspannen de plasmamembraan, zijn intracellulair verbonden met het cytoskelet en zijn extracellulair gehecht aan de extracellulaire matrix. Zo vormt de cel met zijn inhoud en celmembraan een min of meer stevig geheel met zijn omgeving, een ‘continuüm’. Membraan-eiwitten die deel uitmaken van grote enzymcomplexen, zijn niet zo mobiel, zeker in het geval van de transductie van signalen van buiten de cel. Deze complexen zijn gelokaliseerd in membraanspecialisaties, ‘lipid rafts’, waar de cholesterol- en verzadigde-vetzuur-concentraties verhoogd zijn. Het gevolg is een verminderde membraanfluïditeit. Speciale begeleidende eiwitten verbinden de enzymen en signaalpeptiden, zodat een goede interactie verzekerd is. De eiwit- en fosfolipidensamenstelling van de membraan varieert sterk van cel tot cel, maar ook van organel tot organel. Het eiwitgehalte van een membraan kan groter zijn dan de fosfolipidenmassa, zonder dat het beeld van de ‘unit membrane’ in de EM verloren gaat. Zo bevat de membraan van de myelineschede rond een axon ‘slechts’ 25% eiwit, terwijl de binnenmembraan van het mitochondrium, volgepakt met enzymen, 75% eiwit bevat. #HOLESTEROLis een wezenlijk bestanddeel van alle membranen. In een plasmamembraan is de verhouding van cholesterolmoleculen en fosfolipidenmoleculen ongeveer 1 op 1. Cholesterol associeert met de apolaire koolwaterstofketens van de fosfolipiden. Het vergroot daardoor de stijfheid van de membraan en heeft ook een effect op de PERMEABILITEIT voor kleine moleculen. De neiging tot aaneensluiten van de lipidendubbellaag laat een gat in de membraan snel sluiten; het aanprikken van een cel voor een injectie of een ‘patch clamp’ leidt dus niet tot celdood. Fusie van membranen komt veel voor en is onder meer belangrijk bij het transport binnen de cel. Vaak gebeurt dat via kleine vesikels, die tussen sommige compartimenten en de celmembraan worden uitgewisseld. Details in membranen kunnen zeer gedetailleerd afgebeeld worden met de VRIESBREEKTECHNIEK(hoofdstuk 1). Het breukvlak kan tussen de beide fosfolipidenlagen doorgaan, zodat de eiwitten in de twee complementaire preparaathelften zichtbaar worden als ‘INTRAMEMBRA NOUSPARTICLES’(IMP). Ongeladen kleine moleculen, zoals water, O2, CO2 of ureum, kunnen vrij door de plasmamembraan diffunderen. Ook in vet oplosbare stoffen, zoals steroïdhormonen, worden vlot doorgelaten. Grotere, hydrofiele moleculen, zoals glucose, passeren veel moeilijker. De lipidendubbellaag is IMPERMEABEL voor geladen moleculen, zoals ionen (Na+, K+, Ca++), aminozuren en



F U NC T I O NE L E

HIST O LO GIE

2 CEL

interstitiële vloeistof fosfolipide suikerketen

glycolipide hydrofiele (polaire) kop van een fosfolipidenmolecuul fosfolipidendubbellaag

hydrofobe (apolaire) kop van een fosfolipidenmolecuul

glycoproteïne cholesterol

eiwit

integraal membraaneiwit eiwit aan de binnenmembraan

cytoskeletfilamenten

cytosol

Functies van de plasmamembraan

a

b

1. Fysieke barrière: zorgt voor een vervormbare afgrenzing, beschermt de celinhoud en ondersteunt de celstructuur. De fosfolipiden-dubbellaag zorgt voor afscheiding van het interne en externe celmilieu. 2. Selectieve permeabiliteit: regulatie van opname en afgifte van ionen, nutriënten en afvalproducten door de membraan heen.

diffusie

ionkanaal

transporteiwit

nucleotiden. Deze kunnen alleen met de hulp van selectief transporterende membraaneiwitten passeren. Dit kwam aan het licht bij aangeboren afwijkingen waarbij één bepaald transporteiwit ontbreekt of niet functioneert. Men onderscheidt TRANSPORTEIWITTEN (‘carrier proteins’), die een specifiek transport verzorgen, en KANAALEIWITTEN(‘channel proteins’), die een kanaal door de membraan openhouden. Beide zijn TRANSMEMBRA NAIREEIWITTEN,die de membraan enkele malen kunnen doorkruisen (‘multipass proteins’). Membranair IONEN TRANSPORT,soms tegen een concentratiegradiënt in, kost veel energie. De betreffende membranen bevatten een

3. Elektrochemische gradiënt: vorming en instandhouding van de membraanpotentiaal over de plasmamembraan (ladingsverschil tussen binnen- en buitenzijde). 4. Communicatie: bevat receptoren die specifieke moleculaire signalen herkennen en daarop reageren.

Figuur 2.15 a
%F
°VOJU
NFNCSBOF±
LBO
FJXJUUFO
BBOIFDIUFO
[PXFM
BBO
EF
CVJUFO
BMT
BBO
EF
CJOOFOLBOU
#PWFOEJFO
LVOOFO
JOUF HSBMF
USBOTNFNCSBOBJSF
FJXJUUFO
EFFM
VJUNBLFO
WBO
EF
NFNCSBBO
XBBSCJK
[F
TPNT
NFFSNBMFO
EF
NFNCSBBO
LVO OFO
EPPSLSVJTFO
°TJOHMF
WT
NVMUJQBTT
QSPUFJOT± 
#PWFOEJFO
LVOOFO
[PXFM
FJXJUUFO
BMT
TPNNJHF
MJQJEFO
LPPMIZESBBULF UFOT
CFWBUUFO
8BOOFFS
NPMFDVMFO
VJUTUFLFO
JO
EF
PNHF WJOH
NBLFO
[F
EFFM
VJU
WBO
EF
HMZDPDBMZY
XBBSJO
SFDFQUPSFO
BOUJHFOFO
FO
FO[ZNFO
FFO
SPM
TQFMFO
%F
ºVuEJUFJU
WBO
EF
NFNCSBBO
XPSEU
PPL
CFQBBME
EPPS
IFU
HFIBMUF
BBO
DIPMFT UFSPM
FFO
FTTFOUJFFM
POEFSEFFM
WBO
EF
DFMNFNCSBBO b
4PNNJHF
MJQP¹FMF
FO
POHFMBEFO
NPMFDVMFO
LVOOFO
WSJK
EPPS
EF
°VOJU
NFNCSBOF±
EJGGVOEFSFO
MJOLT 
%F
NFFTUF
JPOFO
EJF
EF
DFMNFNCSBBO
QBTTFSFO
NBLFO
HFCSVJL
WBO
FFO
FJXJU
EBU
FFO
JPOTQFDJ¹FLF
QPSJF
PG
JPOTQFDJ¹FL
LBOBBM
CFWBU
NJEEFO 
(SPUFSF
XBUFSPQMPTCBSF
NPMFDVMFO
XPSEFO
HF CPOEFO
EPPS
°DBSSJFS
QSPUFJOT±
PG
°USBOTQPSUFS
QSPUFJOT±
EJF
IVO
TUSVDUVVS
BBOQBTTFO
FO
IFU
HFCPOEFO
NPMFDVVM
PWFS[FU UFO
OBBS
IFU
DZUPQMBTNB
SFDIUT 
*O
IFU
MBBUTUF
HFWBM
[BM
FS
FOFSHJF
OPEJH
[JKO
WPPS
IFU
USBOTQPSU
%F
BOEFSF
UXFF
LVOOFO
[POEFS
CJKLPNFOE
FOFSHJFWFSCSVJL
PQFSBUJPOFFM
[JKO

!40°ASE ( adenosinetrifosfatase) en liggen op korte afstand van grote mitochondriën, die de energie (ATP) leveren. Dergelijk actief (energieverbruikend) transport kan onderscheiden worden van passief transport,

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

zoals een diffusieproces. Een tussenvorm bestaat uit gefaciliteerde diffusie. Hier komt wel een transporteiwit aan te pas, maar er wordt geen energie bij verbruikt. Transporteiwitten hebben met enzymen de specificiteit van binding gemeen, alsook het feit dat hun werking door specifieke remmers kan worden geblokkeerd. Bij Na+/K+ATP’ase wordt het transport van Na+ in één richting en dat van K+ in de andere richting bevorderd door hetzelfde eiwitcomplex, dat ook ATP kan splitsen. Zo wordt de hoge intracellulaire K+- en de lage Na+-concentratie in de cel in stand gehouden. De uitwisseling tussen Na+- en H+-ionen heeft tot gevolg dat de cytoplasmatische pH één eenheid lager is dan die van het extracellulaire milieu (binnen-pH 6,4; buiten-pH 7,4). De verdeling van ionen leidt tot een MEMBRAANPOTENTIAAL van enkele tientallen millivolt. Zenuw- en spiercellen beschikken over speciale IONENKA NALEN, waarvan de opening en sluiting worden bepaald door polarisatie of depolarisatie van de membraan. Naast moleculair transport over de membraan bestaat er ENDOCYTOSE,een opnameproces waarbij vesikels of grotere vacuolen zich afsnoeren van de celmembraan. Endocytose kan worden onderverdeeld in PINOCYTOSE, metvoornamelijk opname van vloeistof (fig. 2.16a), en FAGOCYTOSE,waarbij vaste deeltjes zoals bacteriën of celresten worden opgenomen (gefagocyteerd) (fig. 2.16b). Polynucleotiden, eiwitten en polysachariden worden door een RECEPTOR specifiek aangehecht en bijeengebracht in een ‘coated pit’. Dit is een pinocytosevesikel met een diameter van ongeveer 100 nm, dat door toedoen van het eiwit clathrine afsnoert van de celmembraan en zijn cargo naar een bestemming in de cel brengt (fig. 2.17). Zo’n vesikel bevat dus naast specifiek opgenomen stoffen een kleine hoeveelheid vloeistof met daarin opgeloste (niet-specifieke) stoffen. De receptor wordt door verzuring van het endosoomcompartiment ontkoppeld. Na afsnoering van een speciaal blaasje met een hoge concentratie receptoren wordt hij naar het celoppervlak teruggevoerd. 2ECEPTORGEMEDIEERDEENDO CYTOSE stelt de cel in staat uit het extracellulaire milieu specifiek stoffen op te nemen die daar in lage concentratie voorkomen, zoals hormonen, cytokinen, eiwitten en lipoproteïnen. Pinocytose is een vrijwel continu proces. Fagocytose treedt op bij macrofagen en neutrofielen. Wanneer een bacterie of een ander deeltje tegen de celmembraan komt te liggen, wordt deze/dat aangehecht aan de glycocalyx. Dit induceert de fagocytose. De bacterie of het deeltje wordt omstulpt door de plasmamembraan en het corticale cytoplasma van de fagocyterende cel en wordt in een vacuole opgenomen.

2 $&-


59

Geëndocyteerd materiaal komt na enkele minuten terecht in ENDOSOMEN, die op hun beurt getransporteerd worden naar LYSOSOMEN, waarmee ze FUSEREN. De endosomale inhoud wordt daarna verteerd door de lysosomale enzymen. Endosomen kunnen ook worden doorgesluisd naar de andere zijde van de cel om hun inhoud weer door exocytose te lozen. Dit proces noemt men DIACYTOSEof TRANSCYTOSE(hoofdstuk 4) en komt als transportsysteem voor in epitheel of endotheel. %XOCYTOSE is het omgekeerde van endocytose en betreft het proces waarbij de membraan van een secretiegranulum fuseert met de celmembraan en de inhoud vrijkomt in het extracellulaire milieu. Veel secretieprocessen verlopen op deze manier. Endocytose en exocytose zijn energieverbruikende processen. Exocytose wordt in veel cellen op gang gebracht door een tijdelijke piek van de Ca2+-concentratie in het cytoplasma. Het TRANSPORT VAN VESIKELS wordt door het cytoskelet verzorgd. Bij vesiculair transport wordt membraanmateriaal onttrokken (endocytose) of toegevoegd (exocytose) aan de celmembraan en een aantal compartimenten, vooral het endoplasmatisch reticulum (ER), het Golgi-complex en de lysosomen. De membranen van de cel kennen daardoor een voortdurende cyclus van vermenging en turnover van lipiden en eiwitten. Cellen communiceren met elkaar, waardoor groei, deling, metabolisme en gespecialiseerde functies gecoördineerd verlopen. Cellen kunnen communiceren door: r het afscheiden van chemische signalen (HORMO NEN)die op afstand hun effect uitoefenen; r SIGNAALMOLECULENvia direct cel-celcontact; r vorming van CELCONTACTEN die de directe uitwisseling van kleine moleculen mogelijk maken. Veel hormonen, neurotransmitters en mediatoren, de zogeheten LIGANDEN, binden aan specifieke receptoreiwitten aan het celoppervlak (‘ligand’ betekent letterlijk: wat gebonden moet worden). Hormonen zijn in het bloed soms gebonden aan dragereiwitten en kunnen na dissociatie, zoals in het geval van schildklierhormonen (T3 en T4), de celmembraan passeren en receptoren binnen de cel activeren. Deze binding activeert de receptoreiwitten, die zich vervolgens aan specifieke DNA-gebieden in de celkern binden en daardoor transcriptieactiviteit van bepaalde genen starten. De RECEPTOR LIGANDINTERACTIEkan een signaaloverdracht induceren (SIGNAALTRANSDUCTIE), die via specifieke proteïnen een cascade van biochemische activatie in het cytoplasma tot gevolg kan hebben (fig. 2.18). Nadat een signaalmolecuul (als ‘¹RSTMESSENGER’) aan zijn specifieke receptor is



F U NC T I O NE L E

HIST O LO GIE

2 CEL

fagocytose van bacteriën of débris (door neutrofiele granulocyten)

liganden

receptoren celmembraan

endocytosevesikel

fagocytosevacuole vrijkomen van nutriënten tijdens vertering

vroeg endosoom clathrine clathrine-gecoat vesikel

laat endosoom

secundaire lysosomen

primaire lysosomen

terugkeer van receptoren

restlichaampje met onverteerd materiaal

autofagosoom uitscheiding van hydrolyserende enzymen in het micromilieu (bijvoorbeeld door osteoclasten)

niet-gecoat pinocytosevesikel vroeg endosoom met afsplitsing receptoren

clathrinemonomeren

Golgi-apparaat

vorming autofage vacuole rondom mitochondrion

nucleolus

laat endosoom met liganden

kern RER

vertering in lysosoom

a

kern

Figuur 2.16 a 5FLFOJOH
WBO
SFDFQUPSHFNFEJFFSEF
FOEPDZUPTF
7SJKF
MJHBOEFO
CJOEFO
[JDI
TQFDJ¹FL
FO
NFU
IPHF
BG¹OJUFJU
BBO
SFDFQUPSFO
PQ
EF
DFMNFNCSBBO
XBBSOB
[F
WJB
°DPBUFE
QJUT±
XPSEFO
PQHFOPNFO
%F[F
CFTUBBO
VJU
FFO
DFMNFNCSBBOJOWBHJOBUJF
EJF
BBO
EF
DZUPQMBTNBUJTDIF
LBOU
HFDPBU
XPSEU
NFU
DMBUISJOF
%F
°DPBUFE
QJUT±
TQMJUTFO
[JDI
BG
WBO
EF
DFMNFNCSBBO
FO
[P
POUTUBBO

HFDPBUF
QJOPDZUPTFWFTJLFMT
)JFSOB
EFQPMZNFSJTFFSU
EF
DMBUISJOFNBOUFM
FO
POUTUBBO
HMBEEF
FOEPTPNBMF
WFTJLFMT
)JFSVJU
POUTUBBU
EPPS
GVTJF
FFO
HSPUFS
FOEPTPPN
%PPS
WFSMBHJOH
WBO
EF
Q)
JO
EF[F
FOEPTPNFO
TDIFJEFO
EF
MJHBOEFO
[JDI
WBO
EF
SFDFQUPSFO
FO
LPNFO
[F
XFFS
WSJK
0Q
EF
CJOOFONFNCSBBO
WFS[BNFMFO
EF
SFDFQUPSFO
[JDI
JO
FFO
UVCVMBJS
SFUPVSCMBBTKF
EBU
[JDI
BGTQMJUTU
FO
OBBS
EF
DFMNFNCSBBO
UFSVHLFFSU
%PPS
GVTJF
JOUFHSFSFO
EF
NFNCSBBO
FO
EF
SFDFQUPSFO
XFFS
JO
EF
DFMNFNCSBBO
%F

SFDFQUPSFO
LVOOFO
[P
BBO
FFO
OJFVXF
PQOBNFDZDMVT
EFFMOFNFO
%F
SFTU
WBO
IFU
FOEPTPPN
IFU
MBUF
FOEPTPPN
[POEFS
EF

SFDFQUPSFO
[BM
GVTFSFO
NFU
FFO
MZTPTPPN
/B
GVTJF
NFU
IFU
MZTPTPPN
XPSEU
EF
JOIPVE
CJK
MBHF
Q)
WFSUFFSE
EPPS
EF
MZTPTP NBMF
IZESPMBTFO b
5FLFOJOH
NFU
EF
FTTFOUJqMF
FMFNFOUFO
WBO
FOEPDZUPTF
"MT
FFO
EFFMUKF
BBOIFDIU
BBO
EF
DFMNFNCSBBO
XPSEU
IFU
JO
LPSUF
UJKE
PNTUVMQU
EPPS
IFU
DZUPQMBTNB
FO
XPSEU
IFU
HFGBHPDZUFFSE
FO
PQHFOPNFO
JO
FFO
WBDVPMF
3FDFQUPSFO
LVOOFO
IJFSCJK
IFMQFO
NBBS
[JKO
OJFU
FDIU
OPEJH
JO
UFHFOTUFMMJOH
UPU
EF
TJUVBUJF
CJK
QJOPDZUPTF
7BOVJU
IFU
(PMHJBQQBSBBU
GVTFSFO
QSJNBJSF
MZTPTPNFO
NFU
EF
WBDVPMFT
FO
FOEPTPNFO
[PEBU
TFDVOEBJSF
MZTPTPNFO
POUTUBBO
XBBSJO
EF
WFSUFSJOH
TOFM
XPSEU

VJUHFWPFSE
%F
BGCSBBLQSPEVDUFO
LPNFO
BMT
OVUSJqOUFO
WSJK
JO
IFU
DZUPQMBTNB
FO
LVOOFO
IFSHFCSVJLU
XPSEFO
0OWFSUFFSCBSF
SFTUQSP EVDUFO
CMJKWFO
BDIUFS
"MT
EF[F
MZTPTPNFO
PVEFS
XPSEFO
FO
OJFU
NFFS
GVTFSFO
NFU
FOEPTPNFO
WFSMJF[FO
[F
IVO
FO[ZNBD UJWJUFJU
FO
XPSEFO
[F
SFTUMJDIBBNQKFT
PG
°SFTJEVBM
CPEJFT±
%BBSOBBTU
[PSHU
EF
BVUPGBHJF
WPPS
IFU
XFHOFNFO
FO
WFSUFSFO
WBO
FFO
LMFJO
EFFM
WBO
EF
DZUPQMBTNBUJTDIF
PSHBOFMMFO
[PEBU
EBBS
FFO
SFDZDMBHF
QMBBUTWJOEU
)JFSCJK
TQFMFO
EF
DJTUFSOFO
WBO
IFU
3&3
FFO
SPM
%F[F
LVOOFO
FFO
BOEFS
PSHBOFM
PNHFWFO
XBBSOB
QSJNBJSF
MZTPTPNFO
VJU
IFU
(PMHJBQQBSBBU
EBBSNFF
WFS TNFMUFO

b

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

2 $&-


61

LYSOSOMEN

$1

$1 $7

Figuur 2.17 $MBUISJOF
JT
FFO
FJXJU
EBU
[JDI
IFDIU
BBO
EF
CJOOFO[JKEF
WBO
EF
DFMNFNCSBBO
XBBSCJK
°DPBUFE
QJUT±
$1
HFWPSNE
XPS EFO
0Q
IFU
NPNFOU
EBU
[JDI
FFO
WFTJLFM
HBBU
WPSNFO
PN HFFGU
IFU
DMBUISJOF
EJU
WFTJLFM
QPMZNFSJTFFSU
JO
FFO
IFYBHP OBBM
QBUSPPO
FO
IFMQU
[P
CJK
IFU
BGTQMJUTFO
WBO
IFU
WFTJLFM
$7 
,PSU
OB
IFU
BGTQMJUTFO
EFQPMZNFSJTFFSU
IFU
DMBUISJOF
FO
LPNU
WSJK
WPPS
IFSHFCSVJL
PQOBNF
+
)FVTFS 

gehecht, wordt het G-eiwit-guanosinedifosfaatcomplex (GDP-complex) geactiveerd. Een uitwisseling tussen GDP en GTP (het trifosfaat) maakt de alfa-eenheid van het G-eiwit vrij, waardoor membraangebonden effectoren geactiveerd worden. Hierdoor wordt een inactieve precursor omgezet in een actieve tweede boodschapper (‘SECOND MESSENGER’), die het signaal binnen de cel kan doorgeven. Deze tweede boodschappers brengen vaak een cascade van reacties teweeg die de functie van de cel kunnen sturen.

Medische context 4PNNJHF
[JFLUFQSPDFTTFO
[JKO
JO
WFSCBOE
UF
CSFO HFO
NFU
FFO
HFTUPPSEF
TJHOBBMUSBOTEVDUJF
#JK
QTFV EPIZQPQBSBUIZSFPuEJF
FO
FFO
WPSN
WBO
EXFSHHSPFJ
LPNFO
CJKTDIJMELMJFSIPSNPPO
FO
HSPFJIPSNPPO
OPS NBBM
WPPS
NBBS
EF
EFTCFUSFGGFOEF
IPSNPPOSFDFQ UPSFO
PQ
EF
UBSHFUDFMMFO
GVODUJPOFSFO
OJFU

,YSOSOMEN zijn 0,1-0,5 μm groot en worden door een membraan omgeven (fig. 2.19). Ze zijn vrijwel rond, heterogeen van inhoud en meestal elektronendicht. Per cel kunnen er enkele tot honderden lysosomen voorkomen. Lysosomen bevatten hydrolytische enzymen (HYDROLA SEN), aangevoerd vanuit het Golgi-complex. Ze vormen het VERTERINGSAPPARAAT van eukaryotische cellen. Veel lysosomen vinden we in macrofagen en neutrofielen. Het te verteren materiaal bereikt de lysosomen langs twee verschillende wegen: via endocytose, hetgeen HE TEROFAGIE wordt genoemd, en via AUTOFAGIE, waarbij de cel delen van zijn eigen cytoplasma of organellen verteert (fig. 2.19b). Autofagie zorgt voor een turnover van organellen en uiteindelijk voor VERJONGINGvan de celorganellen. De levensduur van een mitochondrium in een leverparenchymcel is ongeveer tien dagen, terwijl de cel zelf veel langer leeft. Er zijn tachtig verschillende lysosomale hydrolasen bekend. Deze hydrolasen hebben een ZUURP( OPTIMUM (pH 3,5-5). De enzymsamenstelling van lysosomen kan tussen verschillende celtypen variëren. :UREFOSFATASEis het meest gebruikte MERKERENZYM.Daarnaast zijn er nog ribonuclease, desoxyribonuclease, cathepsine B, D, H en L, sulfatasen en glucuronidasen. Met deze enzymen kan het lysosoom een groot aantal moleculen afbreken. De producten van deze vertering passeren met behulp van transporteiwitten de lysosomale membraan en worden door de cel hergebruikt. De membraan van het lysosoom beschermt het cytoplasma tegen de inwerking van de hydrolasen. Hierbij vormt het lage pH-optimum van deze enzymen ook een beschermende factor: de pH in de lysosomen is lager dan die van het cytoplasma. In de membraan bevindt zich een ATP-afhankelijke H+-ionenpomp, die de lage pH binnen het organel handhaaft. Deze integrale membraaneiwitten van de lysosomale membraan worden beschermd tegen de inwerking van lysosomale proteasen door een hoge glycosyleringsgraad. Eventuele onverteerde resten blijven achter in het lysosoom, zodat een RESTLICHAAMPJE (‘residual body’) ontstaat. Deze restlichaampjes kunnen als geelbruine LIPOFUSCINEgranula gevonden worden, bijvoorbeeld in cellen met een lange levensduur zoals neuronen, hartspiercellen en macrofagen. Hun vóórkomen kan ook deel uitmaken van een pathologie. De morfologische variatie van lysosomen hangt samen met de variabiliteit van het opgenomen materiaal en de verschillende graden van vertering.



F U NC T I O NE L E

H IS T O LO GIE

2 CEL

kanaal open ionen ligand

ligand

kanaal gesloten actief proteïnekinase fosforyleert andere enzymen

inactief proteïnekinase ionen

enzym geactiveerd of geïnactiveerd

fosfaat a Kanaalgekoppelde receptoren

ligand

1 Binding ligand aan receptor zorgt voor conformationele verandering, waardoor receptor geactiveerd raakt.

b Enzymatische receptoren

ionen effectoreiwit (bijv. ionkanaal) inactief proteïnekinase

2 G-eiwit bindt aan geactiveerde receptor. second messenger

5 Actief proteïnekinase fosforyleert andere enzymen

geactiveerd G-eiwit GTP

3 GTP bindt aan G-eiwit, waardoor het geactiveerd raakt. Geactiveerd G-eiwit laat los van de receptor en bindt aan effectoreiwit dat geactiveerd raakt (bijvoorbeeld ionkanaal of enzym). c G-eiwitgekoppelde receptoren

effectoreiwit (bijv. enzym)

4 Geactiveerd effectoreiwit zorgt voor het vrijkomen van second messengers in de cel, die op hun beurt proteïnekinase activeren.

fosfaat

enzym geactiveerd of geïnactiveerd

Figuur 2.18 a 3FDFQUPSFO
NFU
FFO
EPPSMBBUCBBS
LBOBBM
LVOOFO
MJHBOEFO
CJOEFO
FO
CFQBBMEF
JPOFO
FO
OFVSPUSBOTNJUUFST
EPPSMBUFO b &O[ZNBUJTDIF
SFDFQUPSFO
[JKO
HFXPPOMJKL
QSPUFuOFLJOBTFT
EJF
HFBDUJWFFSE
XPSEFO
EPPS
CJOEJOH
NFU
FFO
MJHBOE
PN
WFS WPMHFOT
BOEFSF
FJXJUUFO
UF
GPTGPSZMFSFO
FO
UF
BDUJWFSFO c (QSPUFuOFHFLPQQFMEF
SFDFQUPSFO
CJOEFO
FFO
MJHBOE
XBBSEPPS
EF
TUSVDUVVS
WBO
EF
(QSPUFuOF
WFSBOEFSU
)JFSEPPS
CJOEU
IFU
(51
EBU
PQ
[JKO
CFVSU
BOEFSF
FJXJUUFO
BDUJWFFSU
CJKWPPSCFFME
JPOFOLBOBMFO
PG
BEFOZMDZDMBTF 

Medische context -ZTPTPNBMF
TUBQFMJOHT[JFLUFO
[JKO
IFU
HFWPMH
WBO
FFO
EFGFDU
JO
FFO
PG
NFFS
WBO
EF
TQJKTWFSUFSJOHTFO[Z NFO
JO
MZTPTPNFO
.FFTUBM
CFUSFGU
IFU
FFO
NVUBUJF
EJF
UPU
FFO
EF¹
DJqOUJF
WBO
FFO
WBO
EF
FO[ZNFO
MFJEU
NBBS
IFU
EFGFDU
LBO
PPL
UF
XJKUFO
[JKO
BBO
FFO
WFS TUPPSEF
QPTUUSBOTMBUJPOFMF
WFSXFSLJOH
*O
EF
DFMMFO
XBBSCJK
IFU
POUCSFLFOEF
PG
EFGFDUF
FO[ZN
BBOXF[JH
JT
LBO
IFU
TVCTUSBBU
OJFU
WFSUFFSE
XPSEFO
FO
LVO OFO
EF
MZTPTPNFO
OJFU
HPFE
GVODUJPOFSFO
*O
EF[F
DFMMFO
BDDVNVMFSFO
HSPUF
TFDVOEBJSF
MZTPTPNFO


PG
°SFTJEVBM
CPEJFT±
HFWVME
NFU
IFU
POWFSUFFSCBSF

NBDSPNPMFDVVM
%F
BDDVNVMBUJF
WBO
EF[F
WBDVPMFO
LBO
VJUFJOEFMJKL
JOUFSGFSFSFO
NFU
EF
OPSNBMF
DFM
PG
XFFGTFMGVODUJF
FO
WPPS
EF
TZNQUPNFO
WBO
EF
MZTP TPNBMF
TUBQFMJOHT[JFLUF
[PSHFO Een lysosoom is omgeven door een membraan, waarbinnen een lichte zoom of halo zichtbaar is, terwijl de matrix meestal donker gekleurd is. Lysosomen kunnen worden geïdentificeerd met een histochemische reactie op het merkerenzym zure fosfatase. De membraan is van het dikke type, zoals de membraan van de laatste

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

2 $&-


63

N

N N L L L

L

a

b Figuur 2.19 a $FMMFO
NFU
FFO
BDUJFWF
PQOBNF
CFWBUUFO
NFFTUBM
WFFM
HSPUF
MZTPTPNFO
;P
PPL
EF
DFMMFO
WBO
FFO
OJFSUVCVMVT
XBBS
FFO
HSPPU
EFFM
WBO
EF
TUPGGFO
HFSFTPSCFFSE
XPSEU
EJF
EPPS
IFU
OJFS¹MUFS
[JKO
EPPSHFMBUFO
%JU
NBUFSJBBM
CFUSFGU
WPPSBM
LMFJOF
FJXJU UFO
%F
PQOBNF
MFJEU
XFM
UPU
WFSUFSJOH
WBO
IFU
NBUFSJBBM
JO
MZTPTPNFO
- 
/

OVDMFVT
LFSO  b 5&.PQOBNF
WBO
FFO
VMUSBEVOOF
DPVQF
WBO
EF
MFWFS
WBO
EF
SBU
OB
JODVCBUJF
WBO
IFU
XFFGTFM
WPPS
IFU
BBOUPOFO
WBO
[VSF
GPTGBUBTF
7FSTDIJMMFOEF
MZTPTPNFO
JO
IFU
DZUPQMBTNB
WBO
FFO
MFWFSQBSFODIZNDFM
UPOFO
IFU
OFFSTMBH
%F
QJKM
XJKTU
FFO
BVUP GBHPTPPN
BBO
XBBSJO
OPH
FFO
QFSPYJTPPN
UF
IFSLFOOFO
JT
"OEFSF
QFSPYJTPNFO
FO
NJUPDIPOESJqO
MJHHFO
JO
IFU
DZUP QMBTNB

×
PQOBNF
&
8JTTF 

cisterne van het Golgi-complex en de celmembraan, in tegenstelling tot de membranen van de kern, het ER, de mitochondriën en de peroxisomen (zie verderop), die dunner zijn. Dit verschil in membraandikte wordt wel eens verklaard door de communicatie van deze membranen met de buitenwereld (dikke membraan, ‘EXOPLASMIC SPACE’) of door het ontbreken daarvan (dunne membraan, ‘ENDOPLASMICSPACE’). Lysosomale enzymen worden gesynthetiseerd in het RER en in het Golgi-complex voorzien van een lysosoomadressering met mannose-6-fosfaat. Deze adressering wordt herkend door receptoren in het TGN. Transportvesikels, die nieuwe hydrolasen uit het RER aandragen, hebben een ‘bristle coating’ en verzorgen ook een pendeltransport (‘shuttle’) tussen het Golgi-complex en de lysosomen. Op de terugweg vervoeren ze weer vrije receptoren naar het Golgi-gebied. Bij cellen die niet meer tot eiwitsynthese in staat zijn, zoals de granulocyten in het bloed, zijn het RER en het

Golgi-complex afwezig, zodat deze cellen geen nieuwe hydrolasen meer kunnen aanmaken en zodoende hun lysosomen bij herhaalde fagocytose opgebruiken. De overige eiwitten die in het RER worden gesynthetiseerd, worden afgegeven aan de celmembraan of het extracellulaire milieu. Lysosomale hydrolasen vormen dus een uitzondering op de regel dat het RER eiwitten voor de export maakt. Macrofagen en neutrofielen fagocyteren bacteriën en andere invasieve organismen na aanhechting, omstulping en de vorming van een FAGOSOOM.In dit fagosoom wordt de pH verlaagd door een H+-ionenpomp, zodat een denaturatie van de eiwitten optreedt. Vervolgens fuseert het fagosoom met een of meer lysosomen tot een FAGOLYSOSOOM,waarna de hydrolasen, bij een zure pH, de bacterie zullen verteren. Dit proces gaat gepaard met structuurverlies van het verterende materiaal. Tijdens de AUTOFAGIEomstulpt een RER-cisterne een stukje cytoplasma, al dan niet met een organel daarin.



F U NC T I O NE L E

H IS T O LO GIE

2 CEL

Door fusie met een lysosoom ontstaat een autofage vacuole en kan de vertering beginnen. De vernieuwing, die via autofagie en resynthese optreedt, betekent dat bijvoorbeeld een levercel zichzelf in een week kan vervangen. Bij doorgedreven vasten of hongeren kan het volume van een cel door autofagie in één dag met 25% teruglopen. Een autofage vacuole is soms te herkennen aan nog niet geheel verteerde mitochondriën, ER-membranen of glycogeen. Autofagie kan ook ingeschakeld worden in een secretieproces. Een overschot van secretieproduct kan uit de cel verwijderd worden door autofagie. Men spreekt dan van CRINOFAGIE. Soms kunnen lysosomen hun inhoud secerneren in het extracellulaire milieu. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de vertering van collageen door osteoclasten tijdens de botafbraak. Als een cel ernstig beschadigd is, kunnen hydrolasen zich dóór de lekke lysosomale membraan in het cytoplasma verspreiden. Dit heeft AUTOLYSEtot gevolg. Een dergelijke lysis gebeurt niet spontaan; decelafbraak komt enige tijd na de feitelijke dood van een cel op gang. In het cytoplasma kan ook selectieve afbraak van gedenatureerde, niet goed gevouwen eiwitten of geoxideerde dan wel niet-functionele eiwitten plaatsvinden door proteolytische enzymcomplexen, PROTEASOMENgenoemd. Hierbij speelt het eiwit UBIQUITINEeen inleidende rol. Dit bindt zich covalent aan een bepaald eiwit, dat hierdoor onderworpen wordt aan de proteolytische werking van het proteasoom. Ubiquitine is een veelvoorkomend cytosolisch eiwit (76 aminozuren), dat in alle celtypen voorkomt. Het proteasoom heeft een ‘regulatory particle’ op zijn uiteinde, dat onder het verbruik van ATP het eiwit naar binnen helpt. Het proteasoom splitst het eiwit in korte peptidenketens, die in het cytosol worden vrijgegeven. Het ubiquitine komt daarbij vrij voor een volgende cyclus. Proteasomen dragen dus bij aan de turnover, de vervanging van cytoplasmatische eiwitten, zoals lysosomen dat doen voor celorganellen. Proteasomen hebben de grootte van het kleine onderdeel van een ribosoom. Ze zijn niet aan een membraan gebonden en liggen dus vrij in het cytoplasma. Proteasomen zijn cilindrisch en opgebouwd uit vier ringen, elk samengesteld uit zeven eiwitten, waaronder de proteases. MITOCHONDRIËN

Mitochondriën zijn in levende cellen zichtbaar met fasecontrastmicroscopie. Ze komen voor in alle eukaryotische cellen en kunnen maximaal tot vrijwel de helft van het cytoplasmavolume innemen, maar meestal nemen ze veel minder van dit volume in. Het aantal mitochondriën per cel varieert en hangt af van de ENERGIE BEHOEFTEvan de cel. Bloedlymfocyten hebben er enkele

tientallen, maar een parenchymcel van de lever heeft er 2000-3000, terwijl een eicel er enkele honderdduizenden heeft. Mitochondriën zijn meestal langwerpig, kunnen soms vertakken en hebben afmetingen in de orde van grootte van 0,5 μm tot enkele μm. Mitochondriën verplaatsen zich in de cel en kunnen aanzienlijke VORM VERANDERINGENondergaan. Mitochondriën kunnen ook SPLITSENen FUSEREN. -ITOCHONDRIpNzetten de chemische energie van metabole stoffen om in ATP. Uit ATP kan overal in de cel gemakkelijk energie worden vrijgemaakt voor energieverbruikende processen, zoals osmotische, mechanische, elektrische of chemische arbeid, synthese, ionentransport of signaaltransductie. Mitochondriën kunnen zich op één plaats in het cytoplasma concentreren, namelijk daar waar veel energie wordt verbruikt, zoals in het apicale cytoplasma van trilhaarcellen in de trachea, het middensegment van spermatozoa of het basale cytoplasma van ionentransporterende cellen in de nier. De structuur van het mitochondrium komt in een TEM goed tot uitdrukking (fig. 2.20). Mitochondriën bezitten een BUITENMEMBRAAN en een BINNENMEMBRAAN. De binnenmembraan is sterk vergroot en geplooid tot CRISTAE MITOCHONDRIALES. De cristae zijn meestal bladvormig, hoewel in steroïdvormende cellen ook buisvormige cristae voorkomen. De dubbele membraan van het mitochondrium verdeelt het organel in een aantal verschillende compartimenten en oppervlakken, die verschillende functies bezitten: r de buitenmembraan; r de intermembranaire ruimte, het compartiment tussen de buiten- en de binnenmembraan; r het intramembranaire oppervlak van de binnenmembraan met de cristae; r de matrix. De buitenmembraan bevat eiwitten voor transport en omzetting van substraten. Dit membraan is tamelijk permeabel, zodat de samenstelling van de intermembranaire ruimte grotendeels overeenkomt met die van het cytosol. De binnenmembraan is minder permeabel en bestaat voor driekwart uit eiwitten, waaronder transporteiwitten en de enzymcomplexen van de ademhalingsketen. Sommige van deze enzymen kunnen als bolvormige elementaire lichaampjes (‘ELEMENTARYPARTICLES’)zichtbaar worden gemaakt in een TEM. Soms zijn matrixkorrels te zien, die bij analyse calcium- en magnesiumzouten blijken te bevatten óf tot de mitochondriale ribosomen blijken te behoren. In het mitochondrium worden energiebevattende grondstoffen afgebroken door de enzymen van de

2 $&-


'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

65

buitenmembraan binnenmembraan cristae mitochondriales matrix

vetzuren CO2

ATP glucose

pyruvaat

pyruvaat

bètaoxidatie Acetyl CoA

glycolyse CO2

NADH NADH 3NADH

e−

cytosol

citroenzuurcyclus

CO2

FADH2 ATP buitenmembraan matrix

binnenmembraan

H+

2H+

H+

H+

H+ H+

complexen van de elektronentransportketen

II

H+ H+

H+ H+

H2O

H+

H+

H+ intermembranaire ruimte

H+

H+

e− H+

½O2

e−

H+

H+ H+

III

I H+

H+

H+

H+

IV H+

H+ H+

H+

H+

H+ H+

H+

H+ H+

H+ H+

ATP-synthase

H+

H+

H+ H+

3&3

ADP + Pi

ATP

ADP + Pi

ADP + Pi

ATP-synthese

H+ H+

$ $

ATP

ATP H+

H+

.

a

b Figuur 2.20
a 5&.PQOBNF
WBO
FFO
NJUPDIPOESJVN
JO
FFO
FYPDSJFOF
QBODSFBTDFM
WBO
FFO
SBU
%F
EVCCFMF
NFNCSBBO
FO
EF
DSJTUBF
$
WBO
EF
NJUPDIPOESJB
.
[JKO
EVJEFMJKL
UF
[JFO
"MT
EF
DSJTUBF
OJFU
MPPESFDIU
JO
EF
DPVQF
HFPSJqOUFFSE
[JKO
POUTUBBO
JO
QMBBUT
WBO
EVJEFMJKLF
NFNCSBOFO
EPOLFSF
TDIBEVXFO
SFDIUTPOEFS 
%F[F
TDIBEVXFO
MBUFO
EF
WPSN
WBO
EF
DSJTUBF
FO
IVO
BBOIFDIUJOH
BBO
EF
CJOOFO NFNCSBBO
[JFO
)FU
3&3
JT
JO
EF[F
DFMMFO
TUFSL
BBOXF[JH
WBOXFHF
EF
[FFS
HSPUF
QSPEVDUJF
WBO
TQJKTWFSUFSJOHTFO[ZNFO

× b .FUBCPMJFUFO
[PBMT
QZSVWBBU
FO
WFU[VSFO
LPNFO
EF
NJUPDIPOESJqO
CJOOFO
WJB
NFNCSBBOQPSJOFT
FO
XPSEFO
EBBS
PN HF[FU
UPU
BDFUZM$P"
EPPS
EF
NBUSJYFO[ZNFO
WBO
EF
DJUSPFO[VVSDZDMVT
,SFCTDZDMVT 
%BBSNFF
XPSEFO
"51
FO
/"%)
HFQSPEVDFFSE
%F[F
EJFOFO
BMT
CSPO
WPPS
FMFLUSPOFO
WPPS
EF
FMFLUSPOFOUSBOTQPSULFUFO
EJF
HFMFHFO
JT
PQ
EF
CJOOFONFN CSBBO
WBO
IFU
NJUPDIPOESJVN
)JFSCJK
WFSQMBBUTFO
QSPUPOFO
[JDI
OBBS
EF
JOUSBNFNCSBOBJSF
SVJNUF
CJOOFO
EF
DSJTUBF
FO
UVTTFO
EF
CJOOFO
FO
CVJUFONFNCSBBO 
)JFSEPPS
POUTUBBU
FFO
FMFLUSPDIFNJTDIF
HSBEJqOU
PWFS
EF
CJOOFONFNCSBBO
)JFS
[JKO
PPL
EF
"51TZOUIBTFTZTUFNFO
HFMFHFO
EJF
JO
EF
WSPFHF
EBHFO
WBO
EF
5&.
SFFET
EPPS
NJDSPTDPQJTUFO
XFSEFO
XBBSHFOPNFO
1SPUPOFO
WJOEFO
IVO
XFH
UFSVH
EPPS
EF[F
DPNQMFYFO
)JFSCJK
XPSEU
NFDIBOJTDIF
FOFSHJF
HFXPOOFO
EJF
JO
"51
XPSEU
PQHFTMBHFO
EBU
WFSWPMHFOT
PWFSBM
JO
EF
DFM
LBO
XPSEFO
HFCSVJLU
WPPS
FOFSHJFWSBHFOEF
QSPDFTTFO

CITROENZUURCYCLUS (Krebs-cyclus). De energie die dan vrijkomt, wordt gebruikt voor de OXIDATIEVEFOSFORYLERING. ATP is het eindproduct, terwijl CO2 en water vrijkomen. De enzymen die ATP produceren, bevinden zich in de binnenmembraan, terwijl de matrix enzymen bevat voor de citroenzuurcyclus, voor de ureumcyclus en voor de oxidatie van pyruvaat en vetzuren. In het bruine vetweefsel kunnen

mitochondriën de oxidatieve fosforylering en het elektronentransport ontkoppelen en komt de energie vrij als WARMTE. Cellen met een hoge metabole activiteit (bijvoorbeeld hartspiercellen of cellen van de niertubuli) hebben veel mitochondriën met dicht opeengepakte cristae, terwijl cellen met een lage metabole activiteit een gering aantal mitochondriën met weinig korte cristae bezitten.



F U NC T I O NE L E

HIST O LO GIE

2 CEL

Mitochondriën bevatten in hun matrix een kleine hoeveelheid dubbelstrengs CIRCULAIR $.!, dat geen complexen vormt met histonen. Dit DNA verzorgt, via TRANSFER 2.!T2.! en RIBOSOMEN,een eigen EIWITSYN THESE,die onafhankelijk is van het nucleaire DNA. Deze synthese is slechts toereikend voor ongeveer 10% van de mitochondriale eiwitten. De overige eiwitten worden in het nucleaire DNA gecodeerd, op de vrije ribosomen gesynthetiseerd en via het cytoplasma naar het mitochondrium getransporteerd. Bij de celdeling worden mitochondriën min of meer gelijk verdeeld over de dochtercellen, die daarna het bestand aanvullen. Vermeerdering van mitochondriën vindt plaats door splitsing, groei en DNA-duplicatie. Het feit dat mitochondriën eigen DNA en ribosomen bevatten, doet denken aan de situatie bij bacteriën. Dit heeft geleid tot de ENDOSYMBIONTHYPOTHESE. Deze hypothese stelt dat mitochondriën afstammen van bacteriën die tijdens de evolutie in het cytoplasma van eukaryoten zijn opgenomen en daarmee een symbiose zijn aangegaan.

Medische context .JUPDIPOESJBMF
EF¹DJqOUJFT
IFCCFO
EJLXJKMT
TQJFSBGXJKLJOHFO
UPU
HFWPMH
PNEBU
TLFMFUTQJFS WF[FMT
FYUSB
HFWPFMJH
[JKO
WBOXFHF
IVO
HSPUF
FOFSHJFCFIPFGUF
%F
NFFTUF
NJUPDIPOESJBMF
[JFL UFO
XPSEFO
WFSPPS[BBLU
EPPS
%/"NVUBUJFT
0WFSFSWJOH
WBO
NJUPDIPOESJBBM
%/"
HFCFVSU
VJU TMVJUFOE
maternaal PNEBU
CJK
EF
CFWSVDIUJOH
HFFO
NJUPDIPOESJqO
WBO
IFU
TQFSNBUP[PzO
XPSEFO
PWFSHFESBHFO
PQ
EF
PzDZU
&FO
[FME[BNF
WPSN
WBO
diabetes mellitus JT
IFU
HFWPMH
WBO
FFO
QVOUNVUB UJF
JO
IFU
NJUPDIPOESJBBM
%/"
FO
HBBU
CPWFOEJFO
HFQBBSE
NFU
FSGFMJKLF
doofheid
%F
FJXJUTZOUIFTF
WBO
NJUPDIPOESJqO
XPSEU
HFSFNE
EPPS
EF
antibiotica DIMPPSBNGFOJDPM
FO
UFUSBDZDMJOF
UFSXJKM
EF
FJXJUTZOUIFTF
JO
IFU
DZUPQMBTNB
POHFNPFJE
XPSEU
HFMBUFO
-BOHEVSJHF
CFIBOEFMJOH
WBO
QB UJqOUFO
NFU
BOUJCJPUJDB
EJF
EF
FJXJUTZOUIFTF
WBO
EF
NJUPDIPOESJqO
WBO
CBDUFSJqO
TUJMMFHHFO
LBO
UPU
BM HFNFOF
NJUPDIPOESJBMF
TDIBEF
BBOMFJEJOH
HFWFO
%F[F
HFWPFMJHIFJE
WBO
NJUPDIPOESJqO
WPPS
CF QBBMEF
BOUJCJPUJDB
JT
FFO
CJKLPNFOE
BSHVNFOU
WPPS
EF
FOEPTZNCJPOUUIFPSJF
0PL
PQ
MBUFSF
MFFGUJKE
FO
CJK
HFCSVJL
WBO
BMDPIPM
XPSEFO
NJUPDIPOESJBMF
BG XJKLJOHFO
HF[JFO

PEROXISOMEN

0EROXISOMENzijn rond, worden door één membraan omringd en zijn kleiner dan mitochondriën (0,2-0,8 μm) (fig. 2.21). De peroxisomale eiwitten worden op vrije ribosomen gesynthetiseerd en uit het cytoplasma geïmporteerd. Peroxisomen van sommige species bevatten een KRISTALLOtDdat bestaat uit het enzym URAATOXIDASE. Leverparenchymcellen en tubuluscellen van de nier bezitten grote peroxisomen; in andere cellen komen zogenoemde microperoxisomen voor. Bij een celdeling verdelen de peroxisomen zich over de dochtercellen. Hoe nieuwe peroxisomen ontstaan, is niet helemaal duidelijk. Tijdens de interfase zijn peroxisomen onderworpen aan AUTOFAGIE,zodat er een turnover bestaat van vier tot vijf dagen. De peroxisomen onderhouden een OXIDATIEF METABOLISME, hetgeen blijkt uit de aanwezigheid van enzymen zoals KATALASE, PEROXIDASE, uraatoxidase en een serie bijkomende oxidasen, zoals D-aminozuuroxidase en acetyl-CoA-oxidase. Deze enzymen oxideren hun substraten met behulp van moleculaire zuurstof, waarbij H2O2 vrijkomt dat onmiddellijk door katalase wordt omgezet in water en zuurstof. Peroxisomale enzymen breken langeketenvetzuren af door middel van BnTAOXIDATIE, zijn betrokken bij de omzetting van ALCOHOL in ACEETALDE HYDE, de synthese van CHOLESTEROLen de vorming van GALZOUTENuit cholesterol.

Medische context )FU
[FME[BNF
syndroom van Zellweger XPSEU
HFLFO NFSLU
EPPS
IFU
POUCSFLFO
WBO
QFSPYJTPNFO
JO
EF
MFWFS
FO
OJFS
)JFSEPPS
XPSEU
EF
POUXJLLFMJOH
WBO
TQJFSFO
EF
MFWFS
EF
OJFSFO
FO
IFU
[FOVXTUFMTFM
[P
TUFSL
CFMFN NFSE
EBU
QBUJqOUKFT
FOLFMF
NBBOEFO
OB
EF
HFCPPSUF
PWFSMJKEFO
#JK
9DISPNPTPPNHFLPQQFMEF
BESFOP MFVLPEZTUSP¹F
POUCSFFLU
FFO
FJXJU
JO
EF
NFNCSBBO
WBO
EF
QFSPYJTPNFO
IFU
FJXJU
EBU
IFU
USBOTQPSU
WBO
MBOHFLFUFOWFU[VSFO
WPPS
EF
CoUBPYJEBUJF
WFS[PSHU
0QIPQJOH
WBO
EF[F
WFU[VSFO
JO
EF
MJDIBBNTWMPFJ TUPGGFO
WFSTUPPSU
EF
NZFMJOFTDIFEF
WBO
BYPOFO
NFU
[XBSF
OFVSPMPHJTDIF
TZNQUPNFO
BMT
HFWPMH

CYTOSKELET

Het CYTOSKELET is een complex van verschillende eiwitten. In de vorm van filamenten en tubuli vormen deze eiwitten een ruimtelijk netwerk in het cytoplasma.

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

2 $&-


67

P

P

P

a

G

b

c

Figuur 2.21 a 1FSPYJTPNFO
1
[JKO
LMFJOF
PSHBOFMMFO
EJF
EPPS
FFO
FOLFMF
NFNCSBBO
PNHFWFO
[JKO
#JK
WFFM
TQFDJFT
JT
FS
JO
EF
HSJK[F
NB USJY
FFO
TPPSU
LSJTUBMMFUKF
UF
[JFO
EBU
CFTUBBU
VJU
IFU
FO[ZN
VSJDBTF
#JK
EF
BGCSBBL
WBO
WFU[VSFO
XPSEU
IFU
HFWBBSMJKLF
)0
HFQSPEVDFFSE
%F
QFSPYJTPNFO
LVOOFO
EBU
[FMG
BGCSFLFO
NFU
IFU
FO[ZN
DBUBMBTF b %FUBJM
WBO
FFO
QFSPYJTPPN
1
NFU
FFO
LSJTUBM
)FU
3&3
UPPOU
IJFS
BM
EF
OFJHJOH
IFU
QFSPYJTPPN
UF
PNTMVJUFO
¬
FFO
JOMFJ EFOEF
BDUJF
WPPS
BVUPGBHJF

× c (FLXFFLUF
FOEPUIFFMDFM
NFU
FFO
JNNVVOºVPSFTDFOUF
LMFVSJOH
PQ
FFO
HSPPU
BBOUBM
WFSTQSFJEF
QFSPYJTPNFO
HSPFO
NFU
FFO
BOUJMJDIBBN
UFHFO
FFO
QFSPYJTPNBBM
NFNCSBBOFJXJU
1.1
%F
SPEF
LMFVS
LPNU
WBO
WJUBBM
HFLMFVSEF
NJUPDIPOESJqO
EJF
[FFS
MBOH
[JKO
FO
FMLBBS
PWFSMBQQFO
%F
CMBVXF
LMFVS
WBO
EF
LFSO
CFSVTU
PQ
FFO
LMFVSJOH
NFU
%"1*
PQOBNF
*OWJUSPHFO 

Verschillende functies worden eraan toegeschreven. De onderdelen van het cytoskelet komen tot stand door polymerisatie van de eiwitten; sommige delen kunnen ook weer depolymeriseren en vormen zo een dynamisch structuurelement in de cel. Het cytoskelet dient voor steun en vormgeving, maar ook voor transport, beweging, ordening en verplaatsing van de organellen binnen de cel en aanhechting en verplaatsing van de cel zelf. Er zijn drie verschillende componenten van het cytoskelet: MICROTUBULI, INTERMEDIAIRE ¹LAMENTEN en MICRO¹LAMENTEN, hier gerangschikt naar afnemende diameter. Microtubuli ontstaan door de polymerisatie van TUBULINE, microfilamenten door polymerisatie van ACTINE, terwijl intermediaire filamenten bestaan uit de polymere producten van VERSCHILLENDEEIWITTEN. Binnen één cel kunnen de eiwitten van het cytoskelet in monomere en polymere vorm voorkomen. Het evenwicht tussen deze twee vormen is vooral belangrijk in de DYNAMIEK van microtubuli en microfilamenten; intermediaire filamenten zijn stabieler.

Microtubuli -ICROTUBULI zijn rechte, buisvormige structuren en komen voor in alle eukaryotische cellen. De tubuli hebben een doorsnede van 24-25 nm en een wanddikte van ongeveer 5 nm (fig. 2.23). Microtubuli doorkruisen de cel over een afstand van vele μm. Microtubuli zijn opgebouwd uit dertien cilindrisch gerangschikte PROTOFILAMENTEN, elk opgebouwd uit een lineaire aaneenrijging van heterodimeren van α- en β-TUBULINE (fig. 2.23). In aanwezigheid van GTP polymeriseren deze dimeren tot tubuli. Dit proces is dynamisch en reversibel. Het kan zich snel voltrekken omdat het niet afhankelijk is van de-novoeiwitsynthese. Het kan putten uit een bestaande pool van tubulinemonomeren. Polymerisatie van tubuline begint op plaatsen in de cel die de eigenschap hebben de polymerisatie te katalyseren: MICROTUBULUSORGA NISERENDE CENTRA (-4/#). De basale lichaampjes, centriolen en centromeren van chromosomen bezitten zo’n MTOC-functie.



F U NC T I O NE L E

H IS T O LO GIE

2 CEL G-actinemonomeren

stimuleren van polymerisatie (bijv. profiline)

stimuleren van depolymerisatie (bijv. cofiline)

MF MF

opsplitsen en ‘cappen’ van filamenten (bijv. gelsoline)

cross-linking van filamenten (bijv. filamine)

actinefilament

MT MT a

verankeren van filamenten aan membraaneiwitten of andere cytoskeletfilamenten (bijv. spectrine)

‘cappen’ van stabiele filamenten (bijv. CapZ)

bundelen van parallelle filamenten (bijv. villine, fimbrine,
-actinine)

c

d

(–)

(+)

(–)

(+)

(–)

(+)

(–)

(+)

b

e Figuur 2.22 a 5&.PQOBNF
WBO
FFO
¹CSPCMBTU
XBBSJO
NJDSP¹MBNFOUFO
.'
FO
NJDSPUVCVMJ
BMT
IPMMF
CVJ[FO
.5
UF
[JFO
[JKO

×
PQOBNF
,BUDICVSJBO  b *NNVVOºVPSFTDFOUF
LMFVSJOH
WPPS
IFU
BBOUPOFO
WBO
BDUJOF
SPPE
FO
NJDSPUVCVMJ
HSPFO 
)FU
WFSTDIJM
JO
MPLBMJTBUJF
JT
EVJEF MJKL
EF
BDUJOF¹MBNFOUFO
SBOHTDIJLLFO
[JDI
BBO
FO
SPOE
EF
QFSJGFSJF
WBO
EF[F
DFM
JO
LXFFL
UFSXJKM
EF
NJDSPUVCVMJ
EF
LFSO
PNHFWFO
FO
SBEJBBM
JO
IFU
DZUPQMBTNB
VJUTUSBMFO
UPU
JO
EF
VJUMPQFST
WBO
EF
DFM
PQOBNF
"
5PVTTPO  c )FU
OFUXFSL
WBO
BDUJOF¹MBNFOUFO
LFOU
FFO
HSPPU
BBOUBM
BDDFTTPJSF
FJXJUUFO
EBU
FFO
SPM
TQFFMU
JO
EF
WFSCJOEJOHFO
UVT TFO
EF
BDUJOF¹MBNFOUFO
%F
UPFTUBOEFO
EJF
IJFS
IFU
HFWPMH
WBO
[JKO
CFUSFGGFO
IFU
EF QPMZNFSJTFSFO
WBO
BDUJOF
IFU
DSPT TMJOLFO
IFU
°DBQQFO±
EF
WFSBOLFSJOH
BBO
PSHBOFMMFO
FO
EF
DFMNFNCSBBO
FO
IFU
CVOEFMFO
WBO
EF
GJMBNFOUFO
d "DUJOF¹MBNFOUFO
CMJKLFO
CJK
IPHF
WFSHSPUJOH
FFO
EVCCFMF
IFMJY
UF
WPSNFO
PQHFCPVXE
EPPS
QPMZNFSJTBUJF
WBO
HMPCVMBJS
BDUJOF
PQOBNF
+
)FVTFS  e "DUJOFQPMZNFSJTBUJF
"DUJOF
JT
FFO
WBO
EF
NFFTU
WPPSLPNFOEF
DZUPQMBTNBUJTDIF
FJXJUUFO
)FU
LPNU
WPPS
BMT
WSJK
(BDUJOF
(

HMPCVMBJS
JO
IFU
DZUPQMBTNB
"DUJOF
WPSNU
PPL
EJNFSFO
EJF
BBO
IFU
QPTJUJFWF
FJOEF
WBO
'BDUJOF
'

¹MBNFOUBJS
QP MZNFSJTFSFO
FO
[P
EF[F
NJDSP¹MBNFOUFO
WFSMFOHFO
.JDSP¹MBNFOUFO
LVOOFO
PPL
BBO
nnO
[JKEF
QPMZNFSJTFSFO
FO
UFHFMJKLFS UJKE
BBO
EF
BOEFSF
[JKEF
EFQPMZNFSJTFSFO
[PEBU
[F
[JDI
JO
EF
DFM
WFSQMBBUTFO
°USFBENJMMJOH± 
4BNFO
NFU
NZPTJOF
LVOOFO
BDUJOF¹MBNFOUFO
DPOUSBDUJFLSBDIUFO
PQXFLLFO

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

2 $&-


69

-tubuline

microtubulus

-tubuline 24 nm 5 nm

dwarsdoorsnede

(–)

(+)

lengtedoorsnede

tubulinedimeren (heterodimeren)

(13 subeenheden te zien in bepaalde preparaten) Elektronenmicroscopische opname van microtubuli met daarin zichtbaar de hierboven weergegeven structurele kenmerken

Figuur 2.23 5&.JMMVTUSBUJF
WBO
EF
PQCPVX
WBO
NJDSPUVCVMJ
0Q
FFO
EXBSTEPPSTOFEF
[JKO
EF
UVCVMJOFFFOIFEFO
[JDIUCBBS
BMT
EFSUJFO
TVCFFOIFEFO
EF
QSPUP¹MBNFOUFO
*O
MFOHUFBBO[JDIU
[JKO
[F
JO
CFQBBMEF
QSFQBSBUFO
PPL
UF
[JFO
%PPS
UPFWPFHJOH
WBO

α
FO
βUVCVMJOFEJNFSFO
BBO
EF
QMVT[JKEF
PG
WFSMJFT
BBO
EF
NJO[JKEF
LVOOFO
EF
NJDSPUVCVMJ
HSPFJFO
LMFJOFS
XPSEFO
PG
[JDI
WFSQMBBUTFO
%F
5&.PQOBNF
UPPOU
FFO
EXBSTEPPSTOFEF
WBO
NJDSPUVCVMJ
JO
FFO
-FZEJHDFM
OB
¹YBUJF
NFU
MPPJ [VVSPTNJVN

×

-ICROTUBULIGEASSOCIEERDEEIWITTEN(-!0°S)verbinden de microtubuli met elkaar of met andere structuren. De groei van microtubuli door POLYMERISATIE vindt plaats aan de vrije uiteinden. #OLCHICINEen VINBLASTINE blokkeren de groei van microtubuli, omdat deze alkaloiden zich specifiek aan tubulinedimeren binden, zodat deze niet meer aan de polymerisatie kunnen deelnemen. Omdat de depolymerisatie niet geremd wordt en vrijkomende dimeren alsnog geblokkeerd worden, verdwijnen de microtubuli. Zo kan men het effect van het wegnemen van microtubuli in de cel experimenteel onderzoeken. Hiervan wordt ook gebruikgemaakt om MITOSENte BLOKKEREN. Zo kan het verhoogde aantal mitosen makkelijker worden geteld omdat het aantal chromosomen in het preparaat vermeerderd is. Dit geldt ook voor het samenstellen van een chromosoomanalyse (KARYOGRAM) (fig. 2.5a). Normaal is er een evenwicht tussen microtubuli en een voorraad van ongepolymeriseerd tubuline in de cel. Microtubuli kunnen aan het zogenoemde positieve uiteinde

groeien, terwijl ze aan de andere (negatieve) zijde depolymeriseren. Bij cellen in kweek blijkt dat 80% van de microtubuli in vijftien minuten vervangen wordt. Er is dus een snelle turnover. Microtubuli vervullen een belangrijke rol bij het TRANSPORTvan organellen en vesikels in de cel. Ook spelen ze een rol bij de verplaatsing van chromosomen tijdens de mitose. Na colchicinebehandeling vallen deze processen, inclusief de mitose, stil. In het geval van een mitose blijven de chromosomen ‘doelloos’ liggen. Microtubuli vormen tevens de bouwstenen van centriolen, ciliën en flagellen; deze structuren zijn zelf niet colchicinegevoelig. #ENTRIOLEN zijn korte structuren van 0,2 μm bij 0,4 μm. Ze bestaan uit negen tripletten van gefuseerde microtubuli, die de cilinderachtige structuur van de centriole vormen (fig. 2.24b). In niet-delende cellen wordt één paar centriolen gevonden, die dicht bijeen liggen en een hoek van 90° met elkaar maken. De centriolen liggen in het cytocentrum en zijn een plaats waar microtubuli aanhechten en beginnen te groeien (MTOC).



F U NC T I O NE L E

HIST O LO GIE

2 CEL

eiwitbruggen centriole cilium vergroot doublet vergroot microtubulusdoublet

gemeenschappelijke protofilamenten

A

B C

B A dyneïne

microtubulusdoublet celmembraan

nexine

centrale schacht

a

radiale spaken

axonema (9 × 2 + 2-configuratie)

Figuur 2.24 a *O
FFO
EXBSTEPPSTOFEF
CFTUBBU
FFO
cilium
VJU
OFHFO
EPVCMFUUFO
WBO
NJDSPUVCVMJ
EJF
TBNFO
FFO
DJMJOESJTDIF
TUSVDUVVS
BYPOFNB
WPSNFO
SPOE
UXFF
DFOUSBMF
NJDSP UVCVMJ

×


DPO¹HVSBUJF 
*O
EF
EPVCMFUUFO
IFCCFO
EF
NJDSPUVCVMJ
"
FO
#
ESJF
QSPUPGJMBNFOUFO
HFNFFO TDIBQQFMJKL
8BOOFFS
IFU
DJMJVN
HFBDUJWFFSE
XPSEU
NFU
"51
[VMMFO
EF
EZOFuOFBSNFO
SPPE
EF
EPVCMFUUFO
UFO
PQ[JDIUF
WBO
FMLBBS
WFSTDIVJWFO
0NEBU
IFU
BYPOFNB
FO
EF
EPVCMFUUFO
BBO
EF
CBTJT
JO
FFO
CBTBBM
MJDIBBNQKF
RVB
TUSVDUVVS
WFSHFMJKLCBBS
NFU
FFO
DFOUSJPMF
WBTU[JU UFO
SFTVMUFFSU
EF
WFSTDIVJWJOH
WBO
EF
EPVCMFUUFO
JO
FFO
LSPNNJOH b
Centriolen
CFTUBBO
VJU
OFHFO
USJQMFUUFO
WBO
NJDSPUVCVMJ
EJF
FFO
DJMJOEFS
WPSNFO
*O
EF
USJQMFUUFO
JT
NJDSPUVCVMVT
"
DPNQMFFU
FO
CFTUBBU
EF[F
VJU
EFSUJFO
QSPUP¹MBNFOUFO
UFS XJKM
#
FO
$
QSPUP¹MBNFOUFO
EFMFO
&S
[JKO
HFFO
DFOUSBMF
UV CVMJ

×


DPO¹HVSBUJF 
$FOUSJPMFO
LVOOFO
CBTBMF

MJDIBBNQKFT
WPSNFO
EJF
BMT
BOLFS
EJFOFO
WPPS
EF
CFXF HFOEF
DJMJqO c $FOUSJPMFO
LPNFO
PPL
QBBSTHFXJKT
WPPS
BMT
DFOUSPTP NFO
XBBSCJK
EF
DFOUSJPMFO
MPPESFDIU
PQ
FMLBBS
TUBBO
$FOUSPTPNFO
WFSEVCCFMFO
[JDI
WPPS
EF
NJUPTF
FO
NBLFO
EBO
EFFM
VJU
WBO
EF
BTUFSJTLFO
EF
UPQQFO
WBO
EF
TQPFM¹ HVVS
$FOUSPTPNFO
[JKO
PPL
JO
IFU
DZUPQMBTNB
WBO
FFO
JO UFSGBTFDFM
FFO
PSHBOJTFSFOE
DFOUSVN
WPPS
NJDSPUVCVMJ

b

Centriole Centrosoom

c

Vóór een mitose delen de centriolen. Ze vormen dan twee centriolenparen die aan beide polen de microtubuli van de SPOEL¹GUURaanhechten. #ILIpN (trilharen) en ºAGELLEN (zweepharen) zijn opgebouwd uit een combinatie van microtubuli en bijkomende eiwitten en zijn omgeven door een membraan (fig. 2.24a). De basisstructuur bestaat steeds uit negen doubletten van microtubuli, die twee centraal gelegen microtubuli omgeven. De perifere paren microtubuli zijn tot negen doubletten verenigd, waarbij ze een gemeenschappelijk wandgedeelte hebben van twee tot drie protofilamenten. De twee tubuli in het centrum liggen

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

vrij van elkaar. Naast elkaar gelegen doubletten zijn via radiale spaken met de centrale schede verbonden. De beide microtubuli van elk doublet steken gepaarde armen uit, die bestaan uit het eiwit DYNEtNE. Dyneïne heeft !40°ASE activiteit en behoort tot de groep van de MOTORPROTEtNEN. Aan de basis van elk cilium of flagel ligt een basaal lichaampje, met de structuur van een centriole. De negen tripletten van het basale lichaampje gaan over in de negen doubletten van het axonema. De kern van‘9 × 2 + 2’wordt het AXONEMAgenoemd. Ciliën komen in grote aantallen voor op het oppervlak van epitheelcellen van de TRACHEA en in het oviduct, waar ze grote oppervlakken bedekken. Soms worden solitaire ciliën (een per cel) gevonden, waarvan de betekenis onbekend, maar mogelijk sensorisch van aard is. De lengte van ciliën varieert van 2 tot 15 μm, de doorsnede is circa 0,3 μm. De BEWEGINGvan het cilium komt tot stand doordat de dyneïnearmen van een doublet zich verplaatsen over het oppervlak van het volgende doublet, zodat ze ten opzichte van elkaar verschuiven. Doordat de doubletten vast zijn ingeplant op het basale lichaampje, brengt de verschuivende beweging een kromming in het cilium tot stand. De centrale microtubuli bepalen de richting van de ciliënbeweging, namelijk loodrecht op het vlak door deze twee tubuli. &LAGELLENzijn solitair en aanzienlijk langer dan ciliën (100-200 μm). Ze komen voor bij SPERMATOZOA. Wanneer ciliën en flagellen ontstaan, groeien ze vanuit een basaal lichaampje als uitstulpingen aan de cel. Ciliën en flagellen hebben een verschillend bewegingspatroon. Ciliën voeren een slaande beweging uit in één vlak, terwijl flagellen een kurkentrekkerachtige

Medische context Mutaties LVOOFO
MFJEFO
UPU
WFSBOEFSJOH
PG
WFSEXJK OJOH
WBO
TUSVDUVSFO
CJOOFO
IFU
DJMJVN
[PEBU
EF
DJMJqO
POCFXFFHMJKL
XPSEFO
%JU
XPSEU
IFU
°immotieleciliënsyndroom±
PG
QSJNBJSF
DJMJBJSF
EZTLJOFTJF
1$%
HFOPFNE
%F[F
BBOEPFOJOH
MFJEU
UPU
POCFXFFH MJKLF
TQFSNBUP[PB
FO
EVT
JOGFSUJMJUFJU
UPU
DISPOJTDIF
SFTQJSBUPJSF
JOGFDUJFT
BMT
HFWPMH
WBO
IFU
OJFU
HPFE
WFSXJKEFSFO
WBO
TUPG
FO
CBDUFSJqO
VJU
EF
MVDIUXFHFO
EPPS
EF
DJMJqO
FO
JO

WBO
EF
HFWBMMFO
UPU
FFO
TJUVT
JOWFSTVT
WJTDFSVN
FFO
PNLFSJOH
WBO
EF
QPTJUJFT
WBO
EF
UIPSBDBMF
PSHBOFO
TZOESPPN
WBO
,BSUBHFOFS 

2 $&-


71

beweging uitvoeren. Ciliën zijn ingebed in een slijmlaag en worden waarschijnlijk daardoor gesynchroniseerd in hun beweging. Deze beweging is enigszins vergelijkbaar met het effect van wind die door een graanveld strijkt, of met de roeispanen van een Romeins oorlogsschip. In de trachea dienen ciliën voor het transport van stofdeeltjes in de richting van de mondholte.

Microfilamenten De interactie van ACTINE filamenten met MYOSINE filamenten vormt de basis van CONTRACTIE en beweging, waarvan het moleculaire werkingsmechanisme is opgehelderd. Behalve in de spiercellen komt actine in bijna alle andere celtypen in twee vormen voor, namelijk ongepolymeriseerd (' ACTINE= globulair actine) en gepolymeriseerd als microfilamenten (F-actine = filamentair actine, dikte 7 nm) (fig. 2.22).& ACTINEkan tot een dubbelstrengs HELIXpolymeriseren en daarna weer depolymeriseren. Net als bij de microtubuli is er een evenwicht tussen het aangroeien van een microfilament door polymerisatie van monomeren aan een positieve zijde en het loslaten van monomeren aan de andere, de negatieve zijde van het actinefilament. Daardoor is er in een cel altijd een pool van monomeeractine in dynamisch evenwicht met polymeeractine. #YTOCHALASINE"kan de polymerisatie van actine blokkeren. Daarmee kan het effect van microfilamenten op bepaalde functies van de cel experimenteel worden onderzocht. Microfilamenten kunnen zich bundelen tot ‘STRESS ¹BERS’ of tot ruimtelijke netwerken, waarbij een aantal verschillende hulpeiwitten een rol speelt, zoals filamine, actinine en vinculine. Microfilamenten vormen dikwijls een netwerk onder de plasmamembraan, het CORTICALE CYTOPLASMA, waarin geen organellen aanwezig zijn. Bij fagocytose breidt deze laag zich uit en vormt een HYALOPLASMA (helder plasma), dat ook een rol speelt bij de mobiliteit (verplaatsing) en motiliteit (beweeglijkheid) van de cel. Microfilamenten bepalen tevens de cytoplasmastroming en ze zijn verder belangrijk bij de hechting van cel tot cel of van cel tot matrix. Actine kan soms een functie vervullen bij verplaatsingen van organellen in de cel, doordat aan één zijde van een filament monomeren afvallen, terwijl aan de andere zijde aangroei plaatsvindt (‘treadmill’). Actine speelt een rol in de vorming van MICROVILLI als uitsteeksels van het celoppervlak (‘spikes’ of filopodia); lamellopodia zijn platter en komen voor aan de rand van de cel die voorwaarts beweegt (‘leading edge’). Lamellopodia kunnen zich tamelijk gemakkelijk vormen en weer terug in de cel worden opgenomen.



F U NC T I O NE L E

H IS T O LO GIE

2 CEL

Intermediaire filamenten )NTERMEDIAIRE¹LAMENTENgeven steun aan de cel en hebben een diameter van 7-14 nm. Verschillende eiwitten kunnen polymeriseren tot intermediaire filamenten. Deze zijn STABIELER dan actine- en tubulinepolymeren. Bij de celdeling worden intermediaire filamenten verdeeld over de dochtercellen. Er zijn enkele soorten intermediaire filamenten beschreven (tabel 2.2): r CYTOKERATINEN(tonofilamenten), met een twintigtal varianten (molecuulmassa oftewel MM 40.00068.000 u) in epitheelcellen (fig. 2.25); r VIMENTINE¹LAMENTEN,karakteristiek voor cellen van mesenchymale oorsprong (MM 57.000 u); r DESMINE, dat voorkomt in spiercellen (MM 54.000 u); r GLIA¹LAMENTEN(‘glial fibrillary acidic proteins’), die karakteristiek zijn voor astrocyten in de hersenen (MM 51.000 u); r NEURO¹LAMENTENuit de neuronen, die voorkomen in drie soorten (MM 68.000, 140.000 en 210.000 u); r LAMINEN, die zich als een dunne laag aan de binnenzijde van de kern bevinden en een rol spelen bij de stabilisatie van het chromatine (70 u). In de pathologie speelt de immunocytochemische lokalisatie van een bepaald intermediair filament een rol in het opsporen van het oorspronkelijke celtype (en de plaats van herkomst) van een gemetastaseerde tumor. Als een tumor ontstaat in een epitheel met een bepaald type cytokeratine, wordt dit meestal ook in de metastase gevonden.

is gepolymeriseerde glucose en vormt een voorraad van koolhydraat. Glycogeen is te herkennen als 20-30 nm grote korrels, die in rozetten gerangschikt zijn. Eiwitopslag komt voor in verwijd RER of secretiegranula, maar zelden in kristalvorm (zoals in peroxisomen en de kristallen van Reinke in de Leydig-cellen in de testis). 0IGMENTGRANULA geven kleur aan de haren, epidermis en retina en worden gevormd door de melanocyten. Ook vinden we pigment in bindweefselcellen, de chromatoforen in de iris. Een ander endogeen pigment is het LIPOFUSCINE. Dit komt voor als lysosomaal restlichaampje en bestaat uit bruine granula (fig. 2.26c). Als rode bloedcellen door macrofagen gefagocyteerd worden, verschijnt na enige dagen het ijzerhoudende pigment HEMOSIDERINE in goudbruine korrels; later vormt zich het ijzervrije pigment hematoïdine, dat identiek is aan bilirubine en ook buiten de cel kan worden gevonden. De cytoplasma-matrix of het cytosol bevindt zich tussen de organellen en insluitsels en neemt ongeveer de helft van het celvolume in beslag. Deze halfvloeibare massa, die duizenden enzymen en andere stoffen bevat, heeft geen microscopisch waarneembare structuur.

INSLUITSELS

Naast organellen komen INSLUITSELS voor in het cytoplasma. Deze kunnen bestaan uit VETDRUPPELS of GLYCOGEEN en vormen reservebrandstof voor de cel (fig. 2.26a en b). Vetdruppels kunnen ook een voorraad grondstof bevatten voor de steroïdsynthese. Glycogeen Tabel 2.2

Medische context 7FFM
[JFLUFO
HBBO
HFQBBSE
NFU
PG
XPSEFO
WFS PPS[BBLU
EPPS
WFSBOEFSJOHFO
JO
FFO
TQFDJ¹FL
DFMDPNQBSUJNFOU
*O
WFFM
WBO
EF[F
HFWBMMFO
LBO
FFO
TUSVDUVSFMF
WFSBOEFSJOH
XPSEFO
BBOHFUPPOE
NFU
FFO
-.
FFO
&.
PG
NFU
CFIVMQ
WBO
DZUPDIFNJTDIF
NFUIPEFO
5BCFM

HFFGU
FFO
BBOUBM
WPPSCFFMEFO
WBO
[VMLF
[JFLUFO
FO
MBBU
[JFO
IPF
WFSTDIJMMFOEF
DFM POEFSEFMFO
EBBSCJK
FFO
SPM
TQFMFO

Voorbeelden van typen intermediaire filamenten in eukaryotische cellen

Type filament

Celsoort

Voorkomen

Cytokeratine (tonofilamenten) Epitheel

Verhoornende en niet-verhoornende epithelia

Vimentine

Bindweefsel

Fibroblasten, kraakbeencellen, macrofagen, endotheelcellen, glad spierweefsel van de vaatwand

Desmine

Spiercellen

Dwarsgestreept spierweefsel, glad spierweefsel (niet in de vaatwand)

Gliafilamenten

Macrogliacellen

Astrocyten

Neurofilamenten

Neuronen

De meeste neuronen, maar waarschijnlijk niet alle

Lamine

Alle kernhoudende cellen

Als onderdeel van de kernmembraan

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

2 $&-


73

Figuur 2.25 5&.PQOBNF
WBO
JOUFSNFEJBJSF
LFSBUJOF¹MBNFOUFO
JO
FQJUIFFMDFMMFO
WBO
EF
FQJEFSNJT
EJF
[JKO
WFSCPOEFO
NFU
EF
EFTNPTP NFO
[JF
PPL
IPPGETUVL
 
%F
TUFWJHIFJE
WBO
EF
BBOIFDIUJOH
UVTTFO
EF
DFMMFO
EPPS
NJEEFM
WBO
EFTNPTPNFO
XPSEU
JO
IFU
DZUPQMBTNB
WPPSUHF[FU
EPPS
EF
BBOXF[JHIFJE
WBO
EF[F
¹MBNFOUFO

L

L

a

b

c

Figuur 2.26 a 5&.PQOBNF
WBO
FFO
EFFM
WBO
IFU
DZUPQMBTNB
WBO
FFO
DFM
VJU
EF
CJKOJFSTDIPST
NFU
MJQJEFOESVQQFMUKFT
- 
%F
NJUPDIPO ESJqO
FO
IFU
3&3
IFCCFO
FFO
CJK[POEFSF
WPSN
EJF
HFWPOEFO
XPSEU
JO
TUFSPuETZOUIFUJTFSFOEF
DFMMFO

× b Glycogeen
JO
FFO
MFWFSQBSFODIZNDFM
EJF
JO
TUBBU
JT
HSPUF
IPFWFFMIFEFO
HMVDPTF
JO
EF
WPSN
WBO
HMZDPHFFO
UF
QPMZNFSJTF SFO
FO
UJKEFMJKL
PQ
UF
TMBBO
JO
IFU
DZUPQMBTNB
%F
LPSSFMJHF
BHHSFHBUFO
MJHHFO
WSJK
JO
IFU
DZUPQMBTNB
FO
LVOOFO
EPPS
FO[ZNFO
EVT
EJSFDU
XPSEFO
CFOBEFSE
*O
EF
NFOTFMJKLF
MFWFS
XPSEU
PPL
XFM
FFOT
HMZDPHFFO
JO
EF
LFSO
HFWPOEFO

× c 5&.PQOBNF
WBO
FFO
IVNBOF
MFWFSQBSFODIZNDFM
NFU
lipofuscine
JO
IFU
NJEEFO
WBO
EF
¹HVVS 
%JU
[JKO
°VJUHFEPPGEF±
MZTPTP NFO
PGXFM
SFTUMJDIBBNQKFT
°SFTJEVBM
CPEJFT± 
%F[F
PSHBOFMMFO
WPSNFO
[JDI
EPPS
BDDVNVMBUJF
WBO
POWFSUFFSCBSF
SFTUQSPEVDUFO
-JDIUNJDSPTDPQJTDI
MBUFO
EF[F
FFO
FJHFO
HSPFOCSVJOF
LMFVS
[JFO
FO
[F
ESBHFO
EBBSEPPS
PPL
EF
OBBN
°PVEFSEPNTQJHNFOU±


×
PQOBNF
&
8JTTF 



F U NC T I O NE L E Tabel 2.3

HIST O LO GIE

2 CEL

Voorbeelden van ziekten als gevolg van afwijkingen in organellen

Organel

Ziekte

Defect

Verandering

Klinisch gevolg

Mitochondrium

Mitochondriële cytopathie

Gestoorde oxidatieve fosforylering

Toename van de spiermitochondriën

Hoog basaal metabolisme zonder hyperthyreoïdie

Microtubuli

Syndroom van Kartagener

Ontbreken van dyneïne Ontbrekende verbindingen Mannelijke infertiliteit, geeft onbeweeglijke tussen microtubuli luchtweginfecties, situs ciliën inversus viscerum

Lysosoom

Metachromatische leukodystrofie

Ontbreken van sulfatase

Cerebrosidenstapeling

Mentale stoornissen en bewegingsstoornissen

Syndroom van Hurler

Ontbreken van α-L-iduronidase

Dermataansulfaatstapeling

Mentale stoornissen en groeistoornissen

Secretiegranula

Pro-insulinediabetes

Geen klieving van proinsuline

Geen

Hoog bloed-pro-insulinegehalte en diabetes

Golgi-complex

I-cel-ziekte

Ontbreken van fosfotransferase

Stapeling in fibroblasten

Psychomotorische achterstand, botafwijkingen

CELCYCLUS

De MITOSE is slechts een kortdurend, maar zeer duidelijk onderdeel van de CELCYCLUS (fig. 2.31). Groei, vernieuwing, herstel, maar ook instandhouding in alle meercellige organismen zijn afhankelijk van de vorming van nieuwe cellen door deling van bestaande cellen. De reeks van alle opeenvolgende onderdelen van dit delingsproces wordt de CELCYCLUSgenoemd. De duur van de celcyclus is het interval tussen twee opeenvolgende, gelijke stadia uit deze cyclus. De mitose (- FASE)duurt meestal een tot anderhalf uur (fig. 2.272.29), de CELDELINGzelf duurt ongeveer twaalf uur. Als gevolg van een mitose wordt een genoom na replicatie in twee gelijke kopieën over de beide dochterkernen verdeeld. Een abnormale verdeling van het genoom zal, indien deze een levensvatbare cel oplevert, verstrekkende gevolgen kunnen hebben voor het organisme. De MEIOSE, die alleen voorkomt bij de geslachtscellen, bestaat uit twee achtereenvolgende delingen. Bij de eerste, de reductiedeling, komen de homologe chromosomen bijeen en vindt een uitwisseling van delen van chromosomen plaats. Als gevolg van een meiose wordt één diploïd genoom zonder replicatie in twee haploïde kopieën over de beide dochterkernen verdeeld (fig. 2.30). Bij de deling van een cel onderscheidt men een KARYOKINESE of kerndeling en een CYTOKINESE of cytoplasmadeling. Deze processen zijn meestal aan elkaar gekoppeld, behalve bij de vorming van twee- of meerkernige cellen. De fase waarin geen celdeling plaatsvindt,

wordt INTERFASE genoemd. Deze fase is een interval tussen twee delingen waarbij de cellen hun normale functies uitoefenen, maar wel een volgende deling kunnen voorbereiden. De verdeling van cytoplasmabestanddelen bij een mitose gebeurt niet mathematisch. De dochtercellen beschikken elk over een compleet genoom, zodat ze zelf alles kunnen aanvullen. De INTERFASEwordt ingedeeld in drie stadia: 1 de ' FASE(G = ‘gap’, interval), waarin de cel zijn eiwitmassa na mitose weer aanvult; 2 de 3 FASE (S van synthese), waarin DNA-replicatie en synthese van histonen plaatsvinden; 3 de ' FASE, direct voorafgaand aan de mitose, die als - FASE wordt aangeduid. De G1-fase loopt wat betreft de tijdsduur bij verschillende cellen sterk uiteen. De andere fasen liggen meer vast, met 8 uur voor de S-fase, 1,5 à 5 uur voor de G2-fase en 1 à 1,5 uur voor de M-fase. Verschillen in cyclusduur komen dus voornamelijk op rekening van de G1-fase. Een van de kortste celcycli van het lichaam vinden we bij darmepitheel, met een G1-fase van 25 uur en een totale cyclustijd van 36-40 uur. Gedurende de G1-fase bereikt de cel een KRITISCHE MASSA. Deze initieert de S-fase, waarna de volgende fasen vanzelf zouden volgen. De kritische massa varieert per celtype. Het moment waarop de kritische massa wordt bereikt, noemt men het RESTRICTIEPUNT (einde G1fase). Bij het opstarten van de S-fase wordt een centrale rol vervuld door de S-faseactivator (een eiwit), die in het

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

a

b

c

d

e

f

2 $&-


75

Figuur 2.27 $POGPDBMF
CFFMEFO
WBO
HFLXFFLUF
DFMMFO
JO
WFSTDIJMMFOEF
GBTFO
WBO
EF
NJUPTF
)FU
%/"
JT
SPPEHFLMFVSE
EF
NJDSPUVCVMJ
[JKO
HSPFO a
1SPGBTF
*O
EF
LFSO
XPSEFO
EF
DISPNPTPNFO
[JDIUCBBS
EF
DFM
HBBU
FFO
SPOEFSF
WPSN
BBOOFNFO b
1SPNFUBGBTF
%F
DISPNPTPNFO
IFDIUFO
[JDI
BBO
EF
NJDSPUVCVMJ
WBO
EF
TQPFM¹HVVS
FO
CFHJOOFO
[JDI
UF
WFSQMBBUTFO c
.FUBGBTF
%F
DISPNPTPNFO
MJHHFO
JO
IFU
FRVBUPSJBMF
WMBL d
"OBGBTF
%F
[VTUFSDISPNPTPNFO
XPSEFO
HFTDIFJEFO
FO
WFSQMBBUTFO
[JDI
OBBS
EF
QPMFO
XBBSCJK
EF
NJDSPUVCVMJ
EJF
BBO
IFU
LJOFUPDIPPS
[JKO
HFIFDIU
[JDI
WFSLPSUFO e
5FMPGBTF
%F
DISPNPTPNFO
[JKO
BBOHFLPNFO
CJK
EF
QPMFO
FO
BHHSFHFSFO
EBBS
PN
FFO
OJFVXF
LFSO
UF
WPSNFO f
-BUF
UFMPGBTF
FO
DZUPLJOFTF
)FU
DZUPQMBTNB
EFFMU
[JDI
EPPS
FFO
DPOTUSJDUJF
JO
IFU
FRVBUPSJBMF
WMBL
0QOBNFO
+$
$BONBO
FO
5
4BMNPO



F U NC T I O NE L E

H IS T O LO GIE

2 CEL

Figuur 2.28b 5&.PQOBNF
WBO
FFO
NFUBGBTFDISPNP TPPN
WBO
FFO
HFLXFFLUF
MPOHDFM
WBO
EF
NFOT
%F[F
GPUP
MBBU
EF
BBOIFDIUJOH
WBO
EF
NJDSPUVCVMJ
BBO
IFU
LJOFUP DIPPS
JO
EFUBJM
[JFO

×
PQOBNF
.D*OUPTI 

Figuur 2.28a 5&.PQOBNF
WBO
FFO
DFM
JO
NFUBGBTF
5XFF
DFOUSPTPNFO
MJHHFO
BBO
EF
UPQQFO
WBO
EF
TQPFM¹HVVS
BBO HFIFDIU
BBO
EF
NJDSPUVCVMJ
EJF
EF
TQPFMGJHVVS
WPSNFO
#JOOFO
EF
TQPFM¹HVVS
LPNFO
HFFO
BOEFSF
PSHBOFMMFO
WPPS
%F
NJDSPUVCVMJ
WBO
EF
TQPFM¹HVVS
[JKO
WJB
EF
LJOFUPDIPSFO
QJKMFO
BBOHFIFDIU
BBO
EF
EPOLFSF
NBTTB±T
WBO
EF
DISP NPTPNFO
JO
IFU
FRVBUPSJBMF
WMBL
%F[F
NJDSPUVCVMJ
WFSLPS UFO
UJKEFOT
IFU
USBOTQPSU
WBO
EF
DISPNPTPNFO
PQ
EF
QMBBUT
WBO
IFU
LJOFUPDIPPS

×
PQOBNF
.D*OUPTI 

cytoplasma verschijnt op het moment van het restrictiepunt. Deze factor zet niet alleen een S-fase in gang, maar voorkomt ook dat een M-fase wordt ingezet voordat de DNA-replicatie volledig is, hetgeen desastreuze gevolgen zou hebben voor de cel. De aanhechting van de microtubuli van de spoelfiguur op de chromosoomcentromeren is ook een belangrijk moment (‘CHECKPOINT’) in de cyclus. De anafase van de mitose begint niet als niet alle chromosomen zijn aangehecht. Een cel kan voor onbepaalde tijd in de G-fase geblokkeerd zijn; men spreekt dan van de ' FASE,zoals bij neuronen, die nooit meer aan een celcyclus deel zullen nemen. Een weefsel met zulke cellen kan dus niet regenereren.

Gedurende de S-fase wordt de DNA-helix door enzymen geopend, zodat beide strengen van het DNA door middel van $.! POLYMERASE gekopieerd kunnen worden. Het beginpunt van de replicatie wordt mede bepaald door de binding van het DNA aan de kernmatrix, terwijl de aanwezigheid van de kernmembraan essentieel is om de replicatie ordelijk te doen verlopen. De histonen worden in de S-fase gesynthetiseerd op de vrije polysomen in het cytoplasma en aangevoerd via de kernporiën. Het is mogelijk een celkern in de S-fase te merken met een radioactieve precursor van het DNA (( THYMIDINE), de gemerkte cellen gedurende de cyclus te volgen en zo de duur van de S-fase, G2-fase enzovoort te bepalen. Bij de mens kunnen deze technieken meestal niet worden toegepast; dan kan men alleen de mitotische index (het aantal delingsfiguren per duizend kernen) bepalen. Door de korte duur van de M-fase en het beperkte aantal cellen dat in deling is, is de mitosefrequentie (percentage van het aantal cellen dat een mitose toont) van een bepaald celtype meestal gering. Daardoor zijn dus relatief omvangrijke tellingen nodig om tot een statistisch verantwoorde bepaling te komen. Tijdens de G2-fase, die intreedt zodra de DNAverdubbeling voltooid is, gaan de gedupliceerde chromosoomfibrillen uiteen. Ook is er een scheiding van de verdubbelde centriolen, die als MTOC voor de spoelfiguur gaan fungeren. Ten slotte vinden in de G2-fase de laatste energieproductie en eiwitsynthese plaats, omdat tijdens de M-fase geen RNA-synthese

2 $&-


'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

77

MITOSE

mitose resulteert in het toevoegen en vervangen van identieke cellen

interfase

profase chromosomen condenseren

metafase chromosomen liggen in het equatoriale vlak

anafase/telofase genetisch identieke dochtercellen worden gevormd

Figuur 2.29 5FLFOJOH
WBO
EF
NJUPTF
NFU
PQFFOWPMHFOEF
TUBEJB
JOUFSGBTF
QSPGBTF
NFUBGBTF
BOBGBTF
FO
UFMPGBTF MEIOSE meiose II

meiose I meiose resulteert in haploïde cellen met verschillende chromosoomsamenstelling

late interfase homologe chromosomen vormen paren; crossing-over start

profase I vervolg crossingover; gepaarde chromosomen condenseren

metafase I homologe chromosomen gaan tegenover elkaar liggen

anafase I/ telofase I homologe chromosomen scheiden in twee haploïde dochtercellen; de zusterchromatiden blijven met elkaar verbonden

metafase II chromosomen liggen in het equatoriale vlak van de haploïde cel

anafase II/ telofase II zusterchromatiden scheiden in twee niet-identieke haploïde cellen

Figuur 2.30 5FLFOJOH
WBO
EF
NFJPTF
NFU
EF
PQFFOWPMHFOEF
TUBEJB
JO
EF
WFSTDIJMMFOEF
POEFSEFMFO
XFFSHFHFWFO

mogelijk is: alle chromosomen zijn gecontraheerd en er is geen transcriptie meer mogelijk. Een cel kan door gebrekkige voeding (‘nutrient stress’), door een nadelige micro-omgeving of door DNA-schade gestopt worden in zijn celcyclus, bijvoorbeeld door de synthese van eiwitten die door tumorsuppressorgenen gecodeerd worden.

De - FASE wordt geïnitieerd door de ‘-ATURATION 0ROMOTION &ACTOR’ (MPF). Deze factor bestaat uit twee componenten: het CDC2, een proteïnekinase, en het eiwit cycline, dat tijdens de mitose wordt afgebroken. De mitose wordt ingedeeld in profase, prometafase, metafase, anafase en telofase en wordt gevolgd door de cytokinese.



F U NC T I O NE L E

HIST O LO GIE

2 CEL

G2 M 4 uur

2

1 uur

S 8 uur

20 uur

R G1

G0

12 uur

Figuur 2.31 4DIFNB
WBO
EF
WJFS
GBTFO
WBO
EF
DFMDZDMVT
*O
EF
(GBTF
IFFGU
EF
DFM
JO
FFO
DFMDZDMVT
EF
LFV[F
UVTTFO
JO
SVTU
HBBO
(
PG
EPPSHBBO
FO
PQOJFVX
FFO
EFMJOHTDZDMVT
EPPSNB LFO
#JK
FFO
DIFDLQPJOU
JO
EF
DZDMVT
°SFTUSJDUJPO
QPJOU±
3
TUPQU
EF
DZDMVT
BMT
EF
PNTUBOEJHIFEFO
OJFU
HVOTUJH
[JKO
WPPS
WPPSU[FUUJOH
WBO
EF
EFMJOH
"OEFSF
DIFDLQPJOUT
CF WJOEFO
[JDI
UVTTFO
EF
(.GBTF
BMT
EF
WPMMFEJHIFJE
WBO
EF
%/"TZOUIFTF
XPSEU
CFQBBME
FO
JO
EF
.GBTF
°TQJO EMF
DIFDLQPJOU±
XBBSCJK
XPSEU
CFQBBME
PG
BMMF
DISPNPTP NFO
WBO
FMLBBS
HFTDIFJEFO
[JKO
8BOOFFS
EF[F
SFTUSJDUJF
XPSEU
PQHFIFWFO
HBBU
EF
DFM
XFFS
JO
DZDMVT
FO
HBBU
EF
4GBTF
TZOUIFTFGBTF
JO
XBBSJO
IFU
%/"
EPPS
TZOUIFTF
XPSEU
WFSEVCCFME
&FO
LPSUF
SVTUGBTF
(
HBBU
WPPSBG
BBO
EF
FJHFOMJKLF
NJUPTF
.


XBBSCJK
EF
DISPNPTPNFO
[JDI
PWFS
EF
EPDIUFSDFMMFO
WFSEFMFO

1

3

0ROFASE. In deze fase, die ongeveer een halfuur duurt, condenseren de chromosoomfibrillen met hun matrixeiwitten geleidelijk tot chromosomen. Elk profasechromosoom bestaat uit twee, aanvankelijk om elkaar heen gedraaide, CHRO MATIDEN. Elk chromatide bevat een CENTROMEER, dat bestaat uit een speciale DNA-sequentie, waar tijdens de anafase de splitsing van het chromosoom plaatsvindt. De spoelfiguur vormt zich tegen het einde van de profase, uitgaande van de centriolenparen, uit een voorraad ongepolymeriseerd tubuline, ontstaan uit een massale

4

5

6

depolymerisatie van microtubuli kort voor het begin van de M-fase. 0ROMETAFASE. De kernenvelop valt uiteen in RERfragmenten, die zich in het cytoplasma verspreiden. De CENTROMEER gebieden ontwikkelen kinetochoren, waarop de microtubuli van de SPOEL¹GUUR aanhechten. Als de groeiende microtubuli geen KINETOCHOOR ontmoeten, ontstaan er poolspoelvezels die van pool tot pool lopen. De chromosomen contraheren, de chromatiden worden alleen nog in het centromeergebied bijeengehouden. De chromosomen begeven zich naar het equatoriale vlak, het centromeer voorop (metakinese). De nucleolus verdwijnt, het nucleolusgeassocieerde DNA (uit de NOR) wordt opgenomen in de chromosomen. -ETAFASE. Tijdens de metafase worden de chromosomen, die maximaal gecontraheerd zijn, in het EQUATORIALE VLAK bijeengehouden. Voor het maken van een chromosomenpreparaat of KARYOGRAM kan de cel na zwelling in een hypotone oplossing platgedrukt worden op een preparaatglaasje en gekleurd worden met Giemsa. Deze techniek wordt vaak toegepast op lymfocyten, die met een mitogeen (concanavaline) in vitro tot deling gestimuleerd zijn. Behandeling met colchicine lost de spoelfiguur (microtubuli) op, zodat de chromosomen los komen te liggen. Mitosen worden in deze toestand geblokkeerd, zodat het aantal cellen met een, weliswaar verstoorde, metafase oploopt. Colchicine wordt dus gebruikt om de mitose-index van langzaam groeiende of zelden delende celpopulaties te bepalen. !NAFASE. De chromatiden splitsen in het centromeergebied en de DOCHTERCHROMOSOMEN bewegen met de centromeren voorop in een eenparige beweging naar de top van de spoelfiguur (anafase). Bij de anafase verlengt de spoelfiguur zich. De krachten die de chromosomen doen bewegen, zijn gelokaliseerd op de plaats van de aanhechting van de microtubuli op de kinetochoren. 4ELOFASE. Cisternen van het RER sluiten zich aaneen voor de vorming van een nieuwe kernenvelop, waarbij onderdelen van het poriecomplex de plaatsen van de toekomstige poriën bepalen. De nucleolus vormt zich vrij snel uit het materiaal dat associeert met de ‘NUCLEOLUS ORGANIZER’-gebieden van de chromosomen. De chromosomen expanderen hierna weer tot de fibrilvorm. #YTOKINESE.Het cytoplasma deelt door insnoering. De klievingszone ontstaat door de contractie van

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

een RING VAN ACTINE¹LAMENTEN in het equatoriale gebied. De twee dochtercellen vormen een doublet en blijven nog enige tijd met elkaar verbonden via een cytoplasmabrug met daarin de resten van de spoelfiguur, het LICHAAMPJEVAN&LEMMING, ook wel ‘midbody’ of ‘Flemming body’ genoemd (fig. 2.32). In een KARYOGRAM worden de chromosomen gerangschikt naar grootte en centromeerpositie. In een DIPLOtDE kern (2n) zijn van alle 23 chromosomen (= n) twee exemplaren aanwezig. Eén set chromosomen (n) is afkomstig van de HAPLOtDEeicel en één van het haploïde spermatozoön. Spermatozoa hebben een 22 + X- of een 22 + Y-configuratie, een eicel bevat 22 + X. Bij de bevruchting versmelten twee haploïde geslachtscellen met elkaar tot de diploïde stamcel van het lichaam (ZYGOTE)met de combinatie 8(vrouwelijk) of 89(mannelijk). Onder EUPLOtDIEwordt verstaan dat de kern een normaal haploïde, diploïde of polyploïde karyotype bezit. In leverparenchymcellen en megakaryocyten in het beenmerg vinden we soms POLYPLOtDEkernen. Daarbij kan het aantal chromosomen per kern verdubbelen, zodat een TE TRAPLOtDEkern (4n) ontstaat, of zelfs verviervoudigen, zodat een OCTOPLOtDEkern (8n) ontstaat; 16n of hoger komt zelden voor. Als er een of meer chromosomen te veel of te weinig zijn, spreekt men van ANEUPLOtDIE. Het SYNDROOM VAN$OWNberust op een TRISOMIE(drievoudige aanwezigheid) van chromosoom 21. Men spreekt van MOZAtCISME wanneer binnen groepen van cellen onderling verschillende karyotypen voorkomen. Chromosoomafwijkingen kunnen microscopisch worden vastgesteld, bijvoorbeeld in het specifieke bandenpatroon van elk chromosoom. Met behulp van in-situhybridisatie (ISH) (hoofdstuk 1) kunnen specifieke DNA-sequenties gevisualiseerd worden met behulp van radioactieve of fluorescente probes (FISH), die samensmelten met een specifieke nucleotidenvolgorde. 3TAMCELLEN zijn in een aantal, maar niet in alle, weefsels aanwezig en hebben de mogelijkheid om de cellen van een weefsel te vernieuwen (fig. 2.33). Deze cellen zijn embryonaal of ongedifferentieerd. Een probleem bij het opsporen of herkennen van deze cellen is dat ze weinig of geen morfologische of moleculaire kenmerken hebben en dus ontsnappen aan een specifieke opsporing. Stamcellen delen niet vaak, en als ze dat doen, blijft meestal een van de dochtercellen achter als nieuwe stamcel, terwijl de andere een differentiatie ondergaat. Stamcellen worden vaker gevonden in weefsels waar veel cellen met een korte celcyclus verblijven, zoals plaatsen waar bloedcellen worden gevormd, de huid en het

2 $&-


79

epitheel van de tractus digestivus. Hiertegenover staan cellen die ‘terminaal gedifferentieerd’ genoemd kunnen worden. Dit betekent dat ze niet meer in staat zijn hun eigen populatie door mitose in stand te houden. En toch zijn er ook langlevende en sterk gedifferentieerde celtypen die zonder stamcellen een goede regeneratie tonen, zoals de cellen van het bindweefsel, gladde spiercellen, endotheelcellen en leverparenchymcellen. In ons lichaam vinden we op grond van de delingsactiviteit de volgende celpopulaties. r 3TATISCHE CELPOPULATIES. Dit zijn cellen die na een aantal delingscycli in de G0-fase verkeren, zoals neuronen, fibrocyten, spiercellen en osteocyten. r 6ERNIEUWENDECELPOPULATIES.De G1-fase van deze cellen varieert van een etmaal tot enkele weken, zoals bij darmepitheelcellen, opperhuidcellen en bloedcellen. Door de mitoseactiviteit van stamcellen worden deze celpopulaties aangevuld. r %XPANDERENDE CELPOPULATIES. Deze populatie is normaal statisch, maar kan bij beschadiging of wegneming van een deel van het weefsel de G1fase bekorten en de delingsactiviteit opvoeren. Tot deze populaties behoren bijvoorbeeld de cellen van de lever, nier en pancreas. Een gering celverlies wordt gecompenseerd door een regeneratieve, mitotische activiteit. Het regeneratievermogen van de lever wordt aangesproken bij chirurgische verwijdering van focale letsels, bij partiële hepatectomie of bij (partiële) transplantatie. CELDOOD

Hoewel cellen over een bepaalde autonomie beschikken, zijn ze onderworpen aan de fysiologische condities van hun micro-omgeving. Het is niet zeker in welke mate deze micro-omgeving bepalend is voor de LEEFTIJD die cellen kunnen bereiken. Wel is duidelijk dat cellen een verschillende levensduur hebben, variërend van enkele dagen tot even lang als het organisme bestaat. In het darmepitheel vinden we een snelle turnover van cellen. Na twee dagen is 80% van de cellen vervangen. Neuronen delen nog tot kort na de geboorte en men neemt aan dat ze daarna het gehele leven blijven functioneren. De ouderdom van een cel is niet te bepalen, met uitzondering van die van kernloze erytrocyten. Deze cellen kennen geen eiwitsynthese, gebruiken hun enzymen op en kunnen uiteindelijk ook hun vorm niet meer goed in stand houden. Deze parameters kunnen gebruikt worden om het celverval te meten.



F U NC T I O NE L E

H IS T O LO GIE

2 CEL

Figuur 2.32 5&.PQOBNF
WBO
FFO
DFM
JO
EF
MBBUTUF
GBTF
WBO
EF
DZUPLJOFTF
XBBSCJK
EF
DFMMFO
BMMFFO
OPH
NFU
EF
HFDPOEFOTFFSEF
SFTUFO
WBO
EF
TQPFM¹HVVS
NFU
FMLBBS
[JKO
WFSCPOEFO
%JU
XPSEU
IFU
MJDIBBNQKF
WBO
'MFNNJOH
HFOPFNE
PPL
XFM
°NJECPEZ±
PG
°'MFNNJOH
CPEZ± 
)F-BDFMMFO
JO
LXFFL

×
PQOBNF
'
7FSIFZFO 

Macrofagen, die oude erytrocyten uit de circulatie nemen, doen dat. Toch lijkt een beperking van de levensduur in het genoom van sommige cellen ingebouwd te zijn. Fibroblasten bijvoorbeeld kunnen niet onbeperW kt worden gekweekt, want na circa vijftig

Medische context &FO
LFONFSL
WBO
NBMJHOF
UVNPSFO
JT
IFU
WFS IPPHEF
BBOUBM
NJUPTFO
FO
IFU
BBOUBM
BGXJKLFOEF
NJUPTFO
/PSNBMF
DFMQSPMJGFSBUJF
FO
EJGGFSFOUJBUJF
XPSEFO
HFDPOUSPMFFSE
EPPS
FFO
HSPFQ
WBO
HFOFO
EF
proto-oncogenen
.VUBUJFT
JO
EF[F
HFOFO
MFJ EFO
UPU
EF
WPSNJOH
WBO
UVNPSFO
7JSVTTFO
EJF
UVNPSFO
WFSPPS[BLFO
CF[JUUFO
WFSBOEFSEF
QSP UPPODPHFOFO
EJF
XBBSTDIJKOMJKL
WBO
DFMMVMBJSF
PPSTQSPOH
[JKO
(SPFJGBDUPSFO
EJF
DFMEFMJOHFO



FWPSEFSFO
[JKO
CJKWPPSCFFME
NGF
°OFSWF
HSPXUI
C GBDUPS±


EGF
°FQJUIFMJBM
HSPXUI
GBDUPS±


FGF
°GJ CSPCMBTU
HSPXUI
GBDUPS±
FO
erytropoëtine
EBU
EF
BBONBBL
WBO
SPEF
CMPFEDFMMFO
CFWPSEFSU
%/" CFTDIBEJHJOH
LBO
POUTUBBO
EPPS
DIFNJTDIF
WFSCJOEJOHFO
TUSBMJOH
FO
WJSVTJOGFDUJFT
%F[F
PNTUBOEJHIFEFO
[JKO
PPL
DBSDJOPHFFO
#JK
UVNP SFO
NBBLU
NFO
FFO
POEFSTDIFJE
UVTTFO
CFOJHOF
OJFU
JOWBTJFG
FO
NBMJHOF
XFM
JOWBTJFG 
#FJEF
MBUFO
FFO
POHFDPOUSPMFFSEF
HSPFJ
[JFO

delingen sterft een dergelijke celpopulatie af. Andere cellen, bijvoorbeeld afgeleid van tumoren, zijn als cellijn onbeperkt door te kweken, omdat ze een TRANS FORMATIE proces hebben ondergaan met onder andere een aneuploïdie als gevolg. Het transformatieproces kan een gevolg zijn van een virusinfectie. Sommige

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

stamcel

gecommitteerde progenitorcel (voorlopercel)

gedifferentieerde cellen

Figuur 2.33 *O
WFFM
XFFGTFMT
[JKO
TUBNDFMMFO
BBOXF[JH
4UBNDFMMFO
EFMFO
JO
QSJODJQF
BTZNNFUSJTDI
%BU
XJM
[FHHFO
FFO
WBO
EF
EPDIUFSDFMMFO
CMJKGU
TUBNDFM
EF
BOEFSF
[BM
EJGGFSFOUJq SFO
FO
XFMMJDIU
OPH
FOLFMF
LFSFO
EFMFO
BMT
QSPHFOJUPSDFM
XBBSOB
EJGGFSFOUJBUJF
UPU
FFO
EF¹OJUJFWF
DFM
NFU
FFO
HF TQFDJBMJTFFSEF
GVODUJF
WPMHU

cellijnen groeien door, omdat ze hun eigen groeifactoren maken. In een stabiel weefsel bestaat er een evenwicht (HO MEOSTASE) tussen de aanmaak van cellen door mitose en het verloren gaan van cellen door beschadiging, veroudering of celdood. Bij abnormale groei van een weefsel in een gezwel is de delingsactiviteit, die niet eens hoog hoeft te zijn, niet in evenwicht met het celverval. Soms is ook de immigratie van cellen (zoals bij een ontsteking) of de emigratie van cellen (zoals bij de bloedcelvorming in het beenmerg) de reden voor de aangroei van een celpopulatie. Naast GEPROGRAMMEERDE CELDOOD, ofwel APOPTOSE (fig. 2.34), onderscheidt men accidentele celdood of necrose (fig. 2.35). .ECROSEkan optreden als de minimumvoorwaarden om het metabolisme van een cel in stand te houden, niet meer vervuld worden. Een voorbeeld is

2 $&-


81

ISCHEMIEvan de hartspier, die een HARTINFARCTtot gevolg kan hebben. Kernverval en sterk eosinofiel cytoplasma zijn kenmerken die zich na 24 uur ontwikkelen en die een patholoog herkent als tekenen van necrose. Een cel die onherstelbaar beschadigd is en het ‘point of no return’ op weg naar necrose gepasseerd is, toont zwelling en LEKKAGEVANDECELMEMBRAANals een van de eerste verschijnselen. Dit stadium van CYTOLYSEkan worden bepaald door tests met kleurstoffen (trypaanblauw, propidiumjodide) die de cel normaal niet binnendringen, maar dat wel doen als de celmembraan beschadigd is. Ook het verlies van gemerkte verbindingen (51Cr-releasetest) of de bepaling van cytoplasmatische enzymen in het milieu rond de cel is een teken van celverval. Zo is creatinekinase in het bloed een maat voor de omvang van een hartinfarct. In een iets later stadium valt de cel uiteen en komt CELDmBRISin de omgeving vrij. Als voldoende macrofagen in de buurt zijn, zal het celdébris tijdig opgeruimd worden. Het vrijkomen van cytoplasmabestanddelen kan echter ook ernstige gevolgen hebben, zoals een ontstekingsreactie en/of een antilichaamreactie tegen de eigen cytoplasmabestanddelen, die tot dan toe onbekend waren voor het immuunsysteem, met AUTO IMMUNITEITals gevolg. !POPTOSEis een vorm van geprogrammeerde celdood waarbij door verschillende externe signalen (perforine, FasL, NO, TNF-α) klaarliggende mechanismen of ‘pathways’ in gang kunnen worden gezet. Deze brengen een reeks karakteristieke veranderingen teweeg, eerst in de celmembraan, dan in de mitochondriën, het cytoskelet en de celkern. De cellen krimpen een beetje, de CELMEMBRAANBLIJFTIN TACT, maar celcontacten worden verbroken en de cel laat los uit zijn omgeving. Het FOSFATIDYLSERINE van de celmembraan verspringt van de binnenkant van de celmembraan naar de buitenkant (en is daar dan aantoonbaar met annexine-V). De mitochondriale

Medische context &FO
DFM
LBO
JO
BQPQUPTF
HBBO
XBOOFFS
FS
WFSBOEF SJOHFO
PQUSFEFO
JO
EF
WPMHPSEF
WBO
IFU
%/"
*O
EJU
PQ[JDIU
JT
BQPQUPTF
EVT
FFO
QSFWFOUJFWF
WFSEFEJ HJOH
UFHFO
EF
WPSNJOH
WBO
LBOLFS
Kankercellen
IFCCFO
WBBL
IVO
NFDIBOJTNF
WPPS
BQPQUPTF
VJU HFTDIBLFME
[PEBU
EF
HFOFUJTDIF
JOTUBCJMJUFJU
FO
EF
USBOTGPSNBUJFWFSBOEFSJOHFO
FFO
DFMQPQVMBUJF
PQMF WFSFO
EJF
[JDI
OJFU
NFFS
BBO
EF
°OPSNBMF±
SFHFMT
IPVEU
FO
HBBU
XPFLFSFO



F U NC T I O NE L E

H IS T O LO GIE

2 CEL

Figuur 2.34 &FO
[FME[BNF
5&.PQOBNF
WBO
BQPQUPTF
JO
FFO
MFWFSQBSFODIZNDFM
WBO
FFO
SBU
%F
LFONFSLFO
WBO
BQPQUPTF
[JKO
EVJEFMJKL
UF
[JFO
OBNFMJKL
DPOEFOTBUJF
WBO
IFU
DISPNBUJOF
UFHFO
EF
CJOOFO[JKEF
WBO
EF
LFSONFNCSBBO
FO
EF
WPSNJOH
WBO
SPOEF
BG TOPFSJOHFO
WBO
IFU
DZUPQMBTNB
°BQPQUPUJD
CPEJFT±
XBBSWBO
FS
JO
EF[F
PQOBNF
FOLFMF
JO
EF
SVJNUF
WBO
%JTTF
CVJUFO
EF
BQPQUPUJTDIF
DFM
UFSFDIU
[JKO
HFLPNFO
)FU
DZUPQMBTNB
WBO
EF
DFM
JT
OPH
HSPUFOEFFMT
JOUBDU
[PEBU
XF
NPHFO
DPODMVEFSFO
EBU
EJU
FFO
WSPFH
TUBEJVN
WBO
BQPQUPTF
JT
&FONBBM
HFTUBSU
[BM
IFU
QSPDFT
[FLFS
EPPSMPQFO
.FFS
°BQPQUPUJD
CPEJFT±
[VMMFO
HFWPSNE
XPSEFO
FO
PNMJHHFOEF
DFMMFO
[VMMFO
EJF
GBHPDZUFSFO
UPU
EF
DFM
WPMMFEJH
JT
PQHFSVJNE

×
PQOBNF
&
8JTTF 

potentiaal wijzigt en via een cascadesysteem van cytoplasmatische enzymen (CASPASES)wordt uiteindelijk door endonucleasen het ‘spacer-DNA’ tussen de nucleosomen doorgeknipt. Dit heeft tot gevolg dat de interfasechromosomen worden verknipt tot OLIGONU CLEOSOMEN, hetgeen microscopisch zichtbaar wordt als sterke CHROMATINECONDENSATIE (fig. 2.34). Bij de

oorspronkelijke beschrijving van apoptose was dit het voornaamste microscopische fenomeen. Ook biochemisch kan $.! FRAGMENTATIE aangetoond worden, bijvoorbeeld in een ‘Southern-blot’-test als een $.! LADDER. Hierna fragmenteren de cel en ook DEKERNtot APOPTOTISCHELICHAAMPJES(‘APOPTOTICBODIES’), die gefagocyteerd worden door naburige cellen of macrofagen.

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

2 $&-


83

Figuur 2.35 /FDSPTF
WBO
FFO
QBSFODIZNDFM
JO
EF
MFWFS
WBO
FFO
QBUJqOU
EJF
CFIBOEFME
XFSE
NFU
DIFNPUIFSBQJF
UFHFO
DPMPOLBOLFS
%F
UZQJTDIF
LFONFSLFO
WBO
OFDSPTF
[JKO
BBOXF[JH
EF
DFMNFNCSBBO
JT
WFSEXFOFO
MJOLTCPWFO


XBBSEPPS
IFU
DZUPQMBTNB
WFFM
MJDIUFS
LMFVSU
EPPS
WFSMJFT
BBO
NBUFSJBBM
%F
DFMSFTUFO
[VMMFO
EPPS
POUTUFLJOHTDFMMFO
XPSEFO
PQHFSVJNE
XBBSOB
EF
PQFO
QMBBUT
NFU
CJOEXFFGTFM
PG
FFO
OJFVXF
DFM
LBO
XPSEFO
PQHFWVME

×
PQOBNF
&
8JTTF 

Apoptose treedt op tijdens de ontwikkeling van een embryo en vervult daar een belangrijke rol in de ruimtelijke modellering van organen en weefsels. Apoptose komt ook voor in de normale dynamiek van cellen in weefsels. Het leerproces van lymfocyten gaat gepaard met een uitschakeling van grote aantallen lymfocyten SAMENVATTING

HOOFDSTUK 2

CEL

,FSO r

die reageren op lichaamseigen antigenen. Dit gebeurt via de inductie van apoptose. Het immuunsysteem valt kankercellen aan en doodt die cellen onder andere door apoptose te induceren. Genetische instabiliteit of DNA-schade is in een normale cel aanleiding het apoptosemechanisme in werking te stellen.

)FU
DZUPQMBTNB
JT
WBO
EF
JOIPVE
WBO
EF
LFSO
HF TDIFJEFO
EPPS
EF
nucleaire membraan
PG
kernenvelop
CFTUBBOEF
VJU
UXFF
NFNCSBOFO
BBO
EF
DZUPQMBTNBUJTDIF
LBOU
CF[FU
EPPS
SJCPTPNFO
XBBSUVTTFO
FFO
DJTUFSOBMF
SVJNUF
BBOXF[JH
JT
[P BMT
CJK
IFU
3&3

r

r

%F
LFSONFNCSBBO
JT
EPPSHBOLFMJKL
WJB
kernporiën
NFU
FFO
DPNQMFYF
TUSVDUVVS
%F[F

QPSJqO
MBUFO
FJXJUUFO
FO
3/"DPNQMFYFO
EPPS
JO
UXFF
SJDIUJOHFO "BO
EF
CJOOFO[JKEF
XPSEU
EF
LFSONFNCSBBO
WFS TUFSLU
EPPS
FFO
MBBHKF
lamine
FFO
DZUPTLFMFUFJ XJU



F U NC T I O NE L E

r

r r

r

r

HIST O LO GIE

2 CEL

*O
EF
LFSO
WJOEFO
XF
¬
OBBTU
FMLBBS
¬
MPT
FO
HF DPOEFOTFFSE
chromatine
CFTUBBOEF
VJU
%/"
HFBT TPDJFFSE
NFU
LFSOFJXJUUFO
PPL
XFM
SFTQFDUJFWFMJKL
euchromatine
FO
heterochromatine
HFOPFNE &VDISPNBUJOF
JT
BDUJFG
JO
transcriptie
OBBS
3/"
IFUFSPDISPNBUJOF
JT
EBU
OJFU )FU
%/"
CFTUBBU
VJU
FFO
ESBBE
EJF
SPOE
histonen
FJXJU
HFXPOEFO
JT
FO
[P
FFO
nucleosoom
WPSNU
%F[F
XJOEJOH
LPNU
QFSJPEJFL
WPPS
[PEBU
FFO
LSBMFOTOPFS
POUTUBBU %F
ESBBE
NFU
OVDMFPTPNFO
XPSEU
WFSEFS
HFXPO EFO
UPU
FFO
chromatinevezel
%F[F
DISPNBUJOF WF[FMT
CPVXFO
WFSEFS
JO
MVTTFO
IFU
DISPNPTPPN
PQ
)PF
EBU
QSFDJFT
HBBU
JT
OPH
OJFU
CFLFOE %F
nucleolus
CFTUBBU
WPPSBM
VJU
rRNA
JO
FFO
¹CSJM MBJSF
FO
JO
FFO
NFFS
HSBOVMBJSF
WPSN
%JU
[JKO
EF
WPPSMPQFST
WBO
ribosomen
EJF
EF
LFSO
EPPS
EF
QPSJqO
WFSMBUFO

r r r

(PMHJBQQBSBBU r

&OEPQMBTNBUJTDI
SFUJDVMVN r

r

r

r

r

%F
CBTJT
WBO
IFU
DZUPQMBTNB
JT
IFU
cytosol
EF
WMPFJTUPG
XBBSJO
BMMF
PSHBOFMMFO
FO
PQHFMPTUF
TUPG GFO
JPOFO
FJXJUUFO
FO
EFSHFMJKLF
WBO
FFO
DFM
[JDI
CFWJOEFO *O
IFU
DZUPQMBTNB
WJOEFO
XF
celorganellen
XBBSJO
HFDPNQMJDFFSEF
FO
HFTQFDJBMJTFFSEF
NFUBCPMF
GVODUJFT
XPSEFO
VJUHFWPFSE
JO
WBO
FMLBBS
HFTDIFJ EFO
membraanomgeven compartimenten Ribosomen
CFTUBBO
VJU
UXFF
TVCFFOIFEFO
EJF
PQHFCPVXE
[JKO
VJU
S3/"
FO
FFO
TFSJF
FJXJUUFO
3JCPTPNFO
IFDIUFO
HSPFQTHFXJKT
BBO
FFO
N3/" USBOTDSJQU
FO
WPSNFO
EBO
FFO
polysoom
EBU
IFU
N3/"
WFSUBBMU
JO
FFO
FJXJU
POEFS
IFU
WFSCSVJL
WBO
BNJOP[VSFO
VJU
IFU
DZUPTPM )FU
ruw endoplasmatisch reticulum
RER
CF TUBBU
VJU
QMBUUF
TPNT
HFTUBQFMEF
cisternen
EJF
CFTUBBO
VJU
UXFF
NFNCSBOFO
EJF
FFO
SVJNUF
PN TMVJUFO
%F
NFNCSBBO
BBO
EF
DZUPQMBTNBUJTDIF
[JKEF
JT
CF[FU
NFU
QPMZTPNFO
*O
IFU
MVNFO
WBO
EF
DJTUFSOFO
XPSEFO
EF
OJFVXF

FJXJUUFO
WFS[B NFME
)FU
3&3
JT
NFFTUBM
DPOUJOV
NFU
EF
LFSOFO WFMPQ
EF[F
LFSOFOWFMPQ
LBO
EFSIBMWF
CFTDIPVXE
XPSEFO
BMT
FFO
HFTQFDJBMJTFFSE
3&3 *O
DFMMFO
EJF
WFFM
FJXJU
BBONBLFO
WPPS
EF
FYQPSU
[PBMT
EF
DFMMFO
EJF
TQJKTWFSUFSJOHTFO[ZNFO
NB LFO
JO
EF
FYPDSJFOF
QBODSFBT
JT
WFFM
3&3
BBOXF [JH
*O
)&HFLMFVSEF
DPVQFT
LMFVSU
EJU
CBTP¹FM
BBO

/B
EF
TZOUIFTF
EPPS
QPMZTPNFO
JT
EF
nabehandeling
JO
EF
3&3DJTUFSOF
CFMBOHSJKL
EF
vouwing
WBO
EF
FJXJUUFO
JT
FFO
WBO
EF
CFMBOHSJKLTUF
IJFSWBO )FU
3&3
USBOTQPSUFFSU
EF
OJFVXF
FJXJUUFO
OBBS
EF
DJTLBOU
WBO
IFU
(PMHJBQQBSBBU
WJB
LMFJOF
°CSJTUMF DPBUFE
USBOTQPSU
vesicles± /BBTU
IFU
3&3
CFTUBBU
IFU
°smooth endoplasmic reticulum±
SER 
%JU
4&3
ESBBHU
HFFO
SJCP TPNFO
NBBS
CFWBU
WFFM
FO[ZNFO
EJF
CFUSPLLFO
[JKO
CJK
EF
WFU
FO
HMZDPHFFOTUPGXJTTFMJOH
CJK
EF
EFUPYJ¹DBUJF
WBO
WSFFNEF
FO
FJHFO
NPMFDVMFO
FO
CJK
EF
PQTMBH
WBO
DBMDJVNJPOFO
0OEFS
JOWMPFE
WBO
CBSCJUVSBUFO
FO
BOEFSF
GBSNBDB
LBO
IFU
4&3
FOPSN
prolifereren

r

)FU
Golgiapparaat
CFTUBBU
VJU
HFCPHFO
HF TUBQFMEF
DJTUFSOFO
PNHFWFO
EPPS
FFO
[XFSN
WFTJLFMUKFT
EJF
FJXJUUFO
VJU
IFU
3&3
OBBS
IFU
(PM HJBQQBSBBU
USBOTQPSUFSFO
%F
FJXJUUFO
POEFSHBBO
EBBS
TVMGBUBUJF
FO
HMZDPTZMBUJF
FO
XPSEFO
HFDPO DFOUSFFSE
JO
secretiegranula 0PL
FJXJUUFO
WPPS
EF
lysosomen
FO
EF
plasmamembraan
QBTTFSFO
EPPS
IFU
(PMHJBQQBSBBU
EBU
EBBSNFF
ESJF
CFTUFNNJOHFO
WPPS
[JKO
QSPEVDUFO
LFOU

$FMNFNCSBBO r

r

r

%F
DFM
XPSEU
WBO
[JKO
°micro environment±
BG HFTDIFJEFO
EPPS
FFO
celmembraan
PG
plasmamembraan
plasmalemma 
%F[F
CFTUBBU
VJU
FFO
fosfolipiden-dubbellaag
NFU
FFO
HSPPU
BBOEFFM
NFNCSBOBJSF
FJXJUUFO
FO
DIPMFTUFSPM %F
DFMNFNCSBBO
JT
BBO
EF
CVJUFO[JKEF
WPPS [JFO
WBO
FFO
glycocalyx
CFTUBBOEF
VJU
FJXJU UFO
FO
HMZDPQSPUFuOFO
XBBSWBO
FFO
EFFM
JO
EF

DFMNFNCSBBO
WFSBOLFSE
JT
%F[F
HMZDPDBMZY
FO
EF
FYUFSOF
FO
integrale membraaneiwitten
[JKO
EPPS
IVO
HFWBSJFFSEF
TBNFOTUFMMJOH
TQFDJ¹FL
WPPS
IFU
DFMUZQF
FO
CF[JUUFO
CPWFOEJFO
WFFM
CJK[POEFSF
GVODUJFT
[PBMT
SFDFQUPSFO
JPOFOUSBOTQPSUFSFOEF
LBOBMFO
$%NPMFDVMFO
JNNVOPHMPCVMJOFO
FO
OPH
WFFM
NFFS 4PNNJHF
NFNCSBBOFJXJUUFO
LVOOFO
EBOL[JK
EF
fluïditeit
WBO
EF
GPTGPMJQJEFO
MBUFSBBM
JO
EF
NFN CSBBO
WFSQMBBUTU
XPSEFO
CFIBMWF
JO
EF
°lipid rafts±
EJF
NFFS
DIPMFTUFSPM
FO
WFS[BEJHEF
WFU[V SFO
CFWBUUFO

'6 /$5*0/&- &
)*450- 0(*&

r

r

%F
DFMNFNCSBBO
LBO
BDUJFG
[JKO
JO
endocytose
EBU
XJM
[FHHFO
pinocytose
WPPS
EF
PQOBNF
WBO
WMPFJTUPG
NFU
EF
WPSNJOH
WBO
°CSJTUMFDPB UFE
WFTJDMFT±
PG
fagocytose
WPPS
EF
BBOIFDI UJOH
FO
PQOBNF
WBO
EFFMUKFT
%F
endosomen
EJF
MPTMBUFO
WBO
EF
DFMNFNCSBBO
GVTFSFO
NFU
lysosomen
XBBS
IVO
JOIPVE
WFSUFFSE
XPSEU
&OEPDZUPTF
LBO
EPPS
SFDFQUPSFO
TQFDJGJFL
BBO HFTUVVSE
XPSEFO )FU
PNHFLFFSEF
QSPDFT
JT
exocytose
EBU
CJK
EF
secretie
FFO
HSPUF
SPM
TQFFMU
4FDSFUJFHSBOVMB
XPS EFO
OB
GVTJF
NFU
EF
DFMNFNCSBBO
HFMFEJHE
JO
EF
EJSFDUF
DFMPNHFWJOH
#JK
FOEPDZUPTF
FO
FYPDZUPTF
XPSEU
NFNCSBBONBUFSJBBM
BBO
EF
DFMNFNCSBBO
POUUSPLLFO
PG
UPFHFWPFHE

-ZTPTPNFO r r r r r

r

-ZTPTPNFO
CFWBUUFO
FFO
HSPUF
WBSJBUJF
WBO
hydrolasen
NFU
FFO zuur pH-optimum EJF
FFO
HSPUF
TFSJF
NBDSPNPMFDVMFO
LVOOFO
verteren -ZTPTPNFO
GVTFSFO
NFU
FOEPTPNFO
EJF
SFDFQUPS HFCPOEFO
FO
PQHFMPTUF
NPMFDVMFO
FO
DFMPOEFSEF MFO
PG
PSHBOFMMFO
LVOOFO
BBOWPFSFO -ZTPTPNFO
TQFMFO
FFO
SPM
JO
EF
celvernieuwing
[F
LVOOFO
PSHBOFMMFO
WFSUFSFO
[PEBU
EJF
OJFVX
EPPS
EF
DFM
HFWPSNE
NPFUFO
XPSEFO
%JU
IFFU
BVUPGBHJF "GCSBBLQSPEVDUFO
XPSEFO
EPPS
MZTPTPNFO
JO
IFU
DZUPTPM
WSJKHFHFWFO
XBBS
[F
IFSHFCSVJLU
PG
BGHF WPFSE
LVOOFO
XPSEFO .FO
POEFSTDIFJEU
primaire
°NBBHEFMJKLF±
MZTPTP NFO
secundaire
MZTPTPNFO
EJF
FFO
WFSUFSJOH
IFC CFO
VJUHFWPFSE
autofage
WBDVPMFO
EJF
PSHBOFMMFO
WFSUFSFO
FO
°residual
bodies±
XBBS
EF
FO[ZNBDUJWJ UFJU
EPPS
IVO
PVEFSEPN
TUFSL
HFEBBME
JT Proteasomen
[JKO
LMFJOF
DZUPQMBTNBUJTDIF
DJMJO ESJTDIF
DPNQMFYFO
EJF
VCJRVJUJOFHFMBCFMEF
FJXJU UFO
PG
POEFSEFMFO
WFSUFSFO

r

r r

r

.JUPDIPOESJqO
QSPEVDFSFO
FOFSHJF
JO
EF
WPSN
WBO
ATP
FO
MJHHFO
PQ
QMBBUTFO
JO
EF
DFM
XBBS
EBU
HF CSVJLU
XPSEU
$FMMFO
NFU
FFO
HSPUF
FOFSHJFCFIPFGUF
CFWBUUFO
WFFM
FO
HSPUF
NJUPDIPOESJqO .JUPDIPOESJqO
[JKO
PNHFWFO
EPPS
FFO
dubbele
membraan
XBBSWBO
EF
CJOOFOTUF
NFNCSBBO
[JDI
WPPSU
LBO
[FUUFO
JO
EXBSTVJUTUFFLTFMT
EF
cristae
%F
NFNCSBOFO
IFCCFO
FFO
WFSTDIJMMFOEF
QFSNFBCJMJUFJU

85

%F
NJUPDIPOESJBMF
NBUSJY
CFWBU
FO[ZNFO
WBO
EF
Krebscyclus
FO
WPPS
EF
@-oxidatie WBO
WFU[VSFO
%F
CJOOFONFNCSBBO
CFWBU
FO[ZNFO
WPPS
IFU
FMFLUSPOFOUSBOTQPSUTZTUFFN
FO
EF
ATPQSPEVDUJF .JUPDIPOESJqO
CFXFHFO
EPPS
EF
DFM
LVOOFO
GV TFSFO
FO
LVOOFO
JO
UXFFqO
TQMJUTFO .JUPDIPOESJqO
TQFMFO
FWFOFFOT
FFO
SPM
JO
apoptose

1FSPYJTPNFO
ANJDSPCPEJFT

r

Peroxisomen
IFCCFO
FFO
FOLFMF
NFNCSBBO
;F
CFWBUUFO
FO[ZNFO
WPPS
oxidatie
FO
detoxificatie
FO
WFSEFS
catalaseperoxidase
EBU
EF
)0
WBO
EF
JOUFSOF
SFBDUJF
LBO
OFVUSBMJTFSFO

$ZUPTLFMFU r

r

r

r

.JUPDIPOESJ¯O r

2 $&-


%F
WPPSOBBNTUF
POEFSEFMFO
WBO
IFU
cytoskelet
[JKO
EF
actinefilamenten
NJDSP¹MBNFOUFO


ON


intermediaire
filamenten


ON
FO
microtubuli


ON 
"DUJOF¹MBNFOUFO
FO
NJ DSPUVCVMJ
[JKO
dynamische
QPMZNFSFO
EPPSEBU
[F
GSFRVFOU
QPMZNFSJTFSFO
FO
EFQPMZNFSJTFSFO
JO UFSNFEJBJSF
¹MBNFOUFO
[JKO
TUBCJFMFS .JDSPUVCVMJ
POEFSTUFVOFO
EF
DFMWPSN
FO
WPSNFO
EF
HFMFJEJOHTTQPSFO
WPPS
IFU
transport
WBO
WFTJ LFMT
PSHBOFMMFO
FO
DISPNPTPNFO
JO
EF
TQPFM ¹HVVS 
#JK
EBU
USBOTQPSU
[JKO
NPUPSFJXJUUFO
CFUSPLLFO
[PBMT
kinesine
FO
dyneïne Microfilamenten
WPSNFO
FFO
NBTTB
JO
EF
DFM
LVOOFO
bewegingsacties
VJUWPFSFO
NFU
myosine
FO
LVOOFO
[JDI
CVOEFMFO
UPU
EJLLF
SFDIUF
°stress
fibers±
;F
TQFMFO
EVT
PPL
FFO
SPM
JO
EF
DFMCFXF HJOH
GBHPDZUPTF
FO
WFSBOEFSJOH
WBO
DFMWPSN Intermediaire
filamenten
[JKO
TUBCJFMFS
FO
CJF EFO
XFFSTUBOE
UFHFO
USFLLSBDIUFO
[PBMT
JO
IFU

FQJUIFFM
WBO
EF
IVJE
7FSTDIJMMFOEF
FJXJUUFO
WPS NFO
JOUFSNFEJBJSF
¹MBNFOUFO
WJNFOUJOF
OVDMF BJSF
MBNJOFT
OFVSP¹MBNFOUBJS
FJXJU
FO
LFSBUJOF

*OTMVJUTFMT r

Insluitsels
[JKO
NFFTUBM
UJKEFMJKL
PQHFTMBHFO
IPF WFFMIFEFO
WBO
NPMFDVMFO
[PBMT
vet
glycogeen
pigment
PG
lipofuscine
PVEFSEPNTQJHNFOU 

.JUPTF r

%F
celdeling
JT
FFO
DPNQMFY
CJPMPHJTDI
QSPDFT
EBU
DFMWFSNFFSEFSJOH
HSPFJ
FO
IFSTUFM
UPU
EPFM
IFFGU



F U NC T I O NE L E r

r

r

r r r

H IS T O LO GIE

2 CEL

%F
celcyclus
LBO
XPSEFO
JOHFEFFME
JO
WFSTDIJM MFOEF
GBTFO ¬

G-fase
EF
DFM
JT
JO
SVTU
FO
CFSFJEU
[JDI
FWFO UVFFM
WPPS
PQ
DFMEFMJOH

r

¬
¬
¬


r

S-fase
EF
DFM
WFSNFFSEFSU
[JKO
%/" G-fase
EF
DFM
CFSFJEU
EF
EFMJOH
WPPS


-fase
EF
DFM
WPSNU
DISPNPTPNFO
FO
WPFSU
M EF
EFMJOH
VJU
JO
EF
mitose %F
DFMDZDMVT
TUBBU
POEFS
DPOUSPMF
WBO
cyclines
FO
DZDMJOFBGIBOLFMJKLF
LJOBTFT
CDK’s


EJF
WFSTDIJM MFOEF
FO[ZNFO
FO
USBOTDSJQUJFGBDUPSFO
TQFDJ¹FL
WPPS
EF
WFSTDIJMMFOEF
TUBEJB
WBO
EF
DFMDZDMVT
CFQB MFO %F
WPPSUHBOH
WBO
EF
DFMDZDMVT
XPSEU
HFDPOUSP MFFSE
EPPS
checkpoints
XBBS
PQFFOWPMHFOEF
DZ DMJOFT
HFBDUJWFFSE
XPSEFO
PN
EF
WPMHFOEF
GBTF
JO
HBOH
UF
[FUUFO %F
TUBEJB
WBO
EF
NJUPTF
[JKO
EF
profase
EF
metafase
EF
anafase
FO
EF
telofase /B
EF
UFMPGBTF
WJOEU
EF
EFMJOH
WBO
IFU
DZUPQMBTNB
QMBBUT
EF
cytokinese
XBBSEPPS
UXFF
EPDIUFSDFM MFO
XPSEFO
HFWPSNE Stamcellen
LPNFO
JO
CJKOB
BMMF
TOFM
EFMFOEF
XFFG TFMT
WPPS
;F
EFMFO
OJFU
TOFM
FO
BMT
[F
IFU
EPFO
EJGGFSFOUJFFSU
TMFDIUT
FFO
WBO
EF

EPDIUFSDFMMFO
UPU
progenitorcel
EJF
TOFMMFS
[BM
HBBO
EFMFO

.FJPTF r

%F[F
CJK[POEFSF
WPSN
WBO
DFMEFMJOH
WJOEU
QMBBUT
JO
EF
HFTMBDIUTPSHBOFO
FO
EJFOU
PN
geslachtscellen HBNFUFO
UF
WPSNFO
EJF
FFO
IBMG
BBOUBM
DISP NPTPNFO
FO
%/"
CFWBUUFO

7PPSBM
EF
QSPGBTF
WBO
EF
EFMJOH
JT
TQFDJBBM
XBOU
EBO
QBSFO
EF
IPNPMPHF
DISPNPTPNFO
FO
XJTTF MFO
[F
WJB
synapsis
EFMFO
WBO
IVO
DISPNPTPNFO BSNFO
VJU #JK
EF
UXFFEF
NFJPUJTDIF
EFMJOH
JT
FS
HFFO

4GBTF
[PEBU
UXFF
haploïde
DFMMFO
POUTUBBO

$FMEPPE r

r

#JK
apoptose
HBBO
DFMMFO
WPMHFOT
FFO
FJHFO
JO HFCPVXE
QSPHSBNNB
EPPE
FO
XFM
PQ
[P±O
NBOJFS
EBU
HFFO
DFMEnCSJT
POUTUBBU
)FU
LFSO DISPNBUJOF
DPOEFOTFFSU
FO
TBNFO
NFU
IFU
DZUPQMBTNB
XPSEFO
GSBHNFOUBJSF
°BQPQUP UJD
CPEJFT±
HFWPSNE
NFU
FFO
JOUBDUF
DFMNFN CSBBO
%F[F
XPSEFO
EPPS
OBCVSJHF
DFMMFO
PG
NBDSPGBHFO
HFGBHPDZUFFSE
;P
LPNU
HFFO
DZ UPQMBTNBUJTDI
NBUFSJBBM
WSJK
POUTUBBU
FS
HFFO
POUTUFLJOHTSFBDUJF
FO
WFSNJOEFSU
IFU
HFWBBS
PQ
FFO
BVUPJNNVVOSFBDUJF
/BUVVSMJKLF
BQPQUPTF
LPNU
WFFM
WPPS
JO
IFU
darmepitheel
CJK
groeiende
weefsels
FO
EF
selectie van T-cellen
JO
EF
UIZNVT #JK
necrose
LPNU
FFO
DFM
POEFS
IFU
NJOJNBMF
WFS [PSHJOHTOJWFBV
UFSFDIU
FO
TUFSGU
EF[F
FFO
HF CSFLTEPPE
.FFTUBM
HFCFVSU
EBU
JO
FFO
HSPFQ
CJKWPPSCFFME
CJK
FFO
infarct
%BO
XPSEU
EF
DFMNFN CSBBO
QFSNFBCFM
FO
WFSMJFTU
EF
DFM
FFSTU
[JKO
WMPFJ CBSF
FO
MBBHNPMFDVMBJSF
JOIPVE
FO
WFSWPMHFOT
EF
HSPUFSF
POEFSEFMFO
EJF
JO
EF
PNHFWJOH
UFSFDIULP NFO
%JU
USFLU
POUTUFLJOHTDFMMFO
BBO
EJF
IFU
celdébris
QSPCFSFO
PQ
UF
SVJNFO
&S
JT
EBO
LBOT
PQ
FFO
auto-immuunreactie

Kijk voor oefenvragen en samenvattingen op www.studiecloud.nl

3 Epitheel

bekledende mesotheel van de lichaamsholten (peritoneum, pleura) worden soms, gezien de overeenkomst in eigenschappen, tot het epitheel gerekend. Ze verschillen echter wezenlijk van het epitheel in engere zin, doordat ze ook bindweefselkarakteristieken tonen en afkomstig zijn van het mesoderm.

INLEIDING

Het menselijk lichaam is samengesteld uit vier primaire weefseltypen: epitheel, bind- en steunweefsel, spierweefsel en zenuwweefsel. Deze weefsels vormen de verschillende organen van het lichaam. Bloed zou misschien als vijfde type beschouwd kunnen worden, maar wordt meestal gezien als een vorm van bindweefsel omdat het uit de basiselementen cellen en (vloeibare) matrix bestaat. De belangrijkste eigenschappen van deze weefseltypen zijn aangegeven in tabel 3.1. Epitheelweefsels (epithelia), die het lichaamsoppervlak en de oppervlakken van inwendige organen bedekken, vervullen twee hoofdtaken: 1 de bescherming van onderliggende weefsels; 2 de opname en afgifte van stoffen.

EPITHEELCELLEN

Epitheel bestaat, zoals gezegd, uit een of meer lagen van dicht aaneengesloten epitheelcellen en bevat vrijwel geen extracellulaire of intercellulaire matrix. De cellen zijn aan elkaar gehecht via intercellulaire verbindingen en vormen een selectieve barrière voor de opname van stoffen. Stoffen die door het epitheel worden opgenomen, zoals voedingsstoffen in de darm of gefiltreerde elektrolyten in de nier, worden naar het onderliggende bindweefsel getransporteerd. Daarbij passeren ze de adluminale of apicale celmembraan, het cytoplasma en de abluminale of basolaterale membraan. Epitheelcellen kunnen ook producten aanmaken en uitscheiden, zoals spijsverteringsenzymen naar het lumen van de darm. Samenhangend met deze opname- en secretiefuncties tonen epitheelcellen aan de apicale zijde karakteristieke oppervlaktespecialisaties. Epitheelcellen zijn dus gepolariseerd. Dat wil zeggen dat het apicale deel van de cel functioneel verschilt van het basale deel en daarbij ook een andere samenstelling heeft van de plasmamembraan, organellen, enzymen enzovoort.

Ze bestaan uit een of meer lagen van epitheelcellen die door intercellulaire verbindingen met elkaar en via een afgrenzende basaal membraan met het onderliggende bindweefsel verbonden zijn (fig. 3.1). Tevens vormt het epitheel klieren. Vanuit exocriene en endocriene klieren kunnen respectievelijk enzymen en hormonen worden uitgescheiden. Epithelia zijn afkomstig van verschillende embryonale kiembladen. Het epitheel van de huid, mond, neus en anus is afkomstig van het ectoderm. De bekleding van de ademhalingsorganen en van het spijsverteringskanaal alsook de geassocieerde klieren (pancreas, lever) stammen af van het entoderm (endoderm). Het endotheel van bloedvaten en het Tabel 3.1

Belangrijkste eigenschappen van de vier weefseltypen

Weefsel

Cellen

Extracellulaire matrix

Functie

Epitheelweefsel

Dicht aaneengesloten cellen

Zeer gering of geen

Bedekken van oppervlakken in- en uitwendig, klierfunctie

Bind- en steunweefsel

Vaste en vrij bewegende cellen

Zeer veel

Steun en bescherming

Spierweefsel

Gestapelde cellen

Matig aanwezig

Contractiel

Zenuwweefsel

Netwerk, veel onderlinge celcontacten

Geen

Geleiding van impulsen

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_3, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media

88

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

3 EP IT H EEL

apicaal oppervlak

microvilli zonula occludens zonula adhaerens desmosoom

gap junction

plooiingen van de celmembraan

Figuur 3.1 Diagram met de structuren die een rol spelen bij de samenhang van epitheelcellen. De figuur laat delen van drie cellen uit het darmepitheel zien. De cel in het midden is van zijn inhoud ontdaan om het binnenoppervlak van zijn membraan te laten zien. De zonula occludens en de zonula adhaerens vormen een continue band rond het apicale deel van de cel, terwijl de desmosomen (maculae adhaerentes) en gap junctions (nexusverbindingen) ‘spots’ op de laterale celwand vormen. De zonula occludens wordt gevormd door een complex patroon van richels waarin de buitenbladen van de beide celmembranen versmolten zijn.

Basaal membraan Epithelia staan in verbinding met het onderliggende bindweefsel via een dunne grenslaag van extracellulair materiaal, de basaal membraan. Deze terminologie wordt in de lichtmicroscopie gebruikt om een PAS-positieve laag (PAS = periodic acidSchiff, perjoodzuur-Schiff) onder het epitheel aan te duiden, die bestaat uit de dunne lamina basalis en de aansluitende lamina reticularis met collagene vezels. (Sommige auteurs gebruiken de term ‘basaal membraan’ om alleen de lamina basalis aan te duiden, hetgeen verwarrend is.) De lamina basalis is elektronenmicroscopisch waarneembaar als een don-

kere laag van 20-100 nm. Centraal in deze laag ligt de lamina densa; deze bestaat uit collageen type IV en proteoglycanen, vooral heparansulfaat. Aan de bovenzijde wordt deze lamina doorgaans begrensd door een lichtere laag, de lamina lucida, die vooral de glycoproteïne laminine bevat. Deze specifieke bestanddelen worden door de epitheelcellen gevormd. (Voor een overzicht van de verschillende collageentypen, zie tabel 4.2.) Bij epithelia waar frictiekrachten op inwerken, zoals de opperhuid, wordt de lamina basalis aan het onderliggende bindweefsel bevestigd door ankervezels die uit collageen type VII bestaan, terwijl de epitheelcellen zelf met specifieke hechtstructuren, de hemidesmosomen, aan de lamina basalis zijn bevestigd (fig. 3.2). De ankervezels hechten vast aan een netwerk van collagene vezels: de lamina reticularis, die door fibroblasten wordt afgezet tegen de lamina basalis. Hemidesmosomen zijn intracellulair. Ze zijn ook verbonden met het cytoskelet. Dit alles wijst op de volgende functies van de lamina basalis: 1 een hechtende functie; 2 een uitgesproken filterfunctie voor de uitwisseling van macromoleculen tussen het epitheel en het bindweefsel; 3 een regulerende functie betreffende de celdelingsactiviteit en differentiatie van epitheelcellen, door de binding van groeifactoren.

Medische context Beschadigingen van het epitheel komen veel voor. Ze kunnen worden veroorzaakt door trauma’s, infecties of toxinen. De genezing kan relatief snel gebeuren als de basaal membraan onder het epitheel intact blijft. Tijdens het herstelproces vindt aanvankelijk weinig celdeling plaats; de epitheellaag herstelt zich door het opschuiven van cellen uit het omringende epitheel, die zich oriënteren op de basaal membraan. Later gaan onder meer de epitheelcellen aan de rand van de wond zich delen, waardoor nieuwe cellen ontstaan die de wond volledig kunnen afsluiten. Na verloop van tijd herstelt de normale opbouw van het epitheel zich. Bij een diepere wond, die de basaal membraan en ook het onderliggende bindweefsel beschadigt, kan het opschuiven van de cellen niet plaatsvinden en wordt de wond hersteld met bindweefsel, zodat een litteken achterblijft.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

3 EPITHEEL

89

collagene vezels

1

LR 2

2

3 LB

4 6

5

a

b Figuur 3.2 a Schematische voorstelling van een basaal membraan, die de verbinding vormt tussen het epitheel (1) en het onderliggende bindweefsel. De epitheelcellen hechten met hemidesmosomen (2) aan de basale lamina (3). De basaal membraan is de combinatie van twee lagen: de lamina basalis (3) en de lamina reticularis (5), die bestaat uit de ‘standaard’ extracellulaire matrix van het bindweefsel, namelijk collagene vezels en andere componenten. De ankervezels vanuit de lamina basalis (4) hechten zich aan collagene vezels (6) van de lamina reticularis. b TEM-opname van de onderste laag van de menselijke epidermis (stratum basale). Links het basale deel van een epitheelcel met aan de basale celmembraan een aantal hemidesmosomen (pijlen). Deze sluiten aan op de lamina basalis (LB) en de lamina reticularis (LR) met collagene vezels (pijlpunten). 60.000 ×.

Intercellulaire verbindingen

Occludensverbindingen

Epitheelcellen vormen aaneengesloten formaties, maar ook andere cellen (bijvoorbeeld hartspiercellen) kunnen zich tot grotere complexen aaneensluiten. Voor dat doel zijn er speciale verbindingsstructuren tussen cellen. Deze zorgen voor: 1 afsluiting van intercellulaire ruimten (occludensverbinding); 2 aanhechting (adhaerensverbinding); 3 communicatie (nexusverbinding).

De zonula occludens (‘tight junction’) is de meest apicaal gelegen verbinding tussen epitheelcellen (fig. 3.3); ze vormt een band rond de apex van de cel, die de ruimte tussen de epitheelcellen afsluit. TEMopnamen van vriesbreekpreparaten laten zien dat hier de plasmamembranen in elkaar grijpen via een netwerk van richels en groeven; dit voorkomt de intercellulaire passage van macromoleculen naar het onderliggende bindweefsel. De meeste stoffen die het epitheel passeren, gaan dan ook door de cellen heen, via een transcellulair of transcytotisch transport. De mate van doorlaatbaarheid van het epitheel voor water en de daarin opgeloste ionen zou medeafhankelijk zijn van het aantal richels en groeven dat in de ‘tight junctions’ voorkomt.

Deze structuren treden bij epithelia dusdanig op de voorgrond dat ze hier behandeld zullen worden. Onafhankelijk van de functie van de intercellulaire verbinding spreekt men van een macula bij een ronde of puntvormige verbinding, van een zonula bij een bandvormige structuur en van een fascia bij een onregelmatiger verbreide verbinding. Met deze terminologie kan men de celverbindingsstructuren tussen epitheelcellen, van apicaal naar basaal, als volgt karakteriseren.

Adhaerensverbindingen Een tweede hechtingszone, de zonula adhaerens, wordt ondersteund door transmembrane adhesiemoleculen, cadherinen, die de plasmamembranen van naburige

90

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

3 EP IT H EEL

microvilli

MV TJ zonula occludens

AJ

IF cytoplasma

a

D

b

Figuur 3.3 a TEM-opname van een coupe van epitheelcellen in de dikke darm. Hierin is een verbindingscomplex (‘junctional complex’) te zien met een zonula occludens (TJ = ‘tight junction’), een zonula adhaerens (AJ = ‘adherent junction’) en een desmosoom (D) of macula adhaerens. IF staat voor intermediaire filamenten, die vanuit het desmosoom uitstralen in het cytoplasma. Bovenaan de microvilli die uitsteken in het darmlumen (MV). 195.000 ×. b TEM-opname verkregen na het toepassen van de vriesets-techniek. In het bovenste deel van de foto zijn dwars gebroken microvilli te zien; in het onderste deel loopt het breukvlak precies tussen de twee adluminale, laterale celmembranen van de darmepitheelcellen door. Het complexe samenstel van richels in het midden van de foto maakt deel uit van de structuur van de zonula occludens. Het weefsel werd in bevroren toestand gebroken en vervolgens werd het een tijdje blootgesteld aan een vacuüm (waardoor het reliëf op het oppervlak versterkt wordt). Daarna werd in het vacuüm een gedetailleerde replica van het oppervlak gemaakt, dat in de TEM gefotografeerd werd (hoge vergroting, opname: P. Pinto da Silva).

cellen aan elkaar hechten. Aan de cytoplasmatische zijde zijn deze ‘cell adhesion molecules’ (CAM’s), die voor hun werking afhankelijk zijn van Ca2+-ionen, via actinefilamenten verbonden met het apicaal gelegen, dwars verlopende ‘terminal web’ (fig. 3.3). Dit web speelt ook een rol bij de verankering van de microvilli. In de klassieke lichtmicroscopie wordt de zonula occludens tezamen met de zonula adhaerens aangeduid als kitlijst. Een derde, meer puntsgewijze aanhechting, de macula adhaerens (desmosoom), bestaat ook uit cadherinen, voornamelijk desmogleïnen (fig. 3.4). Deze cadherinen hechten in de intercellulaire ruimte aan elkaar; dit is elektronenmicroscopisch waarneembaar als een donkere band. Cytoplasmatisch zijn deze eiwitten via een aanhechtingsplaat (‘attachment plaque’) verbonden met de intermediaire (cytokeratine) filamenten, die weer verbonden zijn met de aanhechtingsplaten van an-

dere desmosomen. Aangezien desmosomen veelvuldig voorkomen in de laterale plasmamembranen van epitheelcellen, voorziet dit cytoskeletaire netwerk in de mechanische stabiliteit van het epitheel. Epitheelcellen zijn via zogenoemde hemidesmosomen in hun basale celmembraan aan de onderliggende lamina basalis gehecht (deze structuur bestaat uit een ‘half’ desmosoom, vandaar de naam hemidesmosoom).

Medische context Bij de auto-immuunziekte pemfigus maakt het lichaam antilichamen aan tegen cadherine-eiwitten van de huid. Hierdoor worden de desmosomen verbroken en kunnen lichaamsvloeistoffen binnendringen onder het loslatende epitheel, met blaarvorming tot gevolg.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

plasmamembranen cadherine

keratine

aanhechtingsplaat

Figuur 3.4 Sterk vereenvoudigde schematische tekening van een desmosoom tussen twee cellen. De sterke hechting in het intercellulaire gebied wordt bewerkstelligd door de in zwart getekende verbindingsglycoproteïnen (cadherinen). Ze hechten sterk aan elkaar door een Ca2+afhankelijk mechanisme. Deze transmembraanverbindingseiwitten zijn via de aanhechtingsplaat verbonden met intermediaire filamenten (keratinen) van het cytoskelet (figuur: V. Everts).

a

b

3 EPITHEEL

91

Nexusverbindingen Nexusverbindingen of ‘gap junctions’ zijn communicatiekanalen tussen epitheelcellen. Ze bestaan uit intramembraneuze eiwitpartikels (connexinen), die in de plasmamembraan gerangschikt zijn in een eiwitcomplex (connexon), rondom een holte van ongeveer 1,5 nm diameter (fig. 3.5). De connexonen in aaneenliggende plasmamembranen sluiten op elkaar aan en vormen zo communicatiekanaaltjes tussen epitheelcellen, die de uitwisseling mogelijk maken van laagmoleculaire stoffen, zoals water, ionen, aminozuren en suikers. Door transport van hormonen, cyclisch AMP en cyclisch GMP kunnen epitheelcellen op een gecoördineerde manier reageren op bepaalde signalen. (Op een vergelijkbare wijze kan ook de prikkeloverdracht in gladde spiercellen en hartspiercellen plaatsvinden.) Nexusverbindingen kunnen zeer snel gevormd worden en kunnen ook snel weer verdwijnen. Blijkbaar liggen de subeenheden voor connexonen gereed in de plasmamembraan, want zelfs wanneer de eiwitsynthese geblokkeerd wordt, kunnen toch nieuwe nexusverbindingen gevormd worden.

c

Figuur 3.5 Model en afbeeldingen van een ‘gap junction’ (nexusverbinding) tussen twee epitheelcellen. Deze gespecialiseerde celcontacten maken de directe, onderlinge uitwisseling van water, nutriënten en andere moleculen tussen twee naburige cellen mogelijk. a De communicatiekanaaltjes hebben een diameter van 2 nm. Ze worden gevormd door gepaarde complexen. Elk gepaard complex (eiwitbrug) is opgebouwd uit zes haltervormige eiwiteenheden die de lipidendubbellaag van de celmembranen overbruggen. Door deze situatie kan extracellulaire vloeistof een nexusverbinding tussen twee cellen passeren door om de eiwitbruggen heen te vloeien. b Weergave van een ‘gap junction’ in een vriesbreekpreparaat die de typische plaatvormige structuur toont met intramembranaire (eiwit)partikels. 45.000 ×. c TEM-opname van een ‘gap junction’ met een karakteristieke, ‘stijve’ membraanstructuur, tussen twee rattenlevercellen. De beide membranen zijn elkaar hier tot op 2 nm genaderd, maar vloeien niet samen. De afbeeldingen bij b en c tonen zeer verschillende aspecten, maar hebben niettemin betrekking op hetzelfde organel (bron: M.C. Williams).

92

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

3 EP IT H EEL

pinocytose Na+ eiwitvertering in lysosoom

Na+

Na+

a

MV

desmosoom

laterale interdigitatie (plooiingen celmembraan)

M

C

Figuur 3.6 a Schematische tekening van een epitheelcel die gespecialiseerd is in absorptie, zoals die wordt aangetroffen in de proximale tubulus contortus van de nier. De basale celmembraan toont instulpingen waartussen mitochondriën gelegen zijn. De uitlopers van het basale cytoplasma van naburige cellen steken hierbij in elkaar. Dit is een typisch kenmerk van ionentransporterend epitheel. Aan de luminale celmembraan vindt men lange microvilli en veel pinocytoseblaasjes, die opgenomen materiaal transporteren naar de lysosomen in de buurt van het Golgi-apparaat. Exocytose van verteerd materiaal vindt plaats aan de laterale celmembraan. Verbindingscomplexen (‘junctional complexes’) zorgen ervoor dat het lumen strikt gescheiden blijft van het basolaterale compartiment, zodat al het transport en opname door het cytoplasma van de epitheelcel plaatsvindt. b Weergave van de eerdergenoemde structuren in een TEM-coupe. 9600 ×.

Celoppervlaktespecialisaties Epithelia tonen celoppervlaktespecialisaties met kenmerkende functies. Microvilli zijn vingervormige uitsteeksels van de plasmamembraan, met een gemiddelde lengte van 1 μm en een diameter van 80 nm (fig. 3.6). Ze vergroten het oppervlak, waardoor de uitwisseling van stoffen bevorderd wordt. In bijvoorbeeld de voedselresorberende epitheelcellen van de dunne darm komen microvilli voor in aantallen van enkele honderden per cel, waardoor het apicale oppervlak vijftien tot twintig keer vergroot wordt. Microvilli zijn bedekt met een beschermende laag, de ‘cell coat’ of glycocalyx (fig. 3.7). Deze ‘cell coat’ speelt ook een rol bij adhesieen celherkenningsprocessen. De microvilli kunnen in de lichtmicroscoop worden waargenomen als borstelzoom (‘brush border’), ook wel staafjeszoom genoemd. In microvilli komen groepjes van twintig tot dertig actinemicrofilamenten voor, die onderling

verbonden zijn en via andere eiwitten aangehecht worden aan de plasmamembraan. Aan de basis van de microvilli zijn de microfilamenten verankerd in het ‘terminal web’. Stereociliën vormen een variant van microvilli. Ze zijn wat langer en soms vertakt (fig. 3.8). Stereociliën komen voor in organen met zintuigfuncties: zo zijn stereociliën in de haarcellen van het inwendige oor detectoren van geluids- en evenwichtszin. Stereociliën hebben doorgaans geen geordend skelet van microfilamenten of microtubuli en kunnen, in tegenstelling tot ciliën (zie verderop), geen slagbeweging uitvoeren. Ciliën of trilharen zijn langgerekte uitsteeksels van het oppervlak van epitheelcellen en kunnen een slagbeweging uitvoeren. Ze zijn langer (5-10 μm) en dikker (0,2 μm) dan microvilli (fig. 3.9 en fig. 3.10). Ciliën hebben centraal twee microtubuli, die omgeven worden door negen andere paren van microtubuli.

b

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

3 EPITHEEL

93

formine voor ‘capping’ van F-actine

fimbrine, villine (‘cross-linking’ van F-actine) myosine I (verankering F-actine aan celmembraan) actinefilamenten (microfilamenten)

myosine II

G

TW

a

intermediaire filamenten (keratinen)

b

TW

c

d

Figuur 3.7 a Tekening van een microvillus, die opgebouwd wordt door een uitstulping van de apicale celmembraan met een stevig skelet van een bundel microfilamenten (actine). Verschillende actinebindende eiwitten zorgen voor de aanhechting aan de celmembraan (myosine I), ‘cross-linking’ (fimbrine) en ‘capping’ (formine). De actinefilamenten in de microvillus kunnen zich verkorten, dankzij de aanhechting aan het ‘terminal web’, hier getekend met actine-, myosine II- en intermediaire filamenten. b TEM-opname van microvilli op een darmepitheelcel. De extracellulair gelegen ‘cell coat’ (glycocalyx), met een vlokkige, draderige structuur, heeft verbindingen met de plasmamembraan van de microvilli. Het skelet van actinefilamenten in de microvillus is duidelijk waarneembaar. In het ‘terminal web’ (TW) met een dwars verlopend netwerk van intermediaire filamenten zijn de microfilamenten van de kern van de microvilli verankerd. c Microvilli, actinefilamenten en het ‘terminal web’ (TW) zijn ook zichtbaar in een vriesbreekcoupe door een bevroren darmepitheelcel. (Opnamen: J. Heuser.) d TEM-opname van een coupe evenwijdig aan het apicale celoppervlak van een darmepitheelcel, waarbij microvilli (MV) dwars zijn aangesneden. Ook hier zijn de microfilamenten (MF) en de glycocalyx (CC) duidelijk te zien. Het is bekend dat de glycocalyx enzymen bevat die een rol spelen bij de voedselopname. 100.000 ×.

94

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

3 EP IT H EEL

Figuur 3.8 Het epitheel van de epididymis draagt zeer lange microvilli, die stereociliën worden genoemd. Ze zijn hier weergegeven in een HE-gekleurde coupe bij 400 ×.

Hierdoor is op een dwarsdoorsnede de typische 9 x 2 + 2-configuratie te zien. Ciliën zitten vast op een basaal lichaampje dat gelokaliseerd is in het ‘terminal web’ en een centrioolstructuur heeft. Door verschuiving van de microtubuli ten opzichte van elkaar kunnen ciliën een slagbeweging uitvoeren. Deze gaat als een golf over het celoppervlak en verplaatst vloeistoffen of slijm met vaste deeltjes. Die transportbandfunctie is onder meer in de luchtwegen van belang voor het vervoer van slijm en partikels. Flagellen worden alleen aangetroffen bij spermatozoa. Ze hebben eenzelfde structuur als ciliën, maar zijn veel langer en hebben een ander bewegingspatroon. Door de roterende beweging van het flagel beweegt het spermatozoön zich voorwaarts.

CLASSIFICATIE VAN EPITHELIA

Epithelia worden op grond van de vorm en functie van de cellen ingedeeld in twee hoofdgroepen: bedekkend epitheel en klierepitheel.

Bedekkend epitheel Bedekkende epithelia bestaan uit een of meer lagen van aaneengesloten cellen die het lichaamsoppervlak of inwendige holten bekleden. Ze worden ingedeeld naar het aantal cellagen en de vorm van de cellen (tabel 3.2).

Eenlagig epitheel Tot de indeling van eenlagig epitheel behoren plaveiselepitheel (plat), kubisch epitheel en cilindrisch epitheel (fig. 3.11). Het epitheel vormt een enkele laag (‘monolayer’)

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

microtubulusprotofilamenten

B A

dyneïnearmen

3 EPITHEEL

95

De distale top van een cilium bevat een mengsel (met variërende samenstelling) van tubuline, precursors van andere ciliaire eiwitten en motoreiwitten.

radiale spaak naar centrale microtubulus nexine verbindt doubletten gepaarde dyneïnearmen

centrale microtubuli microtubulusdoublet centrale schacht nexineverbindingen tussen doubletten Transport van eiwitten in opwaartse richting vindt plaats via kinesine II-motoren die langs de perifere microtubulusdoubletten migreren.

plasmamembraan Transport van eiwitten in de richting van de basis van het cilium vindt plaats via dyneïnemotoren in het cytoplasma die langs de perifere microtubulusdoubletten migreren. basaal lichaampje

microtubulustriplet wortel

Figuur 3.9a Diagram van de opbouw van een cilium. De kern van een cilium wordt gevormd door een axonema bestaande uit negen doubletten van microtubuli, die op hun beurt zijn opgebouwd uit dertien protofilamenten. Twee van de naast elkaar gelegen microtubuli (zie A en B linksboven) zijn gemeenschappelijk. Een axonema is tamelijk stijf, maar enigszins elastisch. Het eiwit nexine verbindt de tripletten met elkaar, die ook de motorproteïne dyneïne dragen en bovendien met spaken aan de centrale twee microtubuli verbonden zijn. Als deze twee tubuli of het dyneïne ontbreekt, is het cilium onbeweeglijk, zoals bij het immotiele-ciliënsyndroom (primaire ciliaire dyskinesie, PCD). Het cytoplasmatisch uiteinde van het axonema ligt verankerd in het basaal lichaampje, dat de structuur heeft van een centriool. Het centriool speelt een grote rol in de aanzet en groei van een cilium. De beweging van een cilium komt tot stand door de actie van het dyneïne, dat twee naast elkaar gelegen doubletten een beetje laat verschuiven onder verbruik van ATP. Door de verankering in het basaal lichaampje en het nexine zal deze geringe verplaatsing een slagbeweging van het cilium veroorzaken.

96

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

3 EP IT H EEL

Figuur 3.9b Het eenlagige, maar schijnbaar meerlagige epitheel van de trachea draagt dicht opeengepakte ciliën aan zijn oppervlak. Samen met het mucus dat door de slijmbekercellen (gobletcellen) wordt uitgescheiden, zorgen deze ciliën voor de verwijdering van stof uit de diepere luchtwegen. 400 ×.

Tabel 3.2

Veelvoorkomende bedekkende epithelia

Aantal cellagen

Cel-/weefselvorm

Vóórkomen

Functie

Eenlagig

Plaveiselepitheel (plat epitheel)

Longblaasjes; bekleding van holten: pericardium, pleura, peritoneum (mesothelium)

Opname en transport (transcytose); secretie; facilitatie van de beweeglijkheid van vliezen (mesothelium)

Kubisch epitheel

Eierstokken; schildklier; afvoergangen van vele klieren

Bedekking; secretie

Cilindrisch epitheel

Darmkanaal; galblaas

Bescherming; absorptie en secretie

Meerrijig epitheel

Luchtpijp; bronchiën; neusholte

Bescherming; secretie; verwijdering van partikels uit de luchtwegen door slagbeweging van ciliën

Verhoornend plaveiselepitheel (plat epitheel)

Epidermis

Bescherming (onder meer tegen uitdroging)

Meerlagig

Niet-verhoornend plaveisel- Mond; oesofagus; vagina; epitheel (plat epitheel) anaal kanaal

Bescherming; secretie; voorkómen van vochtverlies

Kubisch epitheel

Zweetklieren

Secretie

Cilindrisch epitheel

Conjunctiva

Bescherming

Overgangsepitheel

Blaas; ureter

Bescherming; weefselvorm past zich aan de vullingsgraad van het orgaan aan

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

3 EPITHEEL

97

MV

B

Figuur 3.10 TEM-opname van het apicale deel van een ciliëndragende epitheelcel. De ciliën zijn overlangs getroffen. De pijlpunten (links) geven de centrale en perifere microtubuli van het axonema aan. De pijl wijst naar de plasmamembraan die het cilium omgeeft. Elk cilium heeft een basaal lichaampje (B) vanwaar het is uitgegroeid. Tussen de ciliën staan ook nog microvilli (MV) op het oppervlak van de cel. 60.000 ×. De inzet laat bij sterkere vergroting (80.000 ×) dwarsdoorsneden van ciliën zien waarin de 9 × 2 + 2-configuratie van de microtubuli in elk cilium te zien is (bron: Junqueira & Salles 1975).

van aaneensluitende cellen, waardoor de opname en afgifte van stoffen vergemakkelijkt worden. Een voorbeeld van eenlagig plaveiselepitheel is het epitheel dat de binnenzijde van de longblaasjes bekleedt. Kubisch epitheel vindt men in de afvoergangen van vele klieren en cilindrisch epitheel in de dunne darm. Meerrijig epitheel is eenlagig epitheel waarvan de kernen op verschillende niveaus liggen; alle cellen staan op de basaal membraan, maar sommige cellen bereiken het oppervlak van het epitheel niet (fig. 3.12). Meerrijig epitheel met trilharen komt vooral voor in de grotere luchtwegen.

Meerlagig epitheel Meerlagig epitheel wordt onderscheiden in plaveiselepitheel en overgangsepitheel (fig. 3.12), alsmede kubisch epitheel en cilindrisch epitheel. Meerlagig epitheel vormt een dikkere laag dan eenlagig epitheel en heeft

een beschermende functie. Slechts de onderste laag cellen staat in verbinding met de basaal membraan. Meerlagig plaveiselepitheel wordt ingedeeld in meerlagig verhoornend en niet-verhoornend. r Meerlagig verhoornend plaveiselepitheel wordt aangetroffen in de epidermis. De onderste laag bestaat uit kubische basale cellen die via hemidesmosomen verankerd zijn aan de basaal membraan. De basale cellen delen en hun dochtercellen schuiven op naar het oppervlak van de huid. Daarbij krijgen ze een afgeplatte vorm, verhoornen en gaan dood, waarbij alle celorganellen verdwijnen. De hoornlaag is slijtvast en beschermt het lichaam ook tegen uitdroging. Voor een afbeelding, zie fig. 17.3. r Meerlagig niet-verhoornend plaveiselepitheel heeft een vergelijkbare opbouw, maar de bovenste laag bestaat uit levende afgeplatte cellen, die hun kernen behouden. Dit epitheel, als onderdeel van de

98

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

3 EP IT H EEL

eenlagig plaveiselepitheel

a

eenlagig kubisch epitheel epitheel

epitheel

basaal membraan lamina propria

basaal membraan lamina propria capillairen

capillairen eenlagig cilinderepitheel met trilharen trilharen kitlijsten epitheel basaal membraan lamina propria

c

capillair

mucosa, begrenst inwendige vochtige holten, zoals de mond, oesofagus en vagina. Voor een afbeelding, zie fig. 14.3.

Figuur 3.11 Schematische tekeningen van verschillende soorten eenlagig epitheel. Epithelia worden van het onderliggende bindweefsel altijd gescheiden door een basaal membraan. Bij c zien we de kitlijsten, het equivalent van de zonula occludens en adhaerens (fig. 3.3). a Eenlagig plaveiselepitheel. b Eenlagig kubisch epitheel. c Eenlagig cilindrisch epitheel met ciliën.

10), waardoor ze zich kunnen samentrekken rondom klierbesjes.

Klierepitheel Meerlagig kubisch epitheel bestaat uit twee lagen van kubische cellen en komt voor in zweetklieren. Meerlagig cilindrisch epitheel bestaat uit enkele lagen van polygonale cellen en een bovenste laag cilindrische cellen. Dit epitheel komt onder meer voor in de conjunctiva. Overgangsepitheel wordt gekenmerkt door een paar lagen van kubische tot pluriforme epitheelcellen. De bovenste laag bestaat uit overkoepelende (paraplu)cellen, die onderliggende cellen beschermen door de aanwezigheid van keratinemateriaal in het apicale cytoplasma. Overgangsepitheel komt alleen voor in de urinewegen en wordt daarom ook wel urotheel genoemd. De vorm van de paraplucellen kan zich aanpassen aan de vullingstoestand; bij een volle blaas is de vorm dun en plat. Voor een afbeelding, zie fig. 18.26. Bijzondere vormen van epitheelcellen zijn neuroepitheelcellen. Deze zijn van epitheliale oorsprong en gespecialiseerd in sensorische functies, zoals het reukepitheel. Myo-epitheelcellen bevatten, net als spiercellen, actine- en myosinemicrofilamenten (hoofdstuk

Klierepitheel is gespecialiseerd in de productie van een vloeibaar secreet dat buiten de cel een effect uitoefent. Klierepitheel wordt ingedeeld op grond van: 1 de bouw; 2 de ontstaanswijze (fig. 3.13); 3 het secreet; 4 de wijze waarop secretieproducten de cel verlaten. Eencellige (unicellulaire) klieren bestaan uit solitaire kliercellen, zoals de slijmbekercel (‘goblet cell’; goblet = beker) in het epitheel van de darm en luchtwegen (fig. 3.14). Meercellige klieren bestaan uit grote complexe samenstellingen van kliercellen en komen bijvoorbeeld voor in de pancreas (productie van eiwitrijke secreta), bijnier en talgklieren (lipidenrijke producten) en speekselklieren (glycoproteïnerijke producten). Meercellige klieren kunnen naar hun ontstaanswijze en secretiewijze worden onderverdeeld in exocriene en endocriene klieren. r Exocriene klieren ontstaan uit het bedekkende epitheel door proliferatie en uitstulping van epitheelcellen in het onderliggende bindweefsel, waarna

b

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

meerlagig plaveiselepitheel

3 EPITHEEL

99

overgangsepitheel epitheel

a

oppervlakkige epitheellaag

basaal membraan

basale epitheellaag

lamina propria

basaal membraan lamina propria

meerrijig epitheel met trilharen en slijmbekercellen slijm

trilharen kitlijsten

Figuur 3.12 Schematische tekeningen van meerlagig en meerrijig epitheel. a Meerlagig plaveiselepitheel. b Overgangsepitheel. c Meerrijig epitheel met trilharen. Hier is tevens een klierfunctie aanwezig in de vorm van slijmbekercellen; deze vormen slijm, dat na secretie een laag vormt boven op de ciliën.

epitheelcel slijmbekercellen basale cel

c

basaal membraan lamina propria

verdere differentiatie plaatsvindt (fig. 3.13). De klieren behouden via afvoergangen een verbinding met het oppervlakte-epitheel. Ze bestaan uit een secretoir deel met kliercellen, die secretieproduct aanmaken en uitscheiden, en een klierafvoergang, waardoorheen het secreet wordt afgevoerd naar een lumen. – Enkelvoudige exocriene klieren hebben één enkele onvertakte afvoergang en kunnen een tubulaire (in de vorm van buizen), een gewonden tubulaire, een vertakt tubulaire of een vertakt acinaire vorm (in bolvormige structuren) hebben (fig. 3.15). – Samengestelde exocriene klieren hebben een vertakte afvoergang en kunnen samengesteld tubulair, acinair of tubuloacinair zijn. Deze klieren kunnen één soort secreet afscheiden (homocrien) of verscheidene soorten (heterocrien). Zoals later in detail zal worden aangegeven, kunnen tubulaire van acinaire klieren onderscheiden worden: tubulaire kliercellen tonen vaak een basaal gelegen, afgeplatte kern en produceren een mukeus (glycoproteïnerijk) secreet, terwijl acinaire kliercellen een ronde kern tonen en voornamelijk een sereus (eiwitrijk) product uitscheiden (fig. 3.15).

r

Endocriene klieren ontstaan eveneens door afdaling van epitheelcellen in het bindweefsel, maar deze cellen verliezen het contact met het epitheel (fig. 3.13). Ze hebben geen afvoergangen en het secreet wordt afgegeven aan de bloedbaan. Er worden twee typen endocriene klieren onderscheiden: – strengen van kliercellen tussen bloedcapillairen, zoals in de bijnieren, de eilandjes van Langerhans en de hypofysevoorkwab; – kliercellen rondom een holte, waarin het secreet zich kan ophopen voordat het aan de bloedbaan wordt afgegeven, zoals in de schildklier.

De pancreas is een voorbeeld van een gemengde exoen endocriene klier. In de exocriene pancreas geven acinaire cellen spijsverteringsenzymen af in het lumen van de darm, terwijl de endocriene eilandjes van Langerhans insuline en glucagon afgeven aan het bloed. Klieren kunnen ook worden ingedeeld naar de wijze waarop secretieproducten de cel verlaten. Bij merocriene (eccriene) secretie verlaat het secretieproduct de cel via exocytose, zonder dat ander cellulair materiaal mee uitgescheiden wordt; een voorbeeld

b

100

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

3 EP IT H EEL

lokale celvermeerdering en uitgroei in het onderliggende bindweefsel

epitheel

lamina basalis bindweefsel

vorming exocriene klier

celstrengen die een endocriene klier vormen

uitvoerUitvoergang gang

vorming van een vesiculaire endocriene klier

verdwijning cellen verbindingsgang

capillairen

secretoir gedeelte secretoir gedeelte

Figuur 3.13 Organogenetische vorming van klieren uit epitheel. Epitheelcellen vermenigvuldigen zich en penetreren in het onderliggende bindweefsel. Ze kunnen al dan niet contact houden met het oppervlak. Wanneer dit contact gehandhaafd blijft, ontstaat een exocriene klier, die zijn producten via een afvoergang in het extracellulaire milieu uitscheidt dat al dan niet van de buitenwereld deel uitmaakt. Voorbeeld: zweetklieren. Wanneer dit niet het geval is, kan een endocriene klier ontstaan. De cellen van deze klieren zijn gerangschikt in strengen of follikels. In de lumina van de follikels kunnen grote hoeveelheden secreet worden opgehoopt en bewaard, zoals bij de schildklier. Cellen in strengen kunnen kleine hoeveelheden secreet in hun cytoplasma opslaan, meestal in secretiegranula. Het secretieproduct wordt rechtstreeks afgegeven aan de bloedbaan en heeft meestal een effect op een ‘target cel’ elders in het lichaam. Voorbeeld: de cellen van het eilandje van Langerhans in de endocriene pancreas (bron figuur: Ham 1969).

hiervan is de secretie van spijsverteringsenzymen door exocriene pancreascellen (fig. 3.16 en fig. 3.17b). Bij holocriene secretie wordt het secretieproduct tegelijk met de hele cel uitgescheiden (fig. 3.16). In

bijvoorbeeld de talgklier wordt de inhoud van cellen die vol zitten met het secretieproduct, in totaal uitgescheiden. Bij apocriene secretie wordt het secretieproduct tegelijk met een deel van het apicale

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

3 EPITHEEL

101

exocytose

~60 minuten ophoping van glycoproteïnegranula

Golgi-complex: terminale glycosylering en sulfatering

~30 minuten RER: eiwitsynthese en initiële glycosylering lamina basalis capillair

a

A

aminozuren en monosachariden

seconden

monosachariden en sulfaten

b

Figuur 3.14 a Schematische tekening van een slijmbekercel uit het darmkanaal. Typisch voor deze cel is de versmalde basis waarin de mitochondriën en het RER gelegen zijn. Synthese van het eiwitdeel van het glycoproteïnecomplex vindt plaats in het RER. Een goed ontwikkeld Golgi-apparaat is aanwezig boven de kern. In cellen die gesulfateerde polysachariden vormen, wordt het sulfaat in het Golgi-complex aan polysacharide gebonden (bron: Ham, 1969). b TEM-opname van hetzelfde celtype uit de dunne darm. RER is vooral te vinden in het basale deel van de cel (R), terwijl in de apex van de cel de blazige secretiegranula (SG) opgehoopt zijn. Het Golgi-complex (G) ligt boven de kern. De slijmbekercel wordt omgeven door resorberende darmcellen met microvilli (M). 7000 × (bron: Junqueira & Salles 1975).

cytoplasma uitgescheiden. Deze vorm van secretie wordt gevonden in de melkklier (fig. 3.16 en fig. 3.18). Klieren zijn omgeven door een kapsel van bindweefsel en worden door trabekels van bindweefsel opgedeeld in klierlobjes (acini) (fig. 3.17). Het bindweefsel bevat bloedvaten, zenuwen en lymfevaten. Myo-epitheelcellen kunnen zich rondom deze lobjes samentrekken en daarmee de kliercellen leegdrukken (fig. 3.18b).

Medische context Een tumor is niet meer dan een gezwel, en dit kan benigne (bijvoorbeeld een ontsteking) of maligne zijn (kanker). Dikwijls wordt de term ‘tumor’ foutief gebruikt en bedoelt men alleen de maligne vorm, de tumor als kanker. Een maligne tumor van epitheliale origine noemt men een carcinoom. Een adenocarcinoom is van origine klierepitheel. Het adenocarcinoom is de meest voorkomende soort kanker bij volwassenen boven de 50 jaar.

102

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

enkelvoudig tubulair

3 EP IT H EEL

enkelvoudig gewonden tubulair

samengesteld tubuloacinair

samengesteld tubulair

enkelvoudig vertakt tubulair

enkelvoudig vertakt acinair

samengesteld acinair

Figuur 3.15 De belangrijkste typen exocriene klieren. De morfologie van klieren wordt beschreven met de volgende termen: tubulair, enkelvoudig, gewonden, vertakt, acinair, tubuloacinair en samengesteld. Hierbij is het onderscheid met acinair of tubuloacinair niet altijd gemakkelijk. Het deel van de klieren dat door secretoire cellen wordt ingenomen, is in deze figuur zwart getekend; de gangen vormen het overige deel. Samengestelde klieren hebben vertakte afvoergangen.

HISTOFYSIOLOGIE

Polariteit, voeding en innervatie Epithelia tonen een polaire organisatie. Het apicale oppervlak ligt vrij aan een lumen en het basolaterale oppervlak rust gedeeltelijk op de lamina basalis. Bij resorberende epithelia komen in de apicale celmembraan integrale membraaneiwitten voor, zoals disacharidasen en peptidasen, die een rol spelen bij de vertering van stoffen die opgenomen worden. De ‘tight junctions’ voorkomen dat membraaneiwitten in

de apicale membraan uitwisselen met eiwitten die basolateraal voorkomen. Doordat bloedvaten niet het epitheel binnendringen, worden nutriënten aangevoerd vanuit het onderliggende bindweefsel. Ze diffunderen door het bindweefsel en de lamina basalis en worden door energieafhankelijke processen via de basolaterale plasmamembraan opgenomen in de epitheelcellen. Hier bevinden zich ook de receptoren voor chemische boodschappers, zoals hormonen en neurotransmitters.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

secretieproduct bestaat uit een mengsel van gesynthetiseerd product en gedesintegreerde cellen

secretieproduct

secretievesikel

3 EPITHEEL

103

secretieproduct

delende cellen kern van secretoire cel

kern secretievesikels die het product laten vrijkomen door middel van exocytose

a Merocriene klier

b Holocriene klier

secretieproduct omgeven door plasmamembraan en cytoplasma afgesnoerd aan de apicale zijde van de secretoire cel c Apocriene klier

Figuur 3.16 In dit diagram staan drie verschillende typen van secretie naast elkaar getekend. a De merocriene klier is een exocriene klier die een eiwitrijk product uitscheidt door exocytose, nagenoeg zonder dat dit vorm- of volumeveranderingen van de kliercellen met zich meebrengt. De kliercellen blijven intact en kunnen hun functie lange tijd uitoefenen. Voorbeeld: speekselklieren en de exocriene pancreas. b Holocriene kliercellen stapelen hun product op; uiteindelijk scheiden ze het uit door als cel te desintegreren. De producten komen hierbij vrij en worden via een afvoergang afgevoerd. Voorbeeld: talgklieren die aan de haarwortel zijn gelegen. c Apocriene klieren scheiden een vetrijk product af dat omgeven blijft door een smalle rand cytoplasma, zodat het vet geëmulgeerd blijft. Voorbeeld: melkklier.

Vernieuwing van epithelia

Ionentransport in epitheelcellen

Epithelia hebben een groot regeneratievermogen en worden voortdurend vernieuwd door mitotische activiteit. In het eenlagige epitheel van de dunne darm worden alle cellen in één tot vier dagen vernieuwd. In het meerlagige epitheel van de huid duurt de vervanging zes tot acht weken; de mitosen vinden plaats in de basale cellaag die grenst aan de lamina basalis. De cellen schuiven vervolgens op naar hogere lagen totdat ze aan het oppervlak van het epitheel worden afgestoten.

Vrijwel alle cellen kunnen ionen tegen een concentratiegradiënt in opnemen of uitscheiden. Dit actieve transport maakt gebruik van ATP als energiebron en wordt onderscheiden van passieve diffusie als gevolg van een concentratieverschil (fig. 3.20 en fig. 3.22). Door het verschil in Na+-ionenconcentratie tussen de extracellulaire weefselvloeistof (ongeveer 140 mmol/l) en het cytoplasma (5-15 mmol/l) gaan natriumionen de cel in. De cel kan de vereiste lage intracellulaire natriumconcentratie handhaven door activatie van door Mg2+-ionen geactiveerd Na+/K+-ATP’ase (natriumpomp), dat natrium de cel uitpompt en kalium de cel inpompt. De natriumgradiënt die hierdoor in stand wordt gehouden, reguleert het celvolume door osmotische effecten en wordt ook benut om suikers en aminozuren te importeren. Het transcellulaire ionentransport dient om natrium over het epitheel heen te transporteren. Om het osmotische en elektrische evenwicht te handhaven gaan equimolaire hoeveelheden Cl– en water de cel in

Medische context Onder abnormale omstandigheden kan een bepaald type epitheel transformeren tot een ander type; dit proces wordt aangeduid met metaplasie. Zo gaat bij zware rokers het meerrijige epitheel van de bronchiën over in een meerlagig plaveiselepitheel. Ook bij gebrek aan vitamine A transformeren het bronchiale epitheel en het blaasepitheel tot een meerlagig plaveiselepitheel.

104

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

stroma trabekel kapsel

3 EP IT H EEL

parenchym lobuli (binnen klierlobje)

ductus

L

secretoire acini

G SG

klierlobje secretoire vesikels

R

a

acinus (secretoir gedeelte)

ductus (uitvoergang)

b

Figuur 3.17 a Een samengestelde acinaire klier kent een vrij strikte organisatie: het secreet van de acini wordt via een ductus afgevoerd. De ducti komen als vertakkingen in een boomstructuur bij elkaar. Delen van de klier met een gezamenlijke intralobulaire afvoergang zijn ingedeeld in lobuli. Lobuli zijn vaak van elkaar gescheiden door bindweefselsepta, waarin verzorgende elementen gelegen zijn, zoals bloedvaten en zenuwen. De gezamenlijke lobuli worden omgeven door een bindweefselkapsel. Dit bindweefselkapsel zet zich binnen het orgaan voort in de septa. De intralobulaire ducti geven uit op een interlobulaire ductus, die aan de hilus het orgaan verlaat. Op diezelfde plaats, de hilus, zijn arteriën, venen, lymfevaten en zenuwen aan de klier gehecht. b Een exocriene, acinaire cel die naast de kern een hoeveelheid RER (R) en secretiegranula (SG) toont. Bij L het lumen waarin de secretieproducten door exocytose terechtkomen. G markeert het Golgi-complex. 13.000 ×.

a

b Figuur 3.18 a In een actieve melklier is de apocriene secretie te zien, waarbij vetdruppels omgeven met een randje cytoplasma van het apicale celoppervlak worden afgestoten. 400 ×. b TEM-opname van een myo-epitheliale cel (My) die zich rond acinaire speekselkliercellen heeft gelegd waarin secretiegranula te zien zijn. De myo-epitheliale cel omvat de acinus als een spin en kan door contractie het secreet de acinus uitdrijven. 20.000 ×.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

3 EPITHEEL

105

Figuur 3.19 Overal in het lichaam vindt men sereuze en mukeuze klieren. Mukeuze acini (links) zijn ook bij deze lage vergroting (50 ×) al te herkennen aan het heldere cytoplasma en de wandstandige, platgedrukte kernen. De sereuze acini (rechts) zijn te herkennen aan het eosinofiele cytoplasma met de kern meestal in het centrum van de cel. Het verschil ontstaat door het secretieproduct: mucine of slijm, dat bij fixatie voor LM (lichtmicroscopie) zwelt en daardoor een lichte kleur aanneemt en de organellen in het cytoplasma, waaronder de kern, wegdrukt. Dit verschijnsel, eigenlijk dus een fixatieartefact, is reproduceerbaar en karakteristiek. In de figuur zijn ook de afvoergangen (roodgekleurd), de bindweefselschotten en de bloedvaten herkenbaar (opname: E. Wisse).

en er vervolgens ook weer uit. Epitheelcellen van de proximale niertubulus staan model voor een natriumtransport van apicaal naar basaal. De microvilli zijn vrij doorgankelijk voor Na+-ionen (passief transport) en tussen de basale instulpingen van de plasmamembraan liggen veel mitochondriën, die energie (ATP) leveren voor de actieve uitscheiding van natrium via de basale plasmamembraan. Op deze manier kan natrium worden teruggewonnen uit de primaire urine en aan de bloedbaan worden afgegeven. Een transportrichting van basaal naar apicaal komt voor in andere epithelia,

zoals in de plexus choroideus (aanmaakplaats voor hersenvloeistof). ‘Tight junctions’ in het apicale deel van de cellen voorkomen het terugdiffunderen van stoffen die al door het epitheel getransporteerd zijn.

Transcytose in epitheel In epitheel- en endotheelcellen vindt men endocytose (pinocytose) blaasjes, als instulpingen en afsnoeringen van de plasmamembraan. Via dit mechanisme worden macromoleculen, die de plasmamembraan niet kunnen passeren, opgenomen in de cel. Het materiaal

106

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

3 EP IT H EEL

LUMEN

LUMEN

tight junction

tight junction

lamina basalis endotheel van capillair

a

b Figuur 3.20 Ionen- en vloeistoftransport kan in het epitheel in verschillende richtingen plaatsvinden, afhankelijk van het fysiologische proces. Het transport gaat van het lumen naar het bloedvat (a), zoals dat bijvoorbeeld voorkomt in de darm, de galblaas en de nier. Dit proces wordt resorptie genoemd. Transport in omgekeerde richting (b) is een secretie en komt voor in de plexus choroideus, corpus ciliare en zweetklieren. De apicale afsluiting door ‘junctional complexes’, de basolaterale celmembraan en de intercellulaire ruimte, de lamina basalis en het capillaire endotheel spelen hierbij een belangrijke rol.

kan door exocytose aan de andere zijde van de cel weer uitgescheiden worden. Deze transcytose komt onder meer voor in het endotheel van bloedvaten en het mesotheel van de pleuraholten en van de buikholte. Het betreft een transport dat in twee richtingen kan plaatsvinden en dat in enkele minuten voltooid kan zijn.

Regulatie van klieractiviteit De werking van de klieren wordt beïnvloed door signalen vanuit het zenuwstelsel en het endocriene systeem. Vaak is de ene vorm belangrijker dan de andere: zo wordt de exocriene secretie van spijsverteringsenzymen in de pancreas aangezet door het hormoon cholecystokinine, terwijl de cellen van de speekselklier onder invloed staan van een nerveuze regulatie. De nerveuze regulatie en de endocriene regulatie vinden plaats door middel van chemische boodschappers (‘messengers’). Daartoe worden neurotransmitters gevormd door zenuwcellen, en hormonen door endocriene cellen. De boodschappers kunnen werken via de volgende twee mechanismen. 1 De boodschapper komt de cel binnen en bindt zich aan intracellulaire receptoren. Deze activeren een of meer genen, waarna de productie van specifieke

2

eiwitten start; dit geldt vooral voor (in vet oplosbare) steroïdhormonen. De boodschapper bindt zich aan een receptor op de plasmamembraan. Dit molecuul (‘first messenger’) induceert de synthese van een tweede boodschapper (‘second messenger’), zoals cyclisch AMP of GMP, waarmee een reeks van opeenvolgende processen in gang wordt gezet. Polypeptidenhormonen en neurotransmitters kunnen de plasmamembraan niet passeren (zijn niet in vet oplosbaar) en werken via tweede boodschappers.

Glycoproteïneproductie in epithelia Een veelvoorkomende mucusproducerende cel is de al eerder in dit hoofdstuk genoemde slijmbekercel (‘goblet cell’). Deze wordt onder meer aangetroffen in het darmepitheel. De cel bevat veel secretiegranula, die in de lichtmicroscoop niet als afzonderlijke elementen waar te nemen zijn, maar als een lichte massa die soms iets uitpuilt in het lumen. Het basale cytoplasma bevat een uitgebreid RER en het Golgi-complex is goed ontwikkeld, hetgeen duidt op een belangrijke functie in de aanmaak van glycoproteïnen. De synthese en het transport van de glycoproteïnen kan worden gevolgd door

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

exocytose

3 EPITHEEL

107

tijd enkele minuten

condensatie en accumulatie

indikking ongeveer 1 uur

ATP

transport

synthese enkele minuten

lamina basalis van het epitheel

lamina basalis van de capillair seconden Seconds

endotheel lumen capillair aminozuren

Figuur 3.21 Schematische tekening van een sereuze, exocriene pancreascel. Deze cel bezit een duidelijke polariteit met een sterk ontwikkeld RER aan de basale zijde. Het Golgi-apparaat en de secretiegranula liggen in het apicale cytoplasma. Om een idee te hebben van de tijdsintervallen die gelden bij het secretieproces, is aan de rechterzijde van de figuur het tijdsverloop weergegeven. Deze tijden werden bepaald door het lokaliseren van radioactieve aminozuurprecursors op verschillende tijdstippen na het begin van de synthese.

middel van autoradiografie. Eiwitten die in het RER zijn aangemaakt, worden door middel van glycosyltransferasen gekoppeld aan monosachariden; deze koppeling vindt zowel in het RER als in het Golgi-complex plaats. Daarna worden de glycoproteïnen getransporteerd naar de secretiegranula. In slijmbekercellen worden mucinen tijdelijk opgeslagen in secretiegranula. Bij het verlaten van de cel nemen de mucinen water op en vormen een viskeuze,

elastische gel, de mucus, die zich in de darm als een glijmiddel over het epitheliale oppervlak verspreidt. De slijmbekercel van de darm is slechts een van de vele soorten cellen die mucinen produceren. Andere soorten slijmproducerende cellen komen soms als onderdeel van een meercellige klier voor, in de maag, speekselklieren en luchtwegen. Ze hebben vaak een wat andere morfologie en een iets andere chemische samenstelling van het secreet.

108

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

3 EP IT H EEL

interstitiële vloeistof (IF)

cytosol fosfolipiden-dubbellaag bindingsplaats

K+

ATP Na+ transporteiwit

1 Drie natriumionen (Na+) en ATP binden aan de cytoplasmatische zijde aan de Na+/K+-pomp. IF

IF

cytosol K+

Na+/K+ pomp

K+

cytosol afbraak van ATP (vrijkomen energie) ADP

Na+

het transporteiwit keert terug in zijn originele conformatie

P conformationele verandering transporteiwit (vereist energie uit ATP-afbraak)

2

4 Het transporteiwit keert terug in zijn originele conformatie, waardoor de K+-ionen in het cytosol vrijkomen. De Na+/K+-pomp is gereed om een volgende cyclus door te maken.

IF

Cytosol

ATP wordt gesplitst in ADP en een fosfaation. Het vrijgekomen fosfaation bindt aan het transporteiwit. Hierbij komt energie vrij, waardoor het transporteiwit van vorm verandert en Na+-ionen in de interstitiële vloeistof terechtkomen.

K+ Na+ P

3 Twee K+-ionen vanuit de interstitiële vloeistof binden aan het extracellulaire oppervlak van de Na+/K+-pomp. Op hetzelfde moment komt het fosfaation dat eerder was ontstaan bij hydrolyse van ATP vrij in het cytosol.

Figuur 3.22 De Na+/K+-ATP’asepomp die gelokaliseerd is in de celmembraan speelt bij veel cellen een rol in het uitstoten van Na+ vanuit het cytosol (de vloeibare fase van het cytoplasma) in de interstitiële vloeistof en het binnenhalen van K+.

Sereuze en mukeuze kliercellen Sereuze en mukeuze kliercellen komen, ook naast elkaar, in allerlei klieren voor (fig. 3.19). r Sereuze kliercellen worden gekenmerkt door een ronde celkern en de secretie van een sereus product dat voornamelijk eiwitrijk is (fig. 3.21). Het basale deel van de cel is sterk basofiel, vanwege de grote opeenhopingen van RNA op de cisternen van het RER. In het apicale cytoplasma, net boven de kern, bevindt

zich een goed ontwikkeld Golgi-complex dat voor de verpakking van eiwitten zorgt in ronde secretiegranula, die zich opstapelen in het apicale cytoplasma. In cellen die spijsverteringsenzymen afscheiden, zoals de sereuze cellen van de exocriene pancreas, noemt men de secretiegranula zymogeengranula (fig. 3.23). Deze term duidt ook aan dat de krachtige spijsverteringsenzymen in deze granula zich in een nog niet geactiveerde staat bevinden. Bij de vorming van de

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

r

S RER

M

C G

3 EPITHEEL

109

Mukeuze kliercellen tonen een vaak afgeplatte kern, die weggedrukt ligt tegen de basale plasmamembraan, en talrijke grote secretiegranula die het omvangrijke apicale cytoplasma bijna geheel vullen. De secretiegranula bevatten een mukeus product, bestaande uit glycoproteïnen met een relatief hoog gehalte aan suikergroepen. Ook dit product wordt door middel van exocytose uitgescheiden.

Myo-epitheelcellen

S

Figuur 3.23 TEM-opname van een Golgi-apparaat (G) in een exocriene pancreascel van de rat, met cisternen van het RER. Een condenserende vacuole (C) heeft een hoeveelheid secretieproduct verzameld en toont een lichtgrijze inhoud. De rijpere secretiegranula, de zymogeengranula (S), zijn donkerder ten gevolge van een hogere concentratie spijsverteringsenzymen. Op deze manier verzamelt en bewaart de pancreascel spijsverteringsenzymen. Op het moment dat ze nodig zijn voor de vertering in de twaalfvingerige darm, zullen ze worden geëxocyteerd. In het cytoplasma zien we een grote hoeveelheid kleine vesikels. Deze verzorgen het transport tussen het RER, het Golgi-apparaat en de condenserende vacuolen. Als secretie uitblijft (bijvoorbeeld in een hongertoestand), zullen de secretiegranula onderworpen worden aan autofagie. Pijl = fusie van een vesikel dat afgesnoerd wordt van een condenserende vacuole bij het Golgi-apparaat; M = mitochondrium. ~ 15.000 ×.

granula snoeren zich eerst grote, door een membraan omgeven, onrijpe granula (condenserende vacuolen) af van de Golgi-cisternen. Door het onttrekken van water, het indikkingsproces, ontstaan de rijpe granula. Deze granula zijn, elektronenmicroscopisch gezien, donkerder dan de onrijpe granula. Rijpe granula worden in het cytoplasma opgeslagen totdat de cel van buitenaf een signaal krijgt om ze uit te scheiden (gereguleerde secretie). Bij de uitscheiding van het secretieproduct fuseert eerst de membraan van het secretiegranulum met de apicale celmembraan en komt de inhoud via exocytose buiten de cel vrij.

In sommige klieren (zweetklieren, melkklieren en speekselklieren) treft men stervormige of langgerekte myo-epitheelcellen aan, rond de secretoire uiteinden van de klier (fig. 3.18b). Deze cellen liggen tweezijdig ingesloten in de basaal membraan. Door de aanwezigheid van actine en myosine kunnen de cellen zich samentrekken rondom de kliercellen en de klier ledigen. Myo-epitheelcellen bevatten het intermediaire filament cytokeratine; dit bevestigt hun epitheliale herkomst. Nexusverbindingen kunnen deze cellen tot grotere functionele eenheden verenigen (fig. 3.5). De polypeptidensecernerende cellen bevatten secretiegranula met een grootte van 100-400 nm. Deze granula zijn dus veel kleiner dan die van de exocriene pancreascel. Ze hebben een matig ontwikkeld RER omdat er slechts kleine hoeveelheden van de zeer werkzame polypeptidenhormonen nodig zijn.

Steroïdhormoonvormende cellen Cellen die steroïdhormonen produceren, komen voor als verspreid liggende cellen (testis) of als aaneengesloten formaties (bijnierschors, ovarium) (fig. 3.24). Het zijn gespecialiseerde, endocriene cellen met de volgende kenmerken. 1 Ze zijn veelhoekig tot rond, met een centraal gelegen kern en een cytoplasma dat veel lipidendruppels bevat die voornamelijk bestaan uit cholesterol. 2 Het cytoplasma is gevuld met een sterk ontwikkeld glad endoplasmatisch reticulum (SER) in de vorm van vesikels en tubuli. Deze blijken te anastomoseren en bevatten enzymen voor de synthese van cholesterol. Vooral in de geslachtsklieren bevat het SER enzymen voor het transformeren van pregnenolon. Dit wordt in de mitochondriën uit cholesterol geproduceerd en omgezet in androgene, oestrogene en progestagene hormonen.

110

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

3 EP IT H EEL

a

b Figuur 3.24 a TEM-opname van een somatostatine-D-cel uit het menselijk darmkanaal. Deze cellen behoren tot het diffuus neuro-endocrien systeem (DNES) en hebben waarschijnlijk een paracriene werking (een endocrien effect op de naburige cellen). De secretiegranula zijn opgehoopt in het basale gebied van de cel en worden daar ook naar alle waarschijnlijkheid uitgescheiden (opname: A.G.E. Pearse). b TEM-opname van een steroïdhormoonproducerende cel uit de bijnierschors. De cellen hebben enkele typische kenmerken die bij deze functie horen. De mitochondriën (M) hebben tubulaire cristae, het SER is sterk aanwezig en er zijn vetdruppels (L). In het cytoplasma vallen ook de lysosomen (Ly) op. 26.000 ×.

3

De ronde tot langwerpige mitochondriën hebben dikwijls buisvormige (tubulaire) in plaats van bladvormige cristae. Ze leveren de energie die nodig is voor het afsplitsen van zijketens van het cholesterol, waardoor pregnenolon ontstaat. Steroïdhormoonsynthese kan alleen plaatsvinden door een sterke samenwerking tussen mitochondriën en het nabijgelegen SER. SAMENVATTING

r r

HOOFDSTUK 3

4

Er vindt geen opslag van de hydrofobe (in vet oplosbare) hormonen plaats, omdat ze vrij door de membraan kunnen passeren. Dit heeft belangrijke fysiologische consequenties, omdat de aanmaak van het secreetproduct direct leidt tot het vrijkomen van het secreet in de interstitiële ruimte, met alle functionele gevolgen van dien.

EPITHEEL

In een epitheel zijn de cellen mechanisch sterk aan elkaar gehecht, zodat er geen plaats is voor bloedvaten en extracellulaire matrix. Epitheelcellen hebben een polariteit. Hun apicale pool grenst meestal aan een ruimte. Lateraal gren-

r

zen ze aan naburige cellen en de basale cellen staan altijd op een basale lamina. Epithelia bekleden de oppervlakken en holten van het lichaam en spelen dus een rol bij bescherming en transport.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

r

r

Epitheelcellen kunnen zich specialiseren in absorptie (apicaal) en transcytose, nemen dus stoffen op (darmepitheel) en geven stoffen door aan onderliggend weefsel (endotheel van bloedvaten). Epitheel heeft een groot regeneratievermogen. Bij verwonding of zware belasting hebben de cellen dus een korte celcyclus (maag). Daarom zijn ook veel stamcellen aanwezig in epitheel.

Basaal membraan r

r

r

Elk epitheel wordt ten opzichte van onderliggend weefsel begrensd door een basale lamina, soms verdikt tot een basaal membraan met collagene vezels van collageen type III. De basale lamina bestaat uit collageen type IV en laminine, gesynthetiseerd door het epitheel, waardoor een stevige hechting tussen het epitheel en het onderliggende weefsel ontstaat. Epitheel heeft geen bloedvaten. Het wordt gevoed vanuit het onderliggende weefsel, waarbij de basale lamina als filter optreedt.

Celoppervlakspecialisaties r

r r

De apicale membraan van epitheelcellen kan bezet zijn met microvilli, kleine vingervormige uitsteeksels met een kern van F-actine. Deze vergroten het apicale oppervlak, wat nuttig kan zijn bij de resorptie van moleculen uit het lumen. Stereociliën zijn langere villi met een mechanoreceptorische functie, bijvoorbeeld in cellen van het binnenoor en in de epididymis. Ciliën zijn langer, dikker en complexer gebouwd dan microvilli en hebben een 9 × 2 + 2-configuratie van microtubuli die als axonema een beweging tot stand kunnen brengen dankzij motorproteïnen (dyneïne). Door ciliën aangedreven beweging komt massaal voor in de trachea voor het verwijderen van slijm en stof.

Typen epitheel r

Epitheelcellen hebben goed ontwikkelde celcontacten. – De zonula occludens (‘tight junction’) sluit alle naburige cellen met de bovenste rand van de laterale membraan af voor elk transport tussen de cellen door. Betrokken eiwitten zijn claudine en occludine. – De zonula adhaerens vormt een band rond de cellen onder de ‘tight junction’ en bevat het eiwit cadherine; ze dient voor stevige aanhechting. – De macula adhaerens (desmosoom) lijkt sterk op de vorige, maar vormt ronde plekken op de membraan. Er is verbinding met de cytokeratinefilamenten van het cytoskelet, waardoor nog meer stevigheid ontstaat. – Hemidesmosomen hechten de cellen aan de basale lamina, die zelf geen structuurspecialisaties ter plekke toont. – ‘Gap junctions’ (nexusverbindingen) zijn verzamelingen van connexonen in de celmembraan, die met kleine kanaaltjes het contact met en de uitwisseling van kleine

111

moleculen tussen de cytoplasma’s van naburige cellen mogelijk maken.

Celcontacten r

3 EPITHEEL

r r r r

Epithelia kunnen voorkomen als enkele cellaag van platte, kubische of cilindrische cellen (respectievelijk mesotheel, galgang, darm). Meerlagig plaveiselepitheel komt voor in de epidermis. Cellen van meerlagig epitheel delen aan de basis (op de basale lamina); de cellen schuiven op tot ze in het lumen afvallen. In meerrijig epitheel raken alle cellen aan de basale lamina, maar bereiken ze niet allemaal het lumen. Overgangsepitheel wordt in de urinewegen gevonden.

Klieren en secretie r

r

r

Veel epitheelcellen zijn gespecialiseerd in secretie. Ze kunnen dat doen als enkele cellen, groepjes cellen of multicellulaire, goedgeorganiseerde klieren. Exocriene klieren tonen vaak groepjes van secretoire cellen die aansluiten op een afvoergang. Deze afvoergang brengt het product naar een lumen binnen of buiten het lichaam. Groepjes van kliercellen kunnen acini (alveoli) of tubuli vormen en kunnen aansluiten op enkele of vertakte afvoergangen (vergelijk dit met de structuur van een druiventros).

112

r

r r

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

3 EP IT H EEL

Endocriene klieren hebben geen afvoergang. Ze geven hun product direct aan het bloed af. De hormonen die ze uitscheiden, worden door het bloed naar de doelorganen en -cellen vervoerd. Endocriene activiteit kan ook dichter bij huis blijven: er wordt onderscheid gemaakt tussen autocrien (zelfstimulatie) en paracrien (naburige stimulatie). Exocriene klieren kunnen merocrien, apocrien of holocrien zijn. Dit betekent dat secretiegranula

r

worden uitgescheiden via exocytose zonder veel verandering van de cel (merocrien), dat een deel van het cytoplasma meegaat (apocrien; melksecretie) of dat de hele cel zijn inhoud uitstort en te gronde gaat (holocrien). Exocriene klieren kunnen mucus (mukeuze cellen in de darm) of eiwitten (sereuze cellen van de pancreas) produceren.

Kijk voor oefenvragen en samenvattingen op www.studiecloud.nl


#JOEXFFGTFM

*/-&*%*/(

&953"$&--6-"*3&
."53*9

Het BINDWEEFSELondersteunt en geeft vorm aan het lichaam en vormt de extracellulaire matrix die cellen, weefsels en organen verbinden en als kapsel omgeven. De functie van het bindweefsel wordt bepaald door de cellen en de extracellulaire matrix. Deze EXTRACELLULAIRE MATRIX is opgebouwd uit een amorfe GRONDSUBSTANTIE, verschillende soorten VEZELS en WEEFSELVLOEISTOF. De grote variatie in bindweefseltypen hangt samen met de aard en de verhouding waarin deze componenten voorkomen. Bijzondere vormen van bindweefsel zijn bloed, vetweefsel, been en kraakbeen. Deze weefsels worden in aparte hoofdstukken behandeld. De FUNCTIESvan het bindweefsel zijn: 1 steun van en binding van andere weefsels; 2 faciliteren van het transport van stoffen en de interactie van cellen; 3 bescherming tegen micro-organismen; 4 herstel van weefselschade; 5 opslag.

De extracellulaire matrix, bestaande uit GRONDSUBSTAN TIE, VEZELSen WEEFSELVLOEISTOF,kan druk- en trekkrachten goed weerstaan. De vezels en grondsubstantie worden aangemaakt door specifieke celtypen en vormen een min of meer ruimtelijk netwerk waarin cellen hun functie kunnen uitoefenen. De weefselvloeistof vormt een intermediair medium waarlangs voedings- en afvalstoffen uitgewisseld kunnen worden tussen de cellen en de bloed- en lymfevaten. De samenstelling en functie van de extracellulaire matrix kunnen per type bindweefsel sterk variëren; daarom worden hier eerst de algemene karakteristieken aangegeven.

De verbindende functie en de steunfunctie vindt men vooral in het kraakbeen en beenweefsel, in ligamenten die beenderen verbinden en in pezen die spieren aan bot hechten. Via de bloed- en lymfevaten in het bindweefsel kunnen stoffen uitgewisseld worden en getransporteerd worden naar andere weefsels. Fagocyterende cellen en cellen met een functie in de immuunafweer kunnen aan- en afgevoerd worden. Na een beschadiging kan een weefsel zich herstellen door invulling met bindweefsel. Het bindweefsel gaat de verspreiding van micro-organismen tegen door zijn relatieve ondoordringbaarheid en maakt het mogelijk dat stoffen, zoals vetten, worden opgeslagen. Bindweefsel is afkomstig van het MESODERM, waaruit zich het embryonale kiemweefsel MESENCHYM(fig. 4.1) ontwikkelt. De multipotente MESENCHYMALE CELLEN migreren door het lichaam en vormen ter plekke uiteindelijk de verschillende bindweefseltypen (fig. 4.2).

(SPOETVCTUBOUJF De EXTRACELLULAIREGRONDSUBSTANTIE vult, als verbindend element, de ruimte tussen cellen en vezels van het bindweefsel. Ze heeft een hoge viscositeit en vormt daardoor een belemmering tegen de verspreiding van microorganismen. De vaste grondsubstantie bestaat uit de volgende componenten: 1 proteoglycanen (PG’s), die zijn opgebouwd uit een eiwitketen met daaraan gebonden glycosaminoglycanen (GAG’s); 2 structurele glycoproteïnen (fig. 4.3). Wat betreft de structuur en functie van deze verbindingen is het volgende belangrijk: GLYCOSAMINOGLYCANEN zijn lineaire polysachariden, die opgebouwd zijn uit lange ketens van DISACHARIDEN. Ze kunnen ingedeeld worden in twee typen (tabel 4.1): 1 hyaluronan (HYALURONZUUR), een ongesulfateerd glycosaminoglycaan (vroeger aangeduid als een neutraleMUCOPOLYSACHARIDE); 2 gesulfateerde GLYCOSAMINOGLYCANEN, zoals chondroïtinesulfaat, dermatansulfaat, heparansulfaat en keratansulfaat, die bestaan uit repeterende disacharide-eenheden van een URONZUUR(glucuronzuur of iduronzuur) en een HEXOSAMINE (glucosamine of

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_4, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

C

B

C 'JHVVS

B Mesenchym is een weefsel van ongedifferentieerde, veelvormige bindweefselcellen in een ruime extracellulaire matrix met weinig collagene vezels en veel hyaluronan (hyaluronzuur). Mallory-trichroomkleuring. 200 ×. C Fibroblasten zijn spoelvormige cellen met een centrale kern (pijlen). De extracellulaire matrix bevat veel bundels van collagene vezels (C), die door de fibroblasten zijn gesynthetiseerd. In dit preparaat is er een parallelle oriëntatie van de cellen en de vezels.

galactosamine). Deze glycosaminoglycanen werden vroeger aangeduid als zure mucopolysachariden. Met uitzondering van hyaluronzuur kunnen deze lineaire polysachariden covalent gebonden worden aan een AS EIWIT, waardoor een PROTEOGLYCAAN ontstaat. De belangrijkste proteoglycanen bestaan uit het as-eiwit, met daaraan gebonden de glycosaminoglycanen dermatansulfaat, chondroïtinesulfaat of heparansulfaat. Proteoglycanen kunnen zich binden aan HYA LURONZUURMOLECULEN en vormen daarmee zeer grote PROTEOGLYCAANAGGREGATEN, die veel voorkomen in de kraakbeenmatrix. De proteoglycanen bevatten tevens zure groepen, waarmee ze kunnen binden aan de basische aminozuurgroepen van de COLLAGENE VEZELS. Zo kan er een ruimtelijk netwerk gevormd worden van hyaluronzuurmoleculen, proteoglycanen en collagene vezels; de kraakbeenmatrix is hiervan een duidelijk voorbeeld (hoofdstuk 6). De indeling van de verschillende typen GLYCOSA MINOGLYCANEN en PROTEOGLYCANEN alsook de plaats waar ze voorkomen, staan in tabel 4.1. Tevens is daarbij de mate van interactie aangegeven van de binding van glycosaminoglycanen met verschillende typen van

collagene vezels die in bepaalde weefsels voorkomen. Glycosaminoglycanen en proteoglycanen zijn vanwege de vele hydroxyl-, carboxyl- en sulfaatgroepen sterk HYDRO¹ELen gedragen zich als negatief geladen polyanionen, die via elektrostatische krachten (positief geladen) kationen kunnen binden. De omvang van de mantel van watermoleculen kan sterk variëren en bepaalt daarmee in hoge mate het volume dat door de grondsubstantie in het bindweefsel wordt opgenomen (voor meer informatie, zie de paragraaf ‘Weefselvloeistof ’, verderop). 3TRUCTURELE GLYCOPROTEtNEN zijn verbindingen die bestaan uit globulaire eiwitten waaraan vertakte ketens van monosachariden gebonden zijn. In tegenstelling tot de situatie bij proteoglycanen domineert hier de eiwitcomponent. Deze GLYCOPROTEtNENspelen een rol bij: 1 de interacties tussen cellen; 2 de hechting van cellen aan vezels of andere componenten van de extracellulaire matrix. Zo wordt ¹BRONECTINE voornamelijk door fibroblasten aangemaakt. Fibronectine kan binden aan cellen, collagene vezels en glycosaminoglycanen en is daardoor betrokken bij celadhesie en migratieprocessen (fig. 4.4a).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

4 BIND WEEFSEL



plasmacel basofiele granulocyt

rode bloedceI

megakaryocyt BB-lymfocyt lymphocyte

eosinofiele granulocyt

T-lymfocyt

B lymphocyte

monocyt neutrofiele granulocyt beenmergstamcellen

mestcel

macrofaag

osteoclast

microglia

cel van Langerhans

mesotheelcellen endotheelcellen

gladde spiercellen

ongedifferentieerde mesenchymcellen fibroblast

osteocyt

osteoblasten

chondrocyten

chondroblast

vetcel

'JHVVS

Vereenvoudigde voorstelling van celdifferentiaties in bindweefsel. Pijlen met een stippellijn geven aan dat er overgangsvormen bestaan tussen de aangewezen celtypen. Sommige afgebeelde cellen zijn niet in verhouding tot hun werkelijke grootte getekend. Let op de veelvormigheid en rijkdom aan functies bij de cellen van het bindweefsel.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

chondroïtinesulfaat SO3–

O

hyaluronanketen

CO–2

4

HO

3

HO O

CH2OH O

4

OH

O

1

SO3–

3

NH Ac

1

O n

keratansulfaat a Basisstructuur glycoproteïne

SO3– HO

CH2OH O

4

O

3

OH

1

O

CH2OH O

4

HO

3

gesulfateerde glycosaminoglycanen

NH Ac

1

O n

hyaluronan (hyaluronzuur) O

CO2–

4

O HO

CH2OH O

4

0,5 μm

as-eiwit b Proteoglycanen gekoppeld aan hyaluronan

HO

verbindingseiwit

3

OH

1

O

3

NH Ac

1

O n

'JHVVS
 Glycoproteïnen en proteoglycanen zijn substantiële elementen van de extracellulaire matrix van het bindweefsel. Het zijn gecompliceerde, vertakte macromoleculen die uit enkele basiselementen zijn samengesteld. B Glycoproteïnen zijn meestal globulaire eiwitten met vertakte oligosacharide-zijketens. Het eiwitaandeel is dikwijls groter dan het suikeraandeel. C Proteoglycanen zijn gehecht aan een hyaluronan-as, die via een verbindingseiwit (linkerproteïne) een as-eiwit aanhecht, waarop dan weer zijketens van gesulfateerde glucosaminoglycanen gehecht zijn, voornamelijk bestaande uit chondroïtine en keratansulfaat. Deze moleculen bevatten meestal meer suikerresiduen dan eiwit. De inzet met de donkerveld-TEM-foto toont het reusachtige molecuul aggrecan, geïsoleerd uit kraakbeen (bron: Rosenberg e.a. 1975).

,AMININEspeelt een rol bij de hechting van epitheelcellen aan de lamina basalis (fig. 4.4b). Zowel fibronectine als laminine speelt een belangrijke rol bij de embryonale ontwikkeling. Dit blijkt onder andere uit het feit dat het uitschakelen van fibronectine-expressie in een knockoutmuis tot een voortijdige, embryonale dood leidt. Daarnaast kunnen deze glycoproteïnen een rol spelen bij de invasie van kankercellen. Een ander voorbeeld van een structurele glycoproteïne is CHONDRONECTINE, dat in het kraakbeen voorkomt en een rol speelt bij de adhesie van chondrocyten aan collageen type II. Cellen hebben op hun oppervlak MATRIXRECEPTOREN. Hiermee kunnen ze binden aan collageen, fibronectine of glycosaminoglycanen. Zo binden de transmembranaire INTEGRINENaan deze matrixcomponenten (fig. 4.5). Door koppelings- en ontkoppelingsprocessen van de integrinen kunnen cellen over het substraat bewegen en de omgeving verkennen. Intracellulair zijn integrinen meestal verbonden met actine- of keratinefilamenten.

.FEJTDIF
DPOUFYU Bacteriën, zoals streptokokken, kunnen IZBMVSPOJ EBTF
produceren. Hyaluronidase kan hyaluronzuur en andere glycosaminoglycanen afbreken, waardoor de viscositeit van de bindweefselmatrix vermindert. Door deze eigenschap hebben deze bacteriën een sterk invasief vermogen.

7F[FMT Het bindweefsel bestaat voor een groot deel uit COL LAGENE en ELASTISCHE vezels. Collagene vezels zijn opgebouwd uit het eiwit COLLAGEEN, dat hoofdzakelijk de stevigheid van het bindweefsel bepaalt. Vroeger onderscheidde men ook nog RETICULAIRE VEZELS, maar die blijken te zijn opgebouwd uit collageen type III en vallen daarom onder de collagene vezels. Elastische vezels bestaan grotendeels uit het eiwit ELASTINE, dat een zekere

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

4 BIND WEEFSEL



B

C 'JHVVS

De
aanhechtingsglycoproteïnen MBNJOJOF en mCSPOFDUJOF kunnen met een immunohistochemische kleuring zichtbaar worden gemaakt. Deze moleculen hechten onderdelen van de extracellulaire matrix en integrinen op het celoppervlak. Ze spelen dus een belangrijke rol in de cohesie van een weefsel en bepalen de mogelijkheid tot verplaatsing van de cellen in het weefsel. B De kleuring voor MBNJOJOF toont de aanwezigheid ervan in de basale lamina op het grensvlak tussen het bindweefsel (dermis) en het epitheel van de epidermis. De kleuring in het bindweefsel heeft betrekking op kleine zenuwen en spiercellen. C De kleuring voor mCSPOFDUJOF toont in het bindweefsel een meer diffuus patroon.

5BCFM

4BNFOTUFMMJOH
FO
WFSEFMJOH
WBO
HMZDPTBNJOPHMZDBOFO
JO
IFU
CJOEXFFGTFM
FO
IVO
JOUFSBDUJF
NFU
DPMMBHFOF
WF[FMT Glycosaminoglycaan

Disacharideketens Uronzuur

Hexosamine

Vóórkomen

Elektrostatische binding met collageen

Hyaluronzuur (hyaluronan)

D-glucuronzuur

D-glucosamine

Kraakbeen, synoviale vloeistof, humor vitreus, navelstreng

Geen interactie

Chondroïtine-4-sulfaat

D-glucuronzuur

D-galactosamine

Kraakbeen, been, huid, chorda dorsalis, cornea, aorta

Veel interactie, voornamelijk met collageen type II

Chondroïtine-6-sulfaat

D-glucuronzuur

D-galactosamine

Kraakbeen, huid, navel- Veel interactie, voornamelijk streng, aorta (media) met collageen type II

Dermatansulfaat

L-iduronzuur of D-glucuronzuur

D-galactosamine

Huid, pezen, aorta (adventitia)

Geringe interactie, voornamelijk met collageen type I

Heparansulfaat

D-glucuronzuur of L-iduronzuur

D-galactosamine

Aorta, longen, lever, lamina basalis

Gemiddeld niveau van interactie, voornamelijk met collageen typen III en IV

Keratansulfaat (cornea) D-galactose

D-galactosamine

Cornea

Geen interactie

Keratansulfaat (skelet)

D-glucosamine

Kraakbeen, nucleus pulposus, annulus fibrosus

Geen interactie

D-galactose

elasticiteit aan weefsels kan verlenen. De specifieke eigenschappen van een bindweefseltype hangen sterk samen met de hoeveelheid en verhouding van de samenstellende vezeltypen.

$PMMBHFOF
WF[FMT Collageen is het meest voorkomende eiwit in het menselijk lichaam; het maakt ongeveer 30% van het drooggewicht uit. Collagenen worden geproduceerd



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

fibronectine

extracellulaire-matrixbindend domein

disulfidebruggen integrine -keten extracellulair




S S

celmembraan

cytosol taline vinculine

capping-eiwit

extracellulair molecuul bindingsplaats voor fibronectine en andere extracellulaire moleculen

F-actine

integrine- -subeenheid

Ca2+bindingsplaatsen

B 'JHVVS

In de reeks van structurele, bindende moleculen is ook het cytoskelet betrokken. Daardoor ontstaat er een mechanische stevigheid die berust op de verbinding van het cytoskelet met de extracellulaire matrix. B Het transmembranaire eiwit JOUFHSJOF bindt via UBMJOF aan de cytoplasmatische actinefilamenten (F-actine), maar ook aan de collagene vezels, fibronectine en laminine van de extracellulaire matrix. C Een andere weergave van de betrokken moleculen. De integrinereceptor is een heterodimeer molecuul met αen β-ketens. De kop van het eiwit steekt circa 20 nm uit in de extracellulaire matrix.

integrine-
subeenheid

verbindingen met cytoskelet

door verscheidene celtypen, zoals fibroblasten, chondroblasten, osteoblasten, gladde spiercellen en de Schwann-cellen. Op grond van de structuur en functie worden 28 soorten collageen onderscheiden, waarvan er enkele in tabel 4.2 zijn samengevat. Op basis van hun structuur kunnen collagenen in drie groepen onderverdeeld worden (tabel 4.2). 1 &IBRILVORMENDE COLLAGENEN: de moleculen van deze collagenen aggregeren om fibrillen te maken, die elektronenmicroscopisch goed herkenbaar zijn; dit betreft collageen typen I, II, III, V en XI. Collageen type I is bij de mens het

disulfidebruggen

2

3

meest voorkomend en wordt in weefsels meestal aangetroffen in de vorm van dikke fibrillen. De fibrillen verenigen zich tot bundels van COLLAGENE VEZELS(zie verderop), zoals onder andere waar te nemen is in been, pezen en kapsels rondom organen (fig. 4.6). .ETWERKVORMENDE COLLAGENEN: de moleculen van collageen type IV vormen een netwerk dat deel uitmaakt van de lamina basalis. 6ERANKERENDECOLLAGENEN: collageen type VII is een voorbeeld van verankerend collageen. Het vormt fibrillen die collagene vezels aan de lamina basalis hechten.

C

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

4 BIND WEEFSEL



'JHVVS

Na de synthese van het tropocollageenmolecuul wordt het uitgescheiden. Extracellulair polymeriseert het tot de typische collagene vezels zoals die in deze figuur worden getoond. Bij kleuring ontstaat de typische dwarse streping met een periodiciteit van 64 nm, die in preparaten zelfs als een vergrotingsmaatstaf gebruikt kan worden. Tussen de parallelle vezels is ook vlokkig materiaal waarneembaar. Een dergelijke bundel collagene vezels geeft grote stevigheid en trekvastheid aan het weefsel. Vezels gefotografeerd in een biopsie van menselijke, cirrotische lever. 28.500 × (opname: E. Wisse).

4USVDUVVS
FO
CJPTZOUIFTF
WBO
DPMMBHFFO Collageen wordt voornamelijk opgebouwd uit de aminozuren glycine, proline en lysine. De synthese vindt plaats in het RER van de fibroblast, waar het eiwit als procollageen wordt aangemaakt (fig. 4.7). Het eiwit wordt na uitscheiding omgezet in TROPOCOLLAGEEN,bestaande uit drie ketens van polypeptide α, die een drievoudige helix vormen. Verschillen in de peptidenketens zijn kenmerkend voor het type collageen. De tropocollageenmoleculen worden buiten de cel door ‘cross-linking’ gestapeld tot COLLAGENE ¹BRILLEN. Deze tonen een dwarsstreping met een karakteristieke periodiciteit van 64 nm. Dit bandenpatroon

ontstaat door de gedeeltelijk overlappende rangschikking van de tropocollageenmoleculen. Bij contrastering vullen de ruimten in de vezels zich op met kleurstof, zodat de dwarsstreping ontstaat. Collagene fibrillen kunnen samengevoegd worden tot COLLAGENE VEZELS, die een COLLAGENE BUNDEL kunnen vormen, zoals in collageen type I. De biosynthese van collageen type I, dat algemeen in het lichaam voorkomt, staat model voor de vorming van collageen en vindt stapsgewijs plaats. 1 Polypeptide α-ketens worden op de ribosomen van het RER gevormd en door de membraan naar het lumen van het RER afgegeven. Deze ketens



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

5BCFM

)PPGELFONFSLFO
WBO
EF
WPPSOBBNTUF
DPMMBHFFOUZQFO Voorkomen

Lichtmicroscopische kenmerken

Elektronenmicroscopisch beeld

Type

Binding met glycosaminoglycanen

Functie

I

Dermis, bot, pees, dentine, fasciën, kapsels van organen, vezelig kraakbeen

Dicht opeengepakte vezels, vaak in bundels, doorgaans golvend verlopend

Dicht bijeengelegen fibrillen met wisselende doorsnede

Fibroblast, osteoblast, chondroblast, odontoblast

Laag niveau van interactie, voornamelijk met dermatansulfaat

Zeer trekvast

II

Hyalien en elastisch kraakbeen

Los geweven netwerk van collagene vezels (polarisatiemicroscoop)

Geen vezels; zeer dunne fibrillen in overmaat grondsubstantie

Chondroblast, chondrocyt

Hoog niveau van interactie, voornamelijk met chondroïtinesulfaat

Biedt weerstand aan intermitterende druk

III

Glad spierweefsel, endoneurium, arteriën, lever, milt, nier, long

Los samenstel van dunne reticulaire vezels

Ruimtelijk complex van dunne fibrillen met uniforme diameter

Gladde spiercel, reticulumcel, Schwann-cellen, vetstapelcellen

Gemiddeld niveau van interactie met heparansulfaat

Handhaving structuur bij sterk in vorm veranderende organen

IV

Laminae basales

Dunne amorfe membranen (alleen verdikt zichtbaar)

Geen fibrillen, viltachtige lagen langs plasmamembraan

Epitheel, endotheel, spiercellen, Schwann-cellen

Gemiddeld niveau van interactie met heparansulfaat

Steun, hechting, filtratie

V

Dermis, pezen, bot, vezelig kraakbeen

Vormt fibrillen met type I

Fibrillen

Fibroblast

Niet waarneembaar

Goed waarneembaar (ankervezels)

VII Dermis

IX

Hyalien kraakbeen

XI

Hyalien kraakbeen, tussenwervelschijf

Vormt fibrillen met type II

Hechting aan bindweefsel

Fibrillen

XII Pezen, ligamenten

2

3

4

bevatten onder andere de aminozuren proline, glycine en lysine. Hydroxylering van proline en lysine begint wanneer ze in de polypeptidenketens zijn ingebouwd en de keten een zekere lengte heeft bereikt. Hierbij zijn twee enzymen betrokken. Vitamine C is nodig als co-enzym. Glycosylering van hydroxylysine: verschillende collageentypen binden een wisselende hoeveelheid koolhydraat, in de vorm van galactose of glycosylgalactose, aan het hydroxylysine. Aan de α-ketens worden extra stukjes peptiden gebonden, zowel aan het amino- als aan het carboxyterminale uiteinde. Deze worden REGIS

Neemt deel in type I-functie

5

Chondroblasten

Laterale associatie van fibrillen

Chondroblasten

Participeert in type II-functie

Fibroblasten

Laterale associatie van fibrillen

TRATIEPEPTIDEN genoemd. De registratiepeptiden dragen waarschijnlijk zorg voor de juiste positionering van de α-ketens in een drievoudige helix. Bovendien houden ze het zo ontstane procollageen oplosbaar in het RER. Buiten de cel splitsen procollageenpeptidasen de registratiepeptiden af. Hierdoor ontstaat TROPO COLLAGEEN, dat minder goed in water oplosbaar is, en polymere COLLAGEEN¹BRILLEN vormt. De hydroxyprolineresiduen dragen verder bij aan de stabiliteit van de drievoudige helix van het tropocollageen door de vorming van waterstofbruggen tussen de polypeptidenketens. De fibrilstructuur wordt verder versterkt door de vorming van

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

6

covalente dwarsverbindingen tussen tropocollageenmoleculen. De collagene fibrillen voegen zich aaneen tot COLLAGENE VEZELS en verscheidene vezels vormen een COLLAGENE BUNDEL; bij deze aggregaties spelen proteoglycanen en glycoproteïnen een belangrijke rol (fig. 4.8).

Sommige collagene vezels gaan lang mee, zoals in pezen en kapsels van organen. Andere vezels hebben een korte turnovertijd, bijvoorbeeld de vezels waarmee de tanden in de tandkas zijn opgehangen: de periodontale membraan. Dit bindweefsel zorgt ervoor dat de tand nog een klein beetje kan bewegen. De korte turnover dient ervoor om aanpassingen van het gebit mogelijk te maken. Bij gebrek aan vitamine C (scheurbuik) zullen de tanden al snel los komen te zitten.

.FEJTDIF
DPOUFYU Omdat de synthese van collageen een complex proces is waarbij vele posttranslationele modificaties plaatsvinden, is het niet verrassend dat verstoringen hiervan kunnen leiden tot een aantal ziekten (tabel 4.3). Bij bijvoorbeeld het syndroom van Ehlers-Danlos type IV is collageen type III deficiënt, waardoor rupturen kunnen ontstaan in arteriën en de darmwand. Tevens komen er bepaalde sclerotische ziekten voor, waarin de organen een bovenmatige ophoping van collageen tonen. Dat komt vooral tot uiting in de huid, het spijsverteringskanaal en de nieren. Hierbij verhardt het weefsel zich en wordt de functie van het orgaan verstoord.

)FSLFOOJOH
WBO
DPMMBHFOF
WF[FMT In het bindweefsel komen COLLAGENEVEZELShet meest voor. In bindweefselstructuren waarin ze dicht opeengepakt voorkomen, zoals in pezen en fasciën, tonen de

4 BIND WEEFSEL



vezels een witte kleur, omdat deze structuren arm zijn aan bloedvaten. Collageen is niet elastisch en heeft een grote trekvastheid. Collagene vezels vertakken nooit. Lichtmicroscopisch tonen collagene vezels, met een diameter van 1-20 μm, vaak een golvend of kronkelend verloop, waardoor strekking mogelijk is. Collagene vezels zijn acidofiel en kunnen selectief aangekleurd worden met siriusrood. Soms zijn collagene vezels te zien als een vlechtwerk van elkaar kruisende vezels, zoals in het MESENTERIUM. Vezels opgebouwd uit fibrillen van collageen type III werden vroeger aangeduid als RETICULAIREVEZELS. Deze vezels kunnen vóórkomen als een ruimtelijk netwerk (RE TICULUM) dat onder meer steun verleent aan cellen van het beenmerg, lymfoïde organen (milt, lymfeklieren), de lever en endocriene klieren (fig. 4.10). De dunne vezels (diameter van 0,5 tot 2 μm) worden bijeengehouden door talrijke interfibrillaire bruggen die, vanwege het grote gehalte aan proteoglycanen en glycoproteïnen, zwart aankleuren bij impregnatie met zilverzouten en daarom aangeduid worden als argentofiele of argyrofiele vezels.

&MBTUJTDIF
WF[FMT %LASTISCHEVEZELSbestaan voornamelijk uit het eiwit ELAS TINE.Dit eiwit kan, in tegenstelling tot collageen, tot ruim anderhalf maal zijn oorspronkelijke lengte uitgerekt worden en keert bij loslaten terug in de uitgangstoestand. Zo dragen elastische vezels in belangrijke mate bij aan de veerkracht van de vaatwanden. Elastische vezels kunnen vertakken en vormen een netwerk tussen het vlechtwerk van trekvaste collagene vezels (fig. 4.9 en fig. 4.11). Toch zijn deze weefsels in sterke mate vervormbaar, doordat collagene vezels: 1 een golvend verloop hebben; 2 niet door vertakkingen met elkaar samenhangen en zodoende ten opzichte van elkaar kunnen verschuiven; 3 samendrukbaar zijn.

5BCFM

&OLFMF
WPPSCFFMEFO
WBO
[JFLUFO
BMT
HFWPMH
WBO
FFO
WFSTUPPSEF
DPMMBHFFOTZOUIFTF Ziekte

Defect

Symptomen

Syndroom van Ehlers-Danlos type IV

Defect in de transcriptie of translatie van collageen type III

Rupturen in arteriën en darm

Syndroom van Ehlers-Danlos type VI

Defect in lysinehydroxylering

Toegenomen huidelasticiteit

Syndroom van Ehlers-Danlos type VII

Vermindering van activiteit van procollageenpeptidase

Ontwrichtingen, spierverrekkingen

Scheurbuik

Gebrek aan vitamine C (cofactor voor prolinehydroxylase)

Tandvleesontstekingen, bloedingen

Osteogenesis imperfecta

Verandering van één nucleotide in het gen voor collageen type I

Spontane botbreuken, hartproblemen



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

intracellulair

nucleus

Vorming van een mRNA voor elk type alfaketen

Synthese van alfaketens met registratiepeptiden Knippen van signaalpeptide

RER OH OH

OH

Gal-Glu

OH

OH

OH Gal-Glu

Hydroxylering van specifieke prolyl- en lysylresiduen vindt plaats wanneer de alfaketens door de membraan van het RER gaan en de cisterne binnenkomen Achtereenvolgende bevestiging van galactosyl- en glycosylradicalen aan hydroxylysylresiduen in de cisterne van het RER Vorming van procollageenmoleculen (drievoudige helix) nog steeds in de cisterne van het RER Registratiepeptiden

transportblaasjes

Transport van procollageen naar het Golgi-complex

Golgi-complex

Verpakking van procollageen in secretieblaasjes

centriolen Secretieblaasjes transporteren, hierbij geholpen door microtubuli, het procollageen naar het celoppervlak

secretieblaasjes extracellulair

procollageenpeptidase

procollageenpeptidase

Secretie van procollageenmoleculen in de extracellulaire ruimte; procollageenpeptidasen splitsen het grootste deel van het niet-spiraalvormige registratiepeptide af, waarbij procollageen omgezet wordt in tropocollageen, dat geassembleerd wordt tot collageenfibrillen

tropocollageen

microtubuli

De structuur van de fibrillen wordt versterkt door de vorming van dwarsverbindingen tussen de tropocollageenmoleculen ('crosslinks'), een proces dat wordt gekatalyseerd door lysyloxidase

'JHVVS

De moleculaire gebeurtenissen en de rol van de verschillende organellen bij de synthese van collageen. Bij deze synthese worden onder andere veel proline- en glycineaminozuren ingebouwd. Deze worden gehydroxyleerd en van galactose- en glucosemoleculen voorzien. Nog in het RER wordt de eerste polymerisatiestap genomen bij de vorming van het procollageen dat naar het Golgi-apparaat wordt getransporteerd. Als het procollageen wordt geëxocyteerd, wordt het registratiepeptide door peptidasen afgesplitst. Zo ontstaat tropocollageen, dat verder gestapeld wordt tot een collagene vezel.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

lacunair gebied

4 BIND WEEFSEL



gebied van overlapping tropocollageen

1 280 nm collagene vezel

bundel van collagene vezels 5

2 280 nm 3

lacunair gebied

B

4 collagene fibril gebied van overlapping (ca. 10% van de lengte van het tropocollageen) 64 nm

C

'JHVVS
 B De vorming van collagene vezels en hun bundeling. De typische dwarsbandering ontstaat door een trapsgewijs verschoven positie van de tropocollageenmoleculen bij de vorming van een collagene vezel. Dit laat een ruimte open die kleurstof opneemt en daardoor donkerder voorkomt. Bijkomende moleculen zorgen voor de verbinding tussen de collagene vezels op zo’n manier dat een bundel van vezels ontstaat. C EM-opname van collagene fibrillen in dwars- en lengtedoorsnede.

Het netwerk van elastische vezels ontwikkelt zich in drie fasen, namelijk: 1 de vorming van OXYTALANVEZELS uit bundels van microfibrillen, die bestaan uit verschillende glycoproteïnen, waaronder ¹BRILLINE; 2 depositie van het eiwit ELASTINE tussen oxytalanvezels, waardoor ELAUNINE vezels ontstaan; 3 verdere ophoping van (amorf) elastine in het centrum van de elauninevezels, waarbij ze omringd blijven door een dunne laag van microfibrillen. Dit zijn de ELASTISCHEVEZELSdie het belangrijkste onderdeel vormen van het netwerk. Afhankelijk van lokale vereisten kunnen de vezelcomponenten in mindere of meerdere mate in het netwerk vertegenwoordigd zijn (bijvoorbeeld in de huid). Zo verbinden oxytalanvezels in de dermis de lamina basalis met een onderliggend netwerk van elastische vezels. 0RO ELASTINE is een globulair eiwit dat gesecerneerd wordt door fibroblasten in bindweefsel en door gladde spiercellen in de wand van bloedvaten. Pro-elastine polymeriseert tot ELASTINE, een amorfe rubberachtige glycoproteïne die in elastische vezels overheerst. Elastine is resistent tegen de meeste enzymen, maar kan worden afgebroken door elastase.

De aminozuursamenstelling van elastine lijkt op die van collageen, omdat beide rijk zijn aan glycine en proline. Elastine bevat echter twee bijzondere aminozuren: DESMOSINEen ISODESMOSINE, die gevormd worden door covalente reacties tussen vier lysineresiduen. Door deze reacties ontstaan dwarsverbindingen (‘crosslinks’) tussen de elastinemoleculen, die waarschijnlijk verantwoordelijk zijn voor het elastische (rubberachtige) karakter.

.FEJTDIF
DPOUFYU Het syndroom van Marfan wordt veroorzaakt door mutaties in het gen dat codeert voor fibrilline. De ziekte wordt gekenmerkt door een gebrek aan weerstand tegen druk- en trekkrachten in weefsels die rijk zijn aan elastische componenten, zoals in grote arteriën. Omdat de bloeddruk in de aorta hoog is, kan dit leiden tot levensbedreigende rupturen.

8FFGTFMWMPFJTUPG In het bindweefsel komt, naast grondsubstantie en vezels, nog een wisselende hoeveelheid WEEFSELVLOEISTOF of INTERSTITIpLE VLOEISTOF voor. De circulerende weefselvloeistof bevat ionen en oplosbare stoffen die in



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

'JHVVS

Totaalpreparaat van een mesenterium. Het preparaat toont dikke collagene vezels die aangekleurd zijn met siriusrood. De dunne, strak verlopende draden zijn elastische vezels (aangekleurd met orceïne); deze vertakken zich en vormen een geweven netwerk. De fibroblasten en mesotheelcellen in het preparaat tonen hun donkergekleurde kernen. Mestcellen zijn talrijk in het weefsel aanwezig. Ze bevatten veel granula. 200 × (opname: E. Wisse).

samenstelling vergelijkbaar zijn met het bloedplasma; tevens bevat deze vloeistof een geringe hoeveelheid plasma-eiwitten die door de capillairwand uitgetreden zijn. De weefselvloeistof komt grotendeels gebonden aan de verschillende bestanddelen van de grondsubstantie voor, vooral aan proteoglycanen. De hoeveelheid vrije vloeistof is gewoonlijk vrij gering. De hydrostatische druk in het capillaire netwerk heeft de neiging voortdurend vloeistof uit te persen. Een tegenkracht hierbij is de colloïdosmotische druk, waardoor weefselvloeistof weer wordt opgenomen. Deze colloïdosmotische druk wordt door de plasma-eiwitten veroorzaakt, die slechts ten dele de capillairwand kunnen passeren (fig. 4.12).

Normaliter gaat vooral aan de arteriële zijde van het capillairbed water met opgeloste stoffen uit de bloedbaan naar de weefsels. Dit komt doordat de hydrostatische druk hier groter is dan de colloïdosmotische druk. De hydrostatische druk neemt af naarmate het bloed de veneuze zijde nadert. Tegelijkertijd stijgt over dit traject de colloïdosmotische druk, aangezien door het uittreden van water de concentratie aan eiwitten in het bloedplasma toeneemt. Op een gegeven moment is de colloïdosmotische druk hoger dan de hydrostatische druk, met als gevolg dat in het veneuze deel van het capillairbed weer water uit de omgeving wordt opgenomen. De hoeveelheid vloeistof die naar het bloed wordt teruggevoerd, is echter kleiner dan de hoeveelheid die

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

4 BIND WEEFSEL



B

C 'JHVVS

Zilverkleuring van reticulaire collagene type III-bundels. De sterke glycosylering van dit type collageen veroorzaakt de sterke argyrofilie. De kernen kleuren donker, het cytoplasma blijft ongekleurd. B #JKOJFSTDIPST. In heel veel organen vormt een dergelijk netwerk met vertakte dunne vezels een stroma – een soort skelet voor de stevigheid en de samenhang van het weefsel en het orgaan. C -ZNGFLMJFS. In een lymfeklier is het reticuline netwerk zeer wijdmazig. Het laat in de open ruimten aan alle cellen die bij een immuunrespons betrokken zijn de mogelijkheid te circuleren, elkaar te ontmoeten en interacties aan te gaan.

is uitgetreden. Dit is het gevolg van een gering eiwitlek over de basaal membraan, waarbij de uitgetreden eiwitten een deel van het uitgeperste water binden. Het vocht dat hierdoor in het bindweefsel achterblijft, wordt door lymfevaten afgevoerd naar venen in de halsstreek. Van groot belang is dat langs deze weg met het water en de zouten ook eiwitten en afvalstoffen of bacteriën en virussen worden afgevoerd die in de interstitiële ruimte terecht zijn gekomen. Indien deze afvoer van eiwitten er niet zou zijn, zou na verloop van tijd het colloïdosmotische drukverschil tussen bloed en weefselvloeistof wegvallen.

.FEJTDIF
DPOUFYU In een aantal pathologische omstandigheden kan de hoeveelheid weefselvloeistof in de interstitiële ruimte enorm toenemen, zodat PFEFFN
ontstaat. Hierbij wijken de bindweefselbestanddelen, waarin zich vocht heeft opgehoopt, uiteen. In het geval

van oedeem gaat het om vocht dat niet meer gebonden is aan de macromoleculen van de grondsubstantie. De vloeistof wordt dan verplaatsbaar. Hierdoor ontstaat bijvoorbeeld bij drukken op een onderbeen tegen het bot een putje, dat pas geleidelijk weer verdwijnt. Oedeem kan het gevolg zijn van een obstructie in het veneuze systeem, een verstoring in de pompfunctie van het hart of een verminderde drainage van het lymfesysteem. Obstructie van lymfevaten door metastase of parasieten kan lokaal oedeem veroorzaken. Het kan ook ontstaan bij een extreem slechte voedingstoestand, omdat deze op den duur leidt tot een lager gehalte aan bloedeiwitten (met name albumine) en daardoor tot een verlaagde colloïdosmotische druk. Water wordt dan in mindere mate naar het bloed teruggevoerd en hoopt zich op in het bindweefsel; er ontstaat IPOHFSPFEFFN. Als gevolg van een ontsteking of allergie kan ook oedeem ontstaan, door een verhoogde vaatdoorlaatbaarheid.



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

N C F elastische vezel

E

F

C

B

C 'JHVVS
 B Coupe van de dermis in de huid, selectief aangekleurd met aldehyde-fuchsinekleuring voor elastische vezels. De donkerrood gekleurde elastische vezels (pijl) worden afgewisseld met lichtrood gekleurde collagene vezels. C TEM-opname van de bindweefselmatrix met een fijnkorrelige materie die de ruimten tussen collageen (C) en elastische vezels (E) opvult. F = fibroblast; N = nucleus. 50.000 ×.

$&--&/
7"/
)&5
#*/%8&&'4&-

Bindweefselcellen kunnen worden ingedeeld in vaste en tijdelijke bewoners. De residentiële cellen ontstaan ter plaatse door deling en vormen een stabiele, langlevende populatie. Hiertoe behoren fibroblasten(fig. 4.1), vetcellen, mestcellen en pericyten. Sommige auteurs rekenen de bindweefselmacrofagen (HISTIOCYTEN) ook tot de vaste bindweefselcellen. Vetcellen (adipocyten) kunnen geïsoleerd of in kleine groepen in het weefsel voorkomen. In grotere verzamelingen vormen deze ADIPOCYTEN het vetweefsel (voor meer informatie over vetweefsel, zie hoofdstuk 5). De VRIJE CELLEN zijn tijdelijke bewoners (tegenwoordig ook wel aangeduid als ‘passenger leukocytes’) die, afhankelijk van een stimulus, de bloedbaan kunnen verlaten om hun specifieke functies uit te oefenen in het bindweefsel. Omdat het merendeel van deze mobiele cellen kortlevend is, worden deze cellen vervangen vanuit een populatie van stamcellen in het beenmerg. Tot de vrije bindweefselcellen behoren de leukocyten, zoals plasmacellen, lymfocyten, neutrofiele, eosinofiele en basofiele granulocyten, monocyten en sommige macrofagen (fig. 4.15). De verschillende functies die bindweefselcellen kunnen uitoefenen, zijn samengevat in tabel 4.4.

7BTUF
DFMMFO Van de vaste bindweefselcellen is de ¹BROBLAST (fig. 4.1 en fig. 4.13) het meest voorkomend en wijdverspreid. Fibroblasten produceren zowel grondsubstantie

(glycosaminoglycanen, proteoglycanen en glycoproteïnen) als collagene, reticulaire en elastische vezels. Er komen actieve en minder actieve vormen van deze cel voor. Cellen die synthetisch actief zijn, worden aangeduid als fibroblasten. Deze cellen hebben veel RER en een goed ontwikkeld Golgi-complex, wat betekent dat er een actieve synthese en secretie plaatsvinden. Fibroblastafgeleide cellen in het bindweefsel waarvan de matrix al gevormd is, worden ¹BROCYTENgenoemd. Deze hebben weinig RER, het Golgi-complex is moeilijk of niet te vinden en de kern bevat voornamelijk heterochromatine. Dit celbeeld wijst op rust. De fibroblast is spoelvormig en heeft talrijke onregelmatige uitlopers; de ovale kern is groot, heeft een fijn verdeeld chromatine en een grote nucleolus. Het cytoplasma is rijk aan RER en de cel heeft een goed ontwikkeld Golgicomplex. De ¹BROCYT is kleiner dan de fibroblast en hij heeft een meer afgeplat uiterlijk en minder uitlopers. De langwerpige kern is klein en donker; het RER en het Golgi-complex zijn weinig ontwikkeld. Wanneer de cel gestimuleerd wordt, zoals tijdens wondgenezing, neemt de fibrocyt weer het fibroblaststadium aan en hervat hij de synthese van matrixmateriaal. In volwassen weefsel worden zelden celdelingen van fibroblasten waargenomen, maar na beschadigingen van het bindweefsel kunnen fibroblasten gaan delen en een belangrijke rol spelen bij het herstelproces. De fibroblasten gaan dan meer actine- en myosinefilamenten vormen, waardoor ze de eigenschappen van gladde spiercellen aannemen en kunnen samentrekken. Deze differentiatie tot

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

4 BIND WEEFSEL



hydrostatische druk

colloïdosmotische druk

bloedcapillair

arteriole

venule

lymfevat

'JHVVS

Diagram van de uitwisseling van vloeistof tussen een capillair en de extracellulaire matrix. Van de arteriële naar de veneuze zijde van een capillair is er een daling van de hydrostatische druk. Vloeistof verlaat daardoor de capillairen aan de arteriële zijde en wordt gedeeltelijk weer teruggevoerd aan de veneuze zijde van de capillair als gevolg van de toegenomen colloïdosmotische druk. Er is een zeker surplus dat door de lymfevaten wordt afgevoerd, de lymfedrainage. Deze drie fenomenen moeten in evenwicht zijn, anders kan oedeem ontstaan.

MYO¹BROBLASTEN is belangrijk voor het proces waarbij de wond gesloten wordt: de wondcontractie. -ESTCELLEN zijn ovale tot ronde cellen met een doorsnede van 20-30 μm, waarvan het cytoplasma rijkelijk gevuld is met basofiele granula (fig. 4.9, fig. 4.14 en fig. 4.15a). De centrale, ronde kern gaat bij bestudering in een lichtmicroscoop vaak schuil achter de granula. Het cytoplasma toont een matig ontwikkeld RER en een vrij omvangrijk Golgi-complex. Mestcellen zijn tamelijk lang levende cellen. In tegenstelling tot de andere vaste bindweefselcellen zijn ze afkomstig van een stamcel in het beenmerg. De cel komt door het hele lichaam voor, maar vooral in de dermis (rond de bloedvaten), het darmkanaal en de luchtwegen. De cellen kunnen zichtbaar worden gemaakt door een METACHROMATISCHE kleuring, waarin toluïdineblauw de granula roodachtig purper kleurt, doordat ze gesulfateerde glycosaminoglycanen bevatten. Mestcellen hebben een functie bij de vorming, opslag en afgifte van mediators, die in de directe omgeving een rol spelen bij ontstekings- en overgevoeligheidsreacties. Een van deze verbindingen is

heparine, dat bloedstolling kan tegengaan. Hiernaast bevatten granula van mestcellen nog andere biologisch actieve stoffen, zoals histamine (vaatverwijding) en neutrale proteasen. Eosinofiele chemotactische factor (ECF) en neutrofiele chemotactische factor (NCF) spelen een rol bij het aantrekken van eosinofiele en neutrofiele granulocyten naar de haard van een ontsteking. Mestcellen maken tevens leukotriënen aan uit membraanfosfolipiden; deze producten worden niet in de cel opgeslagen, maar na stimulatie direct uitgescheiden. Deze stoffen zijn ook betrokken bij vaatverwijding en werken vele malen sterker dan histamine. Het oppervlak van mestcellen bevat receptoren voor immunoglobuline E (IgE), die aanzet tot exocytose van granula wanneer hieraan een antigeen gebonden wordt. De mediators die vrijkomen, brengen een allergische reactie tot stand die bekendstaat als de ‘IMMEDIATETYPE HYPERSENSITIVITYREACTION’ (overgevoeligheidsreactie van het directe type), omdat deze plaatsvindt onmiddellijk na het binnendringen van een antigeen in een individu dat al eerder voor dat antigeen gesensibiliseerd is.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

5BCFM

)PPGEGVODUJFT
WBO
CJOEXFFGTFMDFMMFO Celtype

Product of activiteit

Hoofdfunctie

Fibroblast, chondroblast, osteoblast, odontoblast

Productie van vezels en grondsubstantie

Structurele opbouw

Plasmacel

Productie van antilichamen

Immunologisch

Lymfocyt

Immunocompetente cel; reageert op antigenen

Immunologisch

Eosinofiele granulocyt

Fagocytose van antigeen-antilichaamcomplexen

Immunologisch

Macrofaag, neutrofiele granulocyt

Fagocytose van (lichaamsvreemde) deeltjes, bacteriën

Opruiming en immunologisch

Mestcel, basofiele granulocyt

Secretie van farmacologisch actieve stoffen (bijvoorbeeld histamine)

Immunologisch

Vetcel

Opslag van vetten; warmteproductie

Energiereserve, warmteregulatie

Mestcellen tonen grote overeenkomst met de kleinere basofiele granulocyten van het bloed. De granula van deze cellen bevatten ook heparine en histamine en verschillende mediators die vrijkomen na binding van IgE aan het celoppervlak; ze zijn echter afkomstig van een andere stamcel in het beenmerg. 0ERICYTEN omgeven ten dele de endotheliale cellen van capillairen en kleine venulen. Ze zijn opgenomen in en omsloten door de lamina basalis van de endotheelcellen. Hun eigenschappen lijken op die van gladde spiercellen en endotheelcellen.

.FEJTDIF
DPOUFYU Er zijn verschillende voorbeelden van IgE-gemedieerde overgevoeligheidsreacties. Een van de meer dramatisch verlopende is de BOBGZMBD UJTDIF
TIPDL: na de eerste blootstelling aan een antigeen (allergeen) wordt door plasmacellen IgE gevormd. Deze bindt aan het oppervlak van mestcellen. Na een tweede blootstelling bindt het antigeen aan IgE op de mestcellen, waardoor ze histamine, heparine en andere bioactieve stoffen gaan uitscheiden, met als gevolg een algemene vaatverwijding en shock. Dit probleem kan zich bijvoorbeeld voordoen bij het eten van pinda’s (voedselallergie). In het geval van een bijeensteek in de keelholte kan zich een levensbedreigend lokaal oedeem ontwikkelen met het gevaar van stikken. Ook hooikoorts is een overgevoeligheidsreactie, maar met een mildere reactie dan bij een anafylactische shock.

7SJKF
DFMMFO -ACROFAGEN hebben fagocyterende eigenschappen. Na het toedienen van kleurstoffen, zoals trypaanblauw of Oost-Indische inkt, kunnen deze cellen gemakkelijk teruggevonden worden aan de hand van de opgenomen kleurstofdeeltjes. Deze kleurstoffen bevinden zich dan in de lysosomen die in macrofagen talrijk zijn. Het is duidelijk dat macrofagen belangrijk zijn bij het opruimen van allerlei binnengedrongen deeltjes, bacteriën en endotoxinen, maar ook spelen ze een rol bij het opruimen van resten van dode cellen en bij het in gang zetten van immunologische afweermechanismen. Macrofagen ontstaan voornamelijk uit voorlopercellen in het beenmerg die delen en MONOCYTEN vormen. Monocyten (een van de witte bloedcellen) circuleren in het bloed en kunnen, na een specifiek signaal, door het endotheel van een capillair heen dringen en zich actief verplaatsen naar het bindweefsel. Daar differentiëren ze tot MACROFAGEN, die zich vrij kunnen bewegen en een levensduur van ongeveer twee maanden hebben. Ontogenetisch vormen deze mononucleaire cellen één samenhangend systeem, het MONONUCLEAIRE FAGOCYTENSYSTEEM (MPS). Zoals reeds aangegeven, zijn er sterke aanwijzingen dat sommige populaties van macrofagen niet afkomstig zijn van monocyten uit het bloed. Dit zijn de RESIDENTE MACROFAGENofWEEFSELMACROFAGENdie ter plekke in de weefsels delen, zoals de Kupffer-cellen in de lever en andere residente macrofagen in de longen, de milt en het beenmerg. De populatie van deze weefselmacrofagen, die voor een groot deel aan de bloedbaan zijn gelegen, vormt samen met andere cellen het RETICULO ENDOTHELIALESYSTEEM(RES).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

4 BIND WEEFSEL



'JHVVS
 TEM-opname van een fibrocyt en een detail van een fibroblast. Het cytoplasma van een fibrocyt (vleugelcel) zet zich met vliesvormige uitlopers voort tussen de dicht opeengepakte collagene fibrillen van het peesweefsel. Deze cel verkeert in rust en dient wellicht alleen voor onderhoud van het collageen in de pees. 15.000 ×.

Residente macrofagen leven lang en kunnen gedurende jaren op hun plaats blijven liggen. Macrofagen zijn gemiddeld 10-30 μm in doorsnee en hebben een ovale tot niervormige kern die meestal excentrisch ligt. Kenmerkend zijn de talrijke uitstulpingen van het celoppervlak als uiting van hun sterke endocytotische (pinocytotische en fagocytotische) activiteit. Hiervoor zijn ze onder andere uitgerust met Fc- en complementreceptoren. De rijke populatie lysosomen wijst op een grote capaciteit om opgenomen materiaal te verteren met behulp van hydrolytische enzymen. Macrofagen fagocyteren lichaamsvreemde deeltjes, micro-organismen, dode cellen, resten van dode cellen en celresten na apoptose, necrose of een infarct. In het algemeen tonen macrofagen een goed ontwikkeld Golgi-complex en RER. Wanneer monocyten differentiëren tot macrofagen, worden de cellen groter, neemt het eiwitsynthetiserend apparaat in omvang toe en worden ook de aantallen lysosomen, microtubuli en microfilamenten groter. Wanneer de hoeveelheid te verteren materiaal zeer omvangrijk is of het materiaal moeilijk te verteren is, kun-

nen macrofagen fuseren tot VEELKERNIGE REUSCELLEN. Ook kunnen ze om bepaalde ontstekingshaarden een kordon van dicht aaneengesloten, grote EPITHELOtDECELLENvormen. De belangrijkste functies van macrofagen zijn: 1 opname van deeltjes en vertering via lysosomen; 2 presentatie van antigeen aan cellen van het immuunsysteem; 3 uitscheiding van secretieproducten die een rol spelen bij de afweer en bij weefselherstel. Macrofagen fagocyteren deeltjes door ze actief met corticaal cytoplasma te omgeven. Hierdoor komt het partikel in een fagosoom in het cytoplasma van de cel terecht. Daarna fuseren lysosomen met het fagosoom en verteren lysosomale enzymen de inhoud. Als herkenbare deeltjes worden opgenomen, kan men waarnemen dat enkele tientallen minuten na opname de structuur van die deeltjes verdwijnt door de vertering. Het mechanisme van de fagocytose is weergegeven in figuur 2.16b. Als ANTIGEENPRESENTERENDE cellen kunnen macrofagen andere cellen van het immuunsysteem activeren (hoofdstuk 13). Daarnaast nemen ze ook deel aan de



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

2

antigeen

IgE IgE-receptor 3 Ca 2+

adenylaatcyclase ATP cAMP actief proteïnekinase

ATP inactief proteïnekinase

1

fusie van granula

gefosforyleerde proteïnen microfilamenten

heparine histamine 4

proteoglycanen ECF-A exocytose

fosfolipasen

membraanfosfolipiden

5

leukotriënen IgE-receptoren

B

spiercel

bloedvat

C

'JHVVS
 B De mestcelsecretie komt op gang na binding van IgE op de IgE-receptoren op het oppervlak van de cel (1). Na een tweede blootstelling aan een antigeen, bijvoorbeeld bijengif, worden de IgE-receptoren op het oppervlak gecrosslinkt door het antigeen (2). Hiermee wordt het adenylaatcyclase geactiveerd. Tegelijkertijd worden Ca2+-ionen in de cel opgenomen (3), waarmee de fusie tussen granula in het cytoplasma tot stand komt (4), tevens de exocytose van hun inhoud, bestaande uit heparine, histamine en ECF-A (eosinofiele chemotactische factor voor anafylaxie). Fosfolipasen voegen hier door afbraak van fosfolipiden leukotriënen aan toe (5). C LM-opname van een rattentong. In het bindweefsel en tussen de spiercellen zijn verschillende mestcellen (pijlen) te zien, waarin de granula waarneembaar zijn door kleuring met toluïdineblauw (zie ook figuur 4.9).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

4 BIND WEEFSEL



L

E L L

M N

N

C Nu

B

C 'JHVVS
 B TEM-opname van een mestcel met talrijke granula (G) die onder andere heparine en histamine bevatten. M = mitochondrium; C = collagene vezels; E = elastische vezels; N = nucleus. 14.700 ×. Inzet: in de korrels komen karakteristieke opgerolde structuren voor. 44.600 ×. C TEM-opname van een macrofaag. De lysosomen (L), de celkern (N) en een nucleolus (Nu) zijn herkenbaar. De pijlen wijzen naar vacuolen die beschouwd kunnen worden als nog niet met lysosomen gefuseerde endocytoseblaasjes. 15.000 ×.

verdediging van het lichaam tegen infectie door bacteriën, virussen, protozoa, schimmels en meercellige organismen, zoals wormen, en aan de cellulaire afweer tegen tumorcellen. Ze produceren een reeks van secretieproducten (mediators) die een rol spelen bij deze verdedigings- en herstelmechanismen, zoals interleukinen, interferon, prostaglandinen, leukotriënen, tumornecrosefactor (TNF) en elementen van het complementsysteem. Wanneer macrofagen gestimuleerd worden door injectie van lichaamsvreemde stoffen (endotoxine, interferon) of door infecties, veranderen hun eigenschappen. In deze GEACTIVEERDE MACROFAGEN neemt de fagocyterende en lysosomale activiteit sterk toe, worden in verhoogde mate mediators uitgescheiden die betrokken zijn bij verdedigings- en herstelmechanismen en is het tumorceldodende vermogen sterk toegenomen. 0LASMACELLEN zijn middelgrote, ovale cellen die een sterk basofiel cytoplasma tonen als gevolg van een sterk ontwikkeld RER. Het cytocentrum (het Golgi-complex samen met de centriolen) steekt lichtmicroscopisch bleek af tegen het omliggende basofiele cytoplasma. De kern van de plasmacel is rond en wordt gekenmerkt door een specifiek patroon van heterochromatine (soms lijkend op een wiel met spaken) (fig. 4.16). Plasmacellen komen in geringe aantallen in het bindweefsel voor. Na infectie worden ze zeer talrijk en gaan ze veel antilichamen uitscheiden. Ze ontstaan uit B-lymfocyten die gestimuleerd zijn door een antigeen.

De betreffende antigenen worden door zogenoemde ANTIGEENPRESENTERENDECELLEN,onder andere de DENDRI TISCHE CELLEN, aangereikt, waardoor B-lymfocyten gaan prolifereren en tot plasmacellen differentiëren. De antilichamen zijn immunoglobulinen die specifiek zijn voor het antigeen dat aangezet heeft tot hun productie. Ze reageren dan ook specifiek met moleculen die dezelfde epitopen bezitten (hoofdstuk 13). Het doel van de ANTIGEEN ANTILICHAAMREACTIEis om de schadelijke effecten te beperken; zo kunnen bijvoorbeeld tetanus- en difterietoxinen onschadelijk worden gemaakt. ,EUKOCYTEN (witte bloedcellen), zoals granulocyten en lymfocyten, worden geregeld in het bindweefsel aangetroffen. Ze migreren door de wanden van capillairen en venulen via het proces van DIAPEDESE,dat sterk toeneemt bij infecties. Van de leukocyten keren alleen de lymfocyten naar de bloedbaan terug; ze circuleren continu in bloed, lymfe, bindweefsels en lymfoïde organen. Naast neutrofiele granulocyten komt men eosinofiele granulocyten tegen in het bindweefsel. Zeldzamer zijn de basofiele granulocyten, die sporadisch in bindweefsel worden aangetroffen. De ontwikkeling en functie van leukocyten worden in detail in hoofdstuk 12 beschreven. #*/%8&&'4&-5:1&/

Het bindweefsel wordt ingedeeld volgens het schema in tabel 4.5. Het bindweefsel in engere zin bestaat uit twee typen: LOSMAZIGenSTRAFDICHT BINDWEEFSEL.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

N R

G G

G G

R

M

'JHVVS

TEM-opname van een plasmacel met een uitgesproken Golgi-complex (G) dat wordt omgeven door zeer uitgebreid RER (R). In de kern (N = nucleus) de typische heterochromatineklompen tegen de binnenzijde van het kernomhulsel. Het is goed te zien dat de cisternen van het endoplasmatisch reticulum gevuld zijn, waardoor de membranen uiteenwijken; de eiwitsynthese is dus in volle gang. M = mitochondrium (beeld overgenomen met toestemming van P. Abra hamson).

,OSMAZIGBINDWEEFSEL bevat veel grondsubstantie en weefselvloeistof, waarin vele en veel verschillende cellen voorkomen (fig. 4.17). Dit type bindweefsel is licht doorvlochten met zowel collagene als elastische vezels. De meest voorkomende cellen zijn fibroblasten en macrofagen, maar ook vrije cellen komen voor. Losmazig bindweefsel vult de ruimten tussen spiervezels en fasciën, ondersteunt epitheel en klierweefsel, en omgeeft bloed en lymfevaten. Het gemakkelijk vervormbare ONDERHUIDSE BINDWEEFSEL behoort tot dit bindweefseltype. Doordat losmazig bindweefsel teer en gemakkelijk vervormbaar is, biedt het slechts geringe weerstand tegen trekkrachten. De celrijkdom,

de onderling verschuifbare collagene bundels, het netwerk van elastinevezels en de sterke vascularisatie zorgen ervoor dat het losmazige bindweefsel een zeer reactief weefsel is: allerlei processen die in samenhang met de bloedvaten optreden, spelen zich hier af, zoals oedeemvorming, ontstekings- en overgevoeligheidsreacties. 3TRAF of DICHT BINDWEEFSEL bevat dezelfde componenten als losmazig bindweefsel, maar het collageen van dit weefsel is sterk vertegenwoordigd in dikke bundels. Het bevat veel minder vrije cellen. Het weefsel is minder vervormbaar dan losmazig bindweefsel, maar wel veel trekvaster.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

4 BIND WEEFSEL



B

C 'JHVVS

B Coupe door losmazig bindweefsel. Er is een grote rijkdom aan cellen, vooral fibroblasten, die echter geen oriëntatie hebben in dit weefsel. Kleine bloedvaten worden aangeduid met pijlen. 500 ×. C Geordend dicht bindweefsel (lengtedoorsnede van een pees). Er zijn veel collagene bundels in een strikte parallelle rangschikking. Kernen van peescellen (fibrocyten) zijn tussen de collagene bundels te zien. Ze volgen de oriëntatie van de collagene bundels.

Men onderscheidt ongeordend en geordend dicht bindweefsel. Bij ONGEORDENDDICHTBINDWEEFSELlopen vrij dikke bundels van collagene vezels in alle richtingen door elkaar, waardoor trekkrachten in alle richtingen worden weerstaan. Dit weefsel wordt bijvoorbeeld gevonden in de dermis van de huid en in bindweefselkapsels rond organen als de milt, lymfeklieren en zenuwganglia. Bij GEORDEND DICHT BINDWEEFSEL zijn de collagene vezels in één of twee hoofdrichtingen georiënteerd, waardoor het weefsel sterke weerstand biedt in deze richtingen (fig. 4.17). Het duidelijkste voorbeeld van dit weefseltype is het peesweefsel, maar het maakt ook een belangrijk deel uit van fasciën en kapsels. Pezen zijn cilindervormige bindweefselelementen die spieren met het skelet verbinden. Ze bestaan uit evenwijdig verlopende bundels collageen met daartussen weinig grondsubstantie. Bij een lengtedoorsnede liggen de fibrocyten vaak in rijen; op een dwarsdoorsnede tonen deze cellen dunne plaatvormige uitlopers die in verschillende richtingen uitstralen tussen de collagene vezels en deze deels omwikkelen. Deze cellen worden ook wel vleugelcellen of TENDINOCYTEN genoemd (fig. 4.13). De collagene bundels van pezen (primaire bundels) verenigen zich tot grotere (secundaire) bundels. Deze secundaire bundels zijn omgeven door peesscheden van losmazig bindweefsel dat zenuwen en bloedvaten bevat. Sommige pezen hebben een uitgebreidere peesschede, bestaande uit twee lagen die beide bekleed zijn met platte endotheelachtige cellen van mesenchymale oorsprong. Eén laag bevindt zich op het peesoppervlak (viscerale laag) en de andere bekleedt de omringende structuren (pariëtale laag).

Tussen de twee lagen bevindt zich een viskeuze substantie die op synoviale vloeistof lijkt. Deze vloeistof, die water, eiwitten, glycosaminoglycanen, glycoproteinen en ionen bevat, werkt als een smeermiddel dat een gemakkelijke beweegbaarheid van de pees in de peesschede garandeert. Deze beweegbaarheid wordt verstoord bij een peesschedeontsteking. %LASTISCH BINDWEEFSEL zonder bijmenging van collageen komt eigenlijk niet voor. Het weefsel bestaat uit bundels van elastische vezels, die met elkaar versmolten zijn. Tussen de dikke elastische vezels liggen, net als bij de pezen, enkele fibrocyten en om de vezels ligt losmazig bindweefsel. De grote dichtheid van de elastische vezels geeft het geheel een gele kleur en een grote elasticiteit. Elastisch bindweefsel komt maar op enkele plaatsen voor, bijvoorbeeld in de gele ligamenten van de wervelkolom (ligamenta flava) en in het ligamentum suspensorium van de penis. Ook in sommige soorten dicht bindweefsel is het aandeel van elastine aanzienlijk, zoals in de lederhuid (dermis); de hoeveelheid neemt af met de leeftijd. 2ETICULAIR BINDWEEFSEL is een bijzondere variant van losmazig bindweefsel. Het vormt een ruimtelijk steunapparaat in myeloïde (beenmerg) en lymfoïde organen (lymfeklieren, milt) (fig. 4.18). De hier voorkomende RE TICULUMCELLENzijn fibroblasten die fijne vezelbundeltjes van collageen type III synthetiseren. In de intercellulaire mazen van dit netwerk liggen lymfocyten en oefenen mononucleaire fagocyten en hemopoëtische cellen hun beschermende functie uit.



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

5BCFM

*OEFMJOH
WBO
CJOE
FO
TUFVOXFFGTFMT Algemene opbouw

Hoofdfuncties

Voorbeelden

Losmazig bindweefsel

Veel grondsubstantie; veel cellen en weinig collageen (in willekeurige oriëntatie)

Steun verlenen aan microvasculatuur, zenuwen, immuuncellen

Lamina propria in de mucosa van het maag-darmkanaal

Straf (dicht) ongeordend bindweefsel

Weinig grondsubstantie; weinig cellen (vooral fibroblasten); veel collageenvezels in alle richtingen

Bescherming bieden en steun verlenen aan organen; weerstand bieden aan trekkrachten

Dermis van de huid, kapsels om organen, submucosa van het maag-darmkanaal

Straf (dicht) geordend bindweefsel

Vrijwel volledig gevuld met evenwijdige bundels collageen met daartussen fibrocyten

Sterke verbindingen in het musculoskeletale systeem; weerstand bieden aan grote krachten

Ligamenten, pezen, aponeurosen, stroma cornea (substantia propria)

Mesenchym

Ongedifferentieerde cellen die uniform verdeeld zijn in een matrix met weinig collageen

Bevat stam-/voorlopercellen waaruit alle typen bindweefsel cellen kunnen differentiëren

Mesoderm in het vroege embryonale stadium

Mucoïd bindweefsel

Fibroblasten, collageen en elastische vezels in een geleiachtige matrix

Bescherming bieden en steun Matrix van de navelstreng verlenen aan grote bloedvaten in de navelstreng

Bindweefsel in engere zin

Embryonaal bindweefsel

Gespecialiseerde bindweefsels Reticulair bindweefsel (hoofdstuk 13)

Fijn netwerk van reticuline (collageen type III) en reticulumcellen (fibroblasten)

Ruimtelijk steunapparaat voor myeloïde en lymfoïde cellen, en secretoire cellen

Beenmerg, lever, pancreas, bijnier en alle lymfoïde organen (behalve de thymus)

Vetweefsel (hoofdstuk 5) Kraakbeen (hoofdstuk 6) Bot (hoofdstuk 7) Bloed (hoofdstuk 12)

-UCOtD BINDWEEFSEL is geleiachtig door een overmaat van grondsubstantie, die hoofdzakelijk bestaat uit hyaluronzuur. Tevens worden fibroblasten aangetroffen die geringe hoeveelheden collagene en elastische vezels aanmaken. Mucoïd bindweefsel vormt de basis van de navelstreng en wordt daar aangeduid als de gelei van Wharton. Het verend elastische karakter van dit weefsel voorkomt het afknellen van bloedvaten (fig. 4.19). )*450':4*0-0(*&

Het bindweefsel kent vele functies: steun, opslag, afweer, herstel en transport van stoffen en cellen.

4UFVO De steunfunctie is duidelijk: epithelia, spierweefsel en zenuwweefsel gaan altijd vergezeld van bindweefsel dat steun verleent. De steunfunctie wordt hoofdzakelijk uitgeoefend door de collagene vezels, terwijl het geheel van grondsubstantie en vezels ook een barrière opwerpt

tegen de verspreiding van micro-organismen. Collagene vezels vormen pezen, aponeurosen, kapsels, trabekels en stroma van organen en ook vliezen die delen van het centrale zenuwstelsel begrenzen (hersenvliezen, meninges).

0QTMBH Vetten vormen een belangrijke energiereserve en zijn opgeslagen in het vetweefsel (hoofdstuk 5). Ook dient het losmazige bindweefsel, vanwege zijn rijkdom aan glycosaminoglycanen, als opslag voor water en elektrolyten, zoals – en grotendeels – natriumionen. Hoewel slechts een klein deel van het bindweefsel uit plasma-eiwitten bestaat, is berekend dat de matrix van het bindweefsel in totaal ongeveer een derde van alle in het lichaam voorkomende plasma-eiwitten bevat.

"GXFFS Wanneer het epitheel wordt doorbroken en het bindweefsel aan antigenen, bacteriën enzovoort wordt

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

4 BIND WEEFSEL



(roodheid), tumor (zwelling), calor (warmte) en dolor (pijn, door zwelling en ophoping van bepaalde stoffen) – laten zich hierdoor verklaren. Het ontstekingsproces wordt gestuurd door een groot aantal onderling gerelateerde mediators, die door verschillende celtypen worden uitgescheiden.

)FSTUFM

'JHVVS

Tekening van een reticulair bindweefsel waarin alleen de vastliggende delen en de vezels zijn weergegeven; vrije cellen in de mazen zijn niet afgebeeld. De collagene vezels lijken verzonken in het cytoplasma van de reticulumcellen. De vezels zijn echter extracellulair. Ze zijn steeds van het cytoplasma gescheiden door de celmembraan. Dit type bindweefsel komt voor in lymfoïde weefsels en biedt plaats aan cellen die betrokken zijn bij het immuunafweersysteem. Dat zijn cellen die zich verplaatsen en tijdens hun migratie frequent contact met elkaar maken en informatie uitwisselen. Zie ook figuur 4.10b.

blootgesteld, worden belangrijke afweermechanismen in werking gesteld die men schaart onder het begrip ONTSTEKINGSREACTIE. Doorgaans wordt de afweer ingezet met de FA GOCYTOSE van binnengedrongen bacteriën door macrofagen en granulocyten. Daarna reageert het immuunapparaat, waarbij lymfocyten en plasmacellen een belangrijke rol spelen (hoofdstuk 13). In het ontstekingsgebied ontstaat een vaatverwijding, waardoor vocht uittreedt en oedeem ontstaat; deze verhoogde doorlaatbaarheid is deels het gevolg van het vrijkomen van histamine uit mestcellen. Daarnaast passeren witte bloedcellen de bloedvatwand (DIAPEDESE), vooral granulocyten die door bepaalde chemische mediators worden aangetrokken (CHEMOTAXIS). In een latere fase worden deze gevolgd door monocyten en lymfocyten. De cellen van dit EXSUDAATkunnen de bacteriën onschadelijk maken, afbreken en opruimen. De klassieke tekenen van een ontstekingsreactie – rubor

Al tijdens de ontstekingsreactie worden herstelprocessen in gang gezet die tot proliferatie van bindweefselcellen en later tot afzetting van intercellulaire substantie leiden. De rol van de matrix treedt ook op de voorgrond wanneer bijvoorbeeld binnengedrongen bacteriën niet snel vernietigd kunnen worden. Fibroblasten vormen dan een kapsel van collagene vezels om een dergelijke ontstekingshaard, waarin zich veel dode leukocyten bevinden; zo ontstaat er een ABCES.Een vergelijkbare inkapseling kan zich ook zonder ontsteking voordoen bij binnengedrongen vreemde elementen, zoals een splinter. Bindweefsel heeft een groot regeneratief vermogen. Gebieden die door ontsteking of door mechanisch geweld vernietigd zijn, worden gemakkelijk hersteld. De ruimten die overblijven na onherstelbare beschadiging van cellen of andere weefselbestanddelen, zoals afgestorven hartspiercellen na een infarct, worden opgevuld met bindweefsel. Na weefselremodeling door fibroblasten ontstaat littekenweefsel. Ook de genezing van chirurgische snijwonden berust op het herstelvermogen van bindweefsel. Bij verse defecten in het bindweefsel, zoals bij een incisie van de huid, ontstaat in eerste instantie een bijzondere vorm van jong bindweefsel, het GRANULATIEWEEFSEL. Dit weefsel dankt zijn naam aan het hobbelige aspect dat ontstaat door een grote vaatrijkdom en een onregelmatig gevormde matrix. Later wordt dit granulatieweefsel vervangen door littekenweefsel, dat uit dicht collageen bestaat en vaatarm is; elastine wordt hierbij niet opnieuw gevormd. Op deze wijze ontstaan de bekende witte littekens bij genezen huiddefecten.

5SBOTQPSU Bloed- en lymfevaten zijn altijd omgeven door bindweefsel, dat vocht en voedingsstoffen (zuurstof) vanuit de bloedbaan aanvoert naar verschillende cellen en structuren in het bindweefsel, maar ook naar andere weefsels (spieren). Via het intermediaire bindweefsel kunnen tevens afvalstoffen die afkomstig zijn uit de verschillende weefsels verwijderd worden. Het transport van cellen vanuit de circulatie naar het bindweefsel is eerder al beschreven.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

4 B IN DW EEFSEL

'JHVVS

Een van de minder vaak voorkomende bindweefselvarianten is het mucoïde bindweefsel dat gevonden wordt in de navelstreng. Talrijke fibroblasten worden omgeven door een extracellulaire matrix die veel hyaluronan bevat en weinig vezels. De kurkentrekkerachtige vezels zijn elastine vezels. 100 × (opname: E. Wisse).

4".&/7"55*/(


)00'%456,



#*/%8&&'4&-

r r

r

Bindweefsel ontstaat uit het embryonale NFTFO DIZN, waarin de stamcellen van het bindweefsel aanwezig zijn. Bindweefsel ondersteunt, bekleedt en verbindt cellen, weefsels en organen. Zijn TUSPNB biedt plaats aan verzorgende organen zoals CMPFEWBUFO, MZNGFWBUFO en [FOVXFO. Het bindweefsel is de belangrijkste component van het ‘milieu intérieur’. Men vindt een aantal specifieke cellen in het bindweefsel die een grote hoeveelheid FYUSBDFMMVMBJSF NBUSJY
&$. synthetiseren.

r

De extracellulaire matrix is opgebouwd uit fibrillaire DPMMBHFOFO en FMBTUJOF en grondsubstantie bestaande uit HMZDPQSPUF«OFO en QSPUFPHMZDB OFO
met een grote variatie in samenstelling en functie.

$FMMFO
WBO
IFU
CJOEXFFGTFM r

De meest voorkomende cellen zijn de spoelvormige mCSPCMBTUFO. Deze bevatten veel RER, waar collageen en de andere componenten van de ECM worden gemaakt.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

r

r

r r

r

7FUDFMMFO stapelen vet al naargelang de beschikbaarheid ervan en geven het ook weer af als daar behoefte aan is. Ze zijn metabool actief en kunnen hun producten uitwisselen met het bloed. Vetcellen komen verspreid, maar ook samen in WFUXFFGTFM voor. .POPDZUFO die het bindweefsel bezoeken, kunnen differentiëren tot NBDSPGBHFO die in de turnover van de ECM en het opruimen van dode cellen een rol spelen. Na het opruimen van vreemde cellen kunnen ze aan immunocompetente cellen BOUJ HFOFO
QSFTFOUFSFO. .FTUDFMMFO zijn ook aanwezig. In hun granula zitten WBTPBDUJFWF TUPGGFO en cytokinen die bij ontsteking en allergische reacties een rol spelen. 1MBTNBDFMMFO kunnen op grond van hun geheugen antilichamen tegen antigenen van invasieve organismen uitscheiden. Ze spelen dus een rol in de humorale afweer van de ECM. Bezoekers van de ECM zijn XJUUF
CMPFEDFMMFO, die op surveillance zijn en de weefsels bezoeken.

&YUSBDFMMVMBJSF
NBUSJY
&$.

r r

r

r r

r

De belangrijkste vezels van de ECM worden gevormd door de DPMMBHFOFO, waarvan twintig verschillende typen bekend zijn. 1SPMJOF en MZTJOF zijn de aminozuren die in collagenen veel aanwezig zijn. Tijdens de synthese zijn er enkele tussenstappen, bijvoorbeeld de vorming van QSPDPMMBHFFO en USPQPDPMMBHFFO, die een trimere helix vormen. Na secretie worden de procollageenuiteinden verwijderd en polymeriseren de tropocollageenmoleculen tot een collagene vezel met een specifieke QFSJPEJDJUFJU van 64 nm. Collagene vezels van type I kunnen samengevoegd worden tot dikke bundels. Invasieve organismen komen dikwijls terecht in de ECM. Sommige kunnen dan DPMMBHFOB TFT uitscheiden waarmee ze verder kunnen binnendringen. Ook macrofagen bevatten NFUBM MPQSPUF«OBTFT (MMP’s). &MBTUJTDIF WF[FMT en hun fusieproducten hebben elastische eigenschappen. Sommige weefsels maken hier gebruik van, zoals elastisch bindweefsel en elastisch kraakbeen.

4 BIND WEEFSEL



(SPOETVCTUBOUJF r

r

r

In losmazig bindweefsel bevat de ECM tamelijk veel HMZDPTBNJOPHMZDBOFO (GAG’s), QSPUFPHMZDB OFO en HMZDPQSPUF«OFO. De belangrijkste component van een proteoglycaan is de centrale keten van IZBMVSPOBO. De zijketens bestaan uit proteoglycanen met een BTFJXJU dat op zijn beurt zijketens draagt die bestaan uit IZBMVSPOBO, DIPOESP«UJOFTVMGBBU, EFSNBUBBOTVMGBBU, IFQBSBBOTVMGBBU of LFSBUBBO TVMGBBU. In de verschillende typen bindweefsel, kraakbeen en bot vindt men verschillende samenstellingen van deze complexe en grote moleculen. Multiadhesieve glycoproteïnen, zoals mCSP
OFDUJOF en MBNJOJOF, binden aan collageen en integrinen in celmembranen. Zo hechten ze cellen vast aan de ECM.

5ZQFO
CJOEXFFGTFM r

r

r

r

r

-PTNB[JH
CJOEXFFGTFM.
Dit meest voorkomende type bindweefsel bevat veel grondsubstantie en weefselvloeistof. Er komen veel soorten residente en bezoekende cellen in voor. Dit weefsel sluit vaak aan op een epitheel, bevat bloed- en lymfevaten en speelt een grote rol bij de ondersteuning van andere weefsels en bij de aan- en afvoerprocessen uit het bloed, vooral bij ontstekingsprocessen. 4USBG
PG
EJDIU
CJOEXFFGTFM. Dit wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van dikke bundels van collagene vezels. Dit weefsel is zeer trekvast en vormt een belangrijk onderdeel van pezen, fasciën en kapsels. &MBTUJTDI
CJOEXFFGTFM.
Dit ontleent zijn grote elasticiteit aan het vóórkomen van bundels van elastische vezels. 3FUJDVMBJS
CJOEXFFGTFM.
Dit vormt een ruimtelijk netwerk van vezels in myeloïde en lymfoïde organen, waartussen deze cellen gemakkelijk kunnen migreren. .VDP«E
CJOEXFFGTFM.
Dit heeft een karakteristieke verende elasticiteit en komt voor in de navelstreng.

,JKL
WPPS
PFGFOWSBHFO
FO
TBNFOWBUUJOHFO
PQ
XXXTUVEJFDMPVEOM

5 Vetweefsel

INLEIDING

Vetcellen (adipocyten) komen solitair of in kleine groepen in het bindweefsel voor. De meeste vetcellen zijn echter verenigd tot vetweefsel, dat omvangrijk kan zijn: bij mannen omvat het doorgaans 15-20% en bij vrouwen 20-25% van het lichaamsgewicht; het grootste deel hiervan is subcutaan vet. Deze waarden kunnen bij zwaarlijvigheid (obesitas) hoog oplopen en bij extreme vermagering dalen tot ongeveer 3%. Ondanks de honger en ondervoeding in de wereld is er in de rijkere landen een obesitasepidemie gaande. Dit heeft het onderzoek naar het metabolisme van vetweefsel en de biomedische gevolgen van obesitas sterk gestimuleerd. Vetweefsel heeft vijf hoofdtaken: 1 energiereservoir; 2 steunfunctie; 3 vormgeving; 4 isolatie; 5 hormoonproductie. Vet kan chemische energie in een geconcentreerde vorm opslaan: per calorie neemt het veel minder ruimte in beslag dan koolhydraten of eiwitten. De calorische waarde van triglyceriden is 9,3 kcal/g, die van koolhydraten 4,1 kcal/g. Omdat eten een periodieke activiteit is en de voorraad glycogeen in de lever en skeletspieren beperkt is, wordt tussen de maaltijden energie vrijgemaakt uit opgeslagen vet. Dit proces wordt door nerveuze en hormonale factoren beïnvloed. Het transport en de opslag van vet houden rekening met de fysische eigenschappen van vetten. Ze zijn hydrofoob en worden dus voor het transport als lipoproteïne voorzien van een hydrofiele eiwitcoating. Vet wordt cellulair opgeslagen in een vacuole, maar deze stapeling heeft geen osmotische effecten. Vet is daarin neutraal. De steunfunctie van vetweefsel komt tot uiting in onderhuidse vetlagen, die ook bijdragen aan de

mesenchymcel

lipoblast

fibroblast

lipoblast

plurivacuolaire vetcel

univacuolaire vetcel

Figuur 5.1 Ontwikkeling van vetcellen. Ongedifferentieerde mesenchymcellen differentiëren tot lipoblasten, die vetdruppeltjes in hun cytoplasma stapelen en zo uiteindelijk rijpe vetcellen worden. Wanneer een grote hoeveelheid vet gemobiliseerd wordt, keren de vetcellen terug tot het lipoblastenstadium. Uit ongedifferentieerde mesenchymcellen ontstaan ook andere celtypen, waaronder fibroblasten. De rijpe vetcel is in werkelijkheid veel groter in verhouding tot de andere hier afgebeelde cellen.

vormgeving van het lichaam. Vetafzettingen fungeren in de handpalm en de voetzool als stootkussen en vullen de ruimte tussen weefsels op, waardoor organen op hun plaats gehouden worden. Vet is een slechte warmtegeleider en levert daardoor tevens een bijdrage aan de warmte-isolatie van het lichaam. Onderzoek heeft aangetoond dat vetweefsel enkele hormonen produceert die betrokken zijn bij de vetregulatie.

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_5, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media

140

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

5 VET W EEFS EL

a

b Figuur 5.2 a LM-opname van menselijk wit vetweefsel. Het beeld wordt ingenomen door een enkele vacuole (univacuolair) per cel, waaruit het vet verdwenen is (door de alcohol). Het cytoplasma van de cellen is wandstandig, met hier en daar een donker puntje, de kern van de cel. 400 ×. b LM-opname van wit vetweefsel dat afkomstig is van vetweefsel dat naast de aorta van een rat lag. Door de fixatie voor elektronenmicroscopie met onder andere osmiumtetroxide is het vet gefixeerd en niet uitgespoeld door de alcoholdehydratatie, zoals dat gebeurt voor de inbedding in paraffine. Het weefsel werd ingebed in Epon en coupes werden gekleurd met toluïdineblauw, dat het weinige cytoplasma blauw kleurt. Het vet heeft een andere kleur en kleurt in dit geval dus metachromatisch. Naast de vetcellen zien we ook kleine bloedvaten. Het vetweefsel is rijkelijk voorzien van deze bloedvaten. 200 × (opnamen: E. Wisse).

Afhankelijk van het dieet varieert univacuolair vetweefsel in kleur van wit tot donkergeel. De gele kleur wordt voornamelijk veroorzaakt door carotenoïden die in het vet zijn opgelost. Univacuolair vetweefsel bevindt zich vrijwel overal in het lichaam, behalve in de oogleden, de penis, het scrotum en de oorlel. De verdeling en de dichtheid van vetweefsel worden bepaald door de leeftijd en het geslacht. Bij pasgeborenen heeft univacuolair vetweefsel over het hele lichaam een vrijwel gelijke dikte; bij ouderen verdwijnt het op bepaalde plaatsen en wordt het dikker op andere. Deze herverdeling wordt gereguleerd door geslachts- en bijnierschorshormonen, die tevens verantwoordelijk zijn voor de mannelijke en vrouwelijke lichaamsvorm.

(dichtebolpakking). Bij het maken van histologische preparaten wordt vet door alcohol en xyleen opgelost. Daardoor ziet een vetcel er in paraffinecoupes uit als een cel met een smalle rand van cytoplasma gelegen rond een lege vacuole – waarin het vet aanwezig was – en een excentrische kern. Vanwege de gelijkenis met een zegelring noemt men dit wel een zegelringcel. In het cytoplasma rondom de kern bevinden zich een Golgi-complex, mitochondriën, weinig RER en vrije ribosomen. Rond de vetdruppel vindt men SER, microtubuli en talrijke pinocytoseblaasjes. De vetdruppels worden niet door een membraan begrensd, maar zijn omgeven door vimentinefilamenten. Univacuolair vetweefsel wordt bijeengehouden door bindweefsel, waarin bloedvaten en zenuwen lopen. Rondom elke cel ligt een fijn netwerk van dunne collagene vezels dat de vervormbare vetcellen steunt en onderling verbindt. Hierdoor heeft het vetweefsel een verend elastisch karakter. Univacuolair vetweefsel is rijk gevasculariseerd, wat de uitwisseling van stoffen tussen weefsel en bloed vergemakkelijkt.

Histologie

Histogenese

Univacuolaire vetcellen zijn rond als ze solitair voorkomen (fig. 5.2 en fig. 5.3). Ze hebben dan een diameter van 50 tot 150 μm. In weefselverband zijn ze veelhoekig

Univacuolaire vetcellen ontstaan uit een aparte voorlopercel, de lipoblast (preadipocyt), die lijkt op een fibroblast. Lipoblast en fibroblast zijn beide afkomstig

Er bestaan twee soorten vetweefsel: 1 univacuolair of wit vetweefsel: hierin heeft elke vetcel één grote centrale vetdruppel; 2 plurivacuolair of bruin vetweefsel: hierin bevat elke vetcel vele kleine vetdruppels. UNIVACUOLAIR VETWEEFSEL

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

5 VETWEEFSEL

141

Figuur 5.3 TEM-opname van vetcellen in het omentum van een varken. De univacuolaire vetcellen bevatten een zeer grote vetdruppel. De vetvacuole wordt omgeven door een dun randje cytoplasma van de adipocyt. De cellen zijn verbonden met een losmazig bindweefsel, waarin ook enkele kleine capillairen te herkennen zijn. 1200 × (opname: E. Wisse).

van ongedifferentieerde mesenchymale voorlopercellen. De langgerekte lipoblast onderscheidt zich door het vermogen vetdruppels in het cytoplasma op te slaan. Deze vetdruppels fuseren tot één grote vetdruppel. Bij de mens begint de vorming van vetdepots in de 30e week van de zwangerschap. Kort na de geboorte en voorafgaand aan de puberteit vindt ook nog een toename van het aantal vetcellen plaats. Het aantal vetcellen in het lichaam zal voornamelijk in deze perioden bepaald worden aan de hand van de voeding. Hierna blijft het totale aantal vetcellen in het lichaam constant. De toeof afname van het volume van het vetweefsel bestaat dan eerder uit een verandering van het volume van de

bestaande univacuolaire vetcellen dan van een verandering van hun aantal.

Histofysiologie Lipiden in vetcellen zijn in hoofdzaak triglyceriden (esters van vetzuren en glycerol) (fig. 5.4). De vetten zijn afkomstig van de volgende bronnen. 1 Het voedsel: vetten worden in het lumen van de darm afgebroken tot glycerol, vetzuren en monoglyceriden. Na opname van deze moleculen in het darmepitheel vindt resynthese plaats van triglyceriden, die als kleine druppeltjes (chylomicronen) via lymfevaten naar de bloedbaan worden afgevoerd.

142

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

5 VET W EEFS EL

vetcel

zenuweindiging met norepinefrine

capillair albumine transporteert vrije vetzuren

vrije vetzuren

albumine glycerol hormoongevoelige lipase

glucose cAMP

nucleus

glycerolfosfaat

chylo VLDL

triglyceridedruppel (opslag)

lipoproteïnelipase

triglyceriden

vrije vetzuren

Figuur 5.4 Schematische weergave van de opname, opslag en afgifte van vet door een adipocyt. Triglyceriden worden in het bloed aangevoerd vanuit de darm en lever door lipoproteïnepartikels in de vorm van chylomicronen (chylo) en ‘very-lowdensity’-lipoproteïnen (VLDL). In de capillairen van het vetweefsel worden deze lipoproteïnen gedeeltelijk afgebroken door lipoproteïnelipase; hierbij komen vrije vetzuren en glycerol vrij. De vrije vetzuren diffunderen uit het capillair naar de adipocyt, waarna opnieuw triglyceriden ontstaan. De aldus in de druppel opgehoopte triglyceriden blijven daar tot er behoefte is aan de mobilisatie van het vet. Norepinefrine dat vrijkomt aan zenuwuiteinden, stimuleert het cyclisch AMP-systeem (cAMP), dat het hormoongevoelige lipase activeert. Dit enzym hydrolyseert triglyceriden tot vrije vetzuren en glycerol. Deze stoffen diffunderen naar de capillairen, waar de vrije vetzuren aan albumine worden gebonden om naar plaatsen getransporteerd te worden waar ze als energiebron gebruikt kunnen worden.

2

3

De lever: nieuw gesynthetiseerde triglyceriden worden in de vorm van lipoproteïnen met een zeer lage moleculaire massa, ‘very-low-density’-lipoproteïnen (VLDL), aan het bloed afgegeven. De vetcellen zelf: door synthese van vetzuren en glycerolfosfaat uit glucose.

Chylomicronen zijn partikels met een variërende diameter tot 3 μm. Ze worden in darmepitheelcellen gevormd en komen via lymfevaten in de bloedbaan terecht (hoofdstuk 14). Ze bestaan uit een centrum van triglyceriden en een geringe hoeveelheid cholesterolesters, die omgeven worden door een stabiliserende laag van apolipoproteïnen, cholesterol en cholesterolesters. De veel kleinere VLDL-partikels hebben andere apolipoproteïnen op hun oppervlak en een hogere cholesterolesters-triglyceridenratio. Chylomicronen en VLDL-deeltjes worden aan het luminale oppervlak in de capillairen van het vetweefsel gehydrolyseerd door een lipoproteïnelipase, dat in de vetcel wordt gesynthetiseerd en aan de celmembraan van endotheelcellen wordt overgedragen. De restanten van de chylomicronen worden als kleinere ‘remnants’ door parenchymcellen van de lever opgenomen

(hoofdstuk 15). De vrije vetzuren komen de vetcel binnen op nog niet geheel begrepen wijze, waarbij zowel vrije diffusie als actief transport een rol kan spelen. Pinocytoseblaasjes zijn hierbij waarschijnlijk niet betrokken. De verschillende lipoproteïnedeeltjes kunnen ook onderling componenten uitwisselen. Door selectieve opname van componenten uit deze deeltjes ontstaat tijdens de circulatie een reeks van verschillende lipoproteïnedeeltjes (HDL, LDL, VLDL) die voor de vethuishouding belangrijk zijn en die vanwege hun verschillende cholesterolinhoud ook een belangrijke medische implicatie hebben. Van de endotheelcel naar de adipocyt leggen vetzuren een gecompliceerde weg af (fig. 5.4): 1 de celmembraan en het cytoplasma van de endotheelcel; 2 de lamina basalis van het capillair; 3 de grondsubstantie van het bindweefsel; 4 de lamina basalis en de plasmamembraan van de vetcel. In de vetcel verbinden vetzuren zich met een intermediair product van het glucosemetabolisme,

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

glycerolfosfaat, tot triglyceriden, die in de vetdruppel worden opgenomen. Bij het opnemen en verwerken van lipiden spelen het SER en de mitochondriën een activerende rol. Vetcellen kunnen vetzuren ook synthetiseren uit glucose, een proces dat versneld wordt door insuline. Bovendien bevordert insuline de glucoseopname. Opgeslagen vetten kunnen gemobiliseerd worden door hormonale of neurogene prikkels. Vetzuren en glycerol worden dan aan het bloed afgegeven. Als het vetweefsel gestimuleerd wordt door norepinefrine (vrijkomend aan zenuwuiteinden van de postganglionaire sympathische zenuwen, die eindigen in de bloedvatwanden en niet op de vetcellen), wordt het hormoongevoelige lipase geactiveerd. Dit enzym breekt in de vetcel vooral triglyceriden af die dicht aan het oppervlak van de vetdruppel liggen. De niet in water oplosbare vetzuren worden, gebonden aan albumine, naar andere weefsels vervoerd, terwijl het beter oplosbare glycerol vrij in het bloedplasma blijft en door de lever wordt opgenomen. Groeihormoon, glucocorticoïden, prolactine, corticotropine (ACTH), insuline en schildklierhormoon hebben (via receptoren op de adipocyten) eveneens invloed op verschillende fasen van de stofwisseling in het vetweefsel. Daarnaast produceert vetweefsel zelf ook een aantal hormonen. Zo is van het zeer goed bestudeerde hormoon leptine bekend dat het deelneemt in de regulatie van de hoeveelheid vetweefsel in het lichaam. Het reageert met receptoren in de hypothalamus en in andere weefsels. Het heeft onder andere een remmend effect op de eetlust en het bevordert het energieverbruik. Als er behoefte is aan energie, kunnen de vetreserves worden aangesproken: het eerst in de onderhuidse, mesenteriale en retroperitoneale depots, terwijl het onderhuidse vet in de handpalmen of voetzolen en het vetweefsel in het beenmerg (ook bij lange hongerperioden) worden ontzien. De vetmobilisatie treedt op aan de rand van de grote vetdruppel. Daarna splitst zich een aantal druppels af. Dit plurivacuolaire stadium vergemakkelijkt de vetmobilisatie (door oppervlaktevergroting). Tijdens dit proces veranderen de ronde vetcellen in spoelvormige rustende adipocyten, die bij hernieuwde aanvoer zich weer met vet vullen. Na een periode van hongeren neemt de omvang van de vetdepots af doordat de cellen kleiner worden, maar het aantal vetcellen neemt niet af. Bij hernieuwde, vet- en glucoserijke voeding kan het vetweefsel zich dus snel herstellen.

5 VETWEEFSEL

143

Medische context Zwaarlijvigheid (obesitas) laat het risico van cardiovasculaire ziekten toenemen. Hypertrofische obesitas ontstaat door ophoping van vet in univacuolaire vetcellen, die bijna viermaal zo groot kunnen worden. Hypercellulaire obesitas is het gevolg van een teveel aan vetcellen. Men neemt aan dat door overvoeding tijdens de neonatale groeiperiode een sterke vermeerdering van vetcellen kan optreden, hetgeen predisponeert voor obesitas op latere leeftijd. Aangezien het aantal vetcellen bij een vermageringsdieet niet daalt, zal bij het staken van het dieet het oude gewicht weer snel terugkeren (jojo-effect). Chirurgische verwijdering van vetweefsel (liposuctie) leidt ook niet tot een blijvende gewichtsvermindering. De ontstaanswijze van nieuwe vetcellen na een dergelijke ingreep is nog niet opgehelderd. Het blijkt dat er verschillen in gen-expressie bestaan tussen visceraal en subcutaan vetweefsel, hoewel de cellen er histologisch identiek uitzien. Dit kan belangrijk zijn voor de waarneming dat de hoeveelheid visceraal vet een groter risico van diabetes en cardiovasculaire aandoeningen met zich meebrengt dan de hoeveelheid subcutaan vet.

PLURIVACUOLAIR VETWEEFSEL

Plurivacuolair of bruin vetweefsel heeft een karakteristieke bruine kleur door de aanwezigheid van gekleurde cytochromen in de talrijke mitochondriën van de vetcellen (fig. 5.5 en fig. 5.6). Dit vetweefsel wordt in het menselijke embryo en bij de pasgeborene op een aantal plaatsen aangetroffen. Bij een volwassene komt het, in zeer geringe hoeveelheden, verspreid voor en het is vaak gemengd met wit vetweefsel. De functionele betekenis van bruin vet lijkt beperkt te zijn tot de eerste levensmaanden: dan produceert het warmte (en beschermt het tegen de koude buitenwereld na het verblijf in utero). Dit blijkt ook uit het feit dat te vroeg geboren zuigelingen problemen hebben met hun warmteregeling. Bruin vetweefsel bij de mens komt pas na de 30e week van de zwangerschap tot ontwikkeling. Recent wetenschappelijk onderzoek suggereert dat bruin vetweefsel ook in volwassenen nog een functionele rol kan hebben.

144

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

5 VET W EEFS EL

Histologie De veelhoekige plurivacuolaire vetcellen zijn kleiner dan univacuolaire, bevatten talrijke vetdruppels van verschillende grootte alsook veel mitochondriën met lange cristae; SER en RER zijn weinig ontwikkeld. Bruin vetweefsel lijkt qua bouw enigszins op een endocriene klier: de cellen zijn bijna in een epitheliaal verband langs de bloedvaten gerangschikt en het vaatnet is buitengewoon dicht. Het weefsel als geheel is, meer dan bij het gewone univacuolaire vetweefsel, door bindweefselschotten in lobuli verdeeld.

Histogenese De vorming van bruin vetweefsel verloopt anders dan die van wit vetweefsel. De mesenchymale voorlopercellen die de bruine vetcellen gaan vormen, liggen vóórdat ze met vetophoping beginnen, aaneengesloten langs bloedvaten. Na de geboorte vindt zeer waarschijnlijk geen nieuwvorming meer plaats. Figuur 5.5 Verspreiding van (bruin) vetweefsel in een menselijk embryo. Zwarte gebieden: plurivacuolair vetweefsel; grijze gebieden: vermenging van plurivacuolair en univacuolair vetweefsel (bron: Merklin 1974).

Histofysiologie Wanneer een pasgeborene aan koude wordt blootgesteld, komt noradrenaline vrij. Deze stof activeert het hormoongevoelige lipase in de vetcellen. Dit heeft de hydrolyse van triglyceriden in vetzuren en glycerol tot gevolg. Tegelijkertijd wordt in de cellen het proces van de oxidatieve fosforylering ontkoppeld, waardoor er geen ATP gesynthetiseerd wordt en alle energie die afkomstig is van het elektronentransport als warmte vrijkomt. Hiertoe bevatten de mitochondriën in plurivacuolaire vetcellen het eiwit thermogenine (UCP-1). Het

a

b Figuur 5.6 a LM-opname met plurivacuolair vetweefsel in het onderste deel van de foto. De vetcellen tonen een centraal gelegen ronde kern, omgeven door vele vetdruppels. Hoewel het niet goed te zien is in deze opname, is dit weefsel sterk gevasculariseerd. In het bovenste deel van de figuur zijn univacuolaire vetcellen van wit vetweefsel aanwezig. b Tekening van een plurivacuolaire (bruine) vetcel. De kern ligt centraal, terwijl het cytoplasma gevuld is met vetdruppels en talrijke mitochondriën. Linksboven is een sympathisch zenuwuiteinde met synaptische blaasjes te zien dat contact maakt met de vetcel.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

zuurstofverbruik en de warmteontwikkeling nemen toe en de verhoogde temperatuur van het vetweefsel verwarmt het erdoorheen stromende bloed, dat de calorieën verspreidt over het lichaam. De mitochondriën kunnen de oxidatieve fosforylering ook weer koppelen. Afhankelijk van de behoefte van het lichaam kunnen ze dus kiezen tussen ofwel warmteproductie ofwel ophoping van ATP. SAMENVATTING

r

r r

r r

HOOFDSTUK 5

145

Medische context Tumoren van vetweefsel kunnen benigne (lipomen) of maligne (liposarcomen) zijn. Lipomen komen veelvuldig voor en zijn meestal subcutaan gelegen. Liposarcomen worden doorgaans retroperitoneaal aangetroffen of in de ledematen.

VETWEEFSEL

Vetcellen of adipocyten zijn mesenchymale cellen, die vet kunnen stapelen. Stapeling van vet heeft als functie om energie op te slaan, maar ook om vorm te geven aan het lichaam of om warmte-isolatie te bieden. Het vet in vetcellen is afkomstig van dieetvet uit de darm, ‘very-low-density’-lipoproteïnen (VLDL) uit de lever of eigen synthese van vet. Lipiden kunnen gemobiliseerd worden door lipases, die op hun beurt geactiveerd worden door glucagon, groeihormoon of norepinefrine uit sympathische zenuwen. Vetcellen in vetweefsel worden bijeengehouden door los bindweefsel. Er zijn twee typen vetweefsel te onderscheiden: wit (univacuolair) en bruin (plurivacuolair).

Wit vetweefsel r

5 VETWEEFSEL

Wit vetweefsel komt verspreid voor in veel weefsels en organen. Vetcellen zijn univacuolair en kunnen een enorme omvang bereiken (50-150 μm), doordat de vacuole die het vet bevat veel groter

wordt dan de oorspronkelijke cel. De rest van het cytoplasma wordt hierbij aan de kant geschoven en zo ontstaat een zogeheten zegelringcel.

Bruin vetweefsel r

r

Bruin vetweefsel komt vooral voor bij pasgeborenen, minder bij volwassenen. Vetcellen van bruin vetweefsel zijn kleiner dan die van wit vetweefsel. Bruin vetweefsel bevat plurivacuolaire vetcellen: het vet ligt in verscheidene kleine vacuolen in het cytoplasma verspreid. De cellen bevatten ook veel mitochondriën die een rol spelen in de verbranding van vetten. Bij deze verbranding ontstaat warmte. Na de geboorte betreft dit een belangrijke warmtebron van een baby, min of meer noodzakelijk na de constante warmte in de baarmoederomgeving. Het eiwit dat hier een belangrijke rol bij speelt, is thermogenine (UCP1). Het schakelt de ATP-productie in mitochondriën over op thermogenese.

Kijk voor oefenvragen en samenvattingen op www.studiecloud.nl

6 Kraakbeen

INLEIDING

kraakbeen in de oorschelp

Kraakbeen is een gespecialiseerde vorm van bindweefsel, dat door de typische elastische consistentie van de extracellulaire matrix weerstand kan bieden tegen druk zonder blijvende veranderingen te ondergaan. In tegenstelling tot de trekvastheid van botweefsel is die van kraakbeen maar gering. Kraakbeen komt op verschillende plaatsen in het lichaam voor (fig. 6.1) en heeft daar ook verschillende functies.

epiglottis larynx trachea

gewrichtskraakbeen

kraakbeen van de tussenwervelschijven kraakbeen in de luchtwegen (in longen, trachea en larynx)

schaambeensvoeg

meniscus (schijfvormig kraakbeen in kniegewricht)

Kraakbeen bestaat uit cellen (chondrocyten) die soms groepsgewijs in holten (lacunae) van de door hen uitgescheiden extracellulaire matrix liggen (fig. 6.2, fig. 6.4 en fig. 6.5). De kraakbeenmatrix bestaat uit collageen, hyaluronzuur, proteoglycanen en een kleine hoeveelheid glycoproteïnen. Elastisch kraakbeen bevat bovendien nog elastine.

Op plaatsen waar kraakbeen weerstand moet bieden aan grote drukkrachten, is het gehalte aan collagene vezels groot; het is dan ook weinig vervormbaar. Waar kraakbeen buigbaar is en minder druk- of trekkrachten hoeft op te vangen, zoals in het uitwendige oor, bevat het meer elastische vezels en minder collageen.

long

ribkraakbeen

Het kraakbeen: 1 geeft steun aan weke delen; 2 verbindt botten; 3 vormt een lagering voor gewrichten; 4 speelt een rol bij de aanleg en groei van pijpbeenderen.

De veerkracht van de kraakbeenmatrix berust op: 1 elektrostatische verbindingen tussen collagene vezels en de glycosaminoglycaanzijketens van het centrale eiwit van de proteoglycanen; 2 het vasthouden van water door de negatief geladen glycosaminoglycaanzijketens van proteoglycanen; 3 de buigbaarheid en onderlinge verschuifbaarheid van collagene vezels.

kraakbeen in de neus

gewrichtskraakbeen

hyalien kraakbeen vezelig kraakbeen elastisch kraakbeen

Figuur 6.1 Op deze figuur staat aangegeven waar in het lichaam het kraakbeen voorkomt, gespecialiseerd naar de drie typen: hyalien, vezelig en elastisch kraakbeen. Kraakbeen wordt onder meer gevonden in gewrichten, in de aanhechting van de ribben, in de oorschelp en de neus, in de trachea en tussen de wervels.

1

2 3

Er zijn drie vormen van kraakbeen (tabel 6.1): hyalien kraakbeen, dat het meest voorkomt en waarvan de matrix voornamelijk bestaat uit collageen type II; elastisch kraakbeen, dat naast collageen type II een grote hoeveelheid elastische vezels bevat; vezelig kraakbeen, dat druk- en trekkrachten goed kan weerstaan en voornamelijk is opgebouwd uit een dicht netwerk van collageen-type-I-vezels.

Kraakbeen is niet gevasculariseerd en wordt gevoed vanuit omringende weefsels. De weefselvloeistof van de

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_6, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media

148

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

a

6 KRAAKB EE N

c

b

d

Figuur 6.2 Histogenese van hyalien kraakbeen in vier stappen: a op de plaatsen waar hyalien kraakbeen gevormd wordt, kunnen mesenchymale cellen differentiëren tot chondroblasten; b chondroblasten delen actief in een geringe hoeveelheid matrix; c door de productie van meer matrix komen de chondroblasten op grotere afstand van elkaar te liggen in een nog plastische matrix; d de matrix is gerijpt tot een definitieve matrix, de chondrocyten delen nog wel, maar produceren geen matrix meer, zodat ze als isogene groepjes chondrocyten bijeen blijven liggen in hun gezamenlijke lacune.

Tabel 6.1

Eigenschappen van de drie typen kraakbeen Hyalien kraakbeen

Elastisch kraakbeen

Vezelig kraakbeen

Voornaamste eigenschappen van de extracellulaire matrix

Homogeen, met collageen type II en aggrecan

Collageen type II, aggrecan en elastische vezels

Collageen type II en grote gebieden met straf bindweefsel dat collageen type I bevat

Voornaamste cellen

Chondrocyten, chondroblasten

Chondrocyten, chondroblasten

Chondrocyten, fibroblasten

Organisatie van chondrocyten

Geïsoleerd of in kleine isogene groepen

Overwegend in kleine isogene groepen

Geïsoleerd of in kleine, in strengen georiënteerde, isogene groepen

Ja

Nee

Aanwezigheid perichondrium Ja (behalve epifyse en gewrichtskraakbeen) Voornaamste locaties/ voorbeelden

Bovenste luchtwegen; gewrichtskraakbeen en epifysaire schijven in pijpbeenderen; foetaal skelet

Oorschelp, uitwendige gehoorgang; epiglottis en overig kraakbeen in larynxgebied

Tussenwervelschijven, symphysis pubica, menisci en enkele andere gewrichten; peesaanhechtingen

Voornaamste functies

Zorg dragen voor een glad en soepel gewrichtsoppervlak; steun geven aan de luchtwegen

Zorgen voor flexibiliteit van – en steun geven aan – weke weefsels

Demping; weerstand bieden aan druk- en trekkrachten

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

6 KRAAKBEEN

149

fibroblast van het perichondrium perichondrium

chondroblast

hyaluronzuur

kraakbeen type II collagene fibril hyaluronzuur

interterritoriale matrix

verbindingseiwit

chondroïtinesulfaat chondrocyt proteoglycaan territoriale matrix

collageen type II

eiwitketen van proteoglycaan

b

a Figuur 6.3 a Schematische voorstelling van het gebied waar het perichondrium en het hyaliene kraakbeen in elkaar overgaan. Wanneer de perichondriumcellen tot chondrocyten differentiëren, ronden ze zich af, krijgen ze een onregelmatig oppervlak en worden ze geheel door matrix omgeven. Zo nemen ze deel aan een appositionele groei (voor meer informatie hierover, zie de paragraaf ‘Groei’, even verderop). Kraakbeenmatrix bevat veel fijne collagene fibrillen (type II), behalve in de directe omgeving van de chondrocyten, waar de matrix hoofdzakelijk uit glycosaminoglycanen bestaat. Dit gebied wordt de kraakbeenhof of territoriale matrix genoemd. b Schematische weergave van de moleculaire organisatie in de kraakbeenmatrix. Verbindingseiwitten binden de eiwitketen van proteoglycanen aan de lineaire hyaluronzuurmoleculen. De zijketens van chondroïtinesulfaat van het proteoglycaan zijn elektrostatisch gebonden aan de collagene vezels. Hierdoor ontstaat een matrix die haar stevigheid en samenhang ontleent aan deze tussenverbindingen.

kraakbeenmatrix, die tot 75% van het natte gewicht van kraakbeen inneemt, fungeert hierbij als transportmedium. Kraakbeen bevat geen lymfevaten of zenuwen en heeft een trage stofwisseling. Het perichondrium is een kapsel van dicht bindweefsel, dat het kraakbeen bijna overal omsluit, behalve op de gewrichtsvlakken (fig. 6.3 en fig. 6.4). Het perichondrium gaat naar buiten over in losmazig bindweefsel en gaat naar binnen geleidelijk over in het kraakbeenweefsel. In het perichondrium liggen de bloedvaten van waaruit het kraakbeen wordt gevoed. Gewrichtskraakbeen heeft geen perichondrium en wordt door diffusie van zuurstof en voedingsstoffen voorzien vanuit de synoviale vloeistof. HYALIEN KRAAKBEEN

Hyalien kraakbeen komt veel voor en is in verse toestand doorschijnend en blauwachtig wit (fig. 6.4 en

fig. 6.5). In het embryo vormt het een tijdelijk skelet dat later door bot vervangen wordt. Het komt voor in de epifysaire schijf van de pijpbeenderen, waar het een belangrijke rol speelt bij de lengtegroei (hoofdstuk 7). Verder komt het voor in de wand van de ademhalingswegen (van de trachea tot aan de bronchioli), aan de ventrale uiteinden van de ribben en als gewrichtskraakbeen. De kraakbeenmatrix bestaat voor circa 40% uit collageen type II, ingebed in een sterk gehydrateerde grondsubstantie van proteoglycanen en structurele glycoproteïnen (fig. 6.3). In histologische routinepreparaten is dit collageen niet zichtbaar, omdat: 1 het overwegend in de vorm van fijne fibrillen voorkomt, die niet met de lichtmicroscoop waargenomen kunnen worden; 2 de brekingsindex van de fibrillen vrijwel gelijk is aan die van de omgevende grondsubstantie.

150

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

6 KRAAKB EE N

Figuur 6.4 Hyalien kraakbeen. De meeste chondrocyten liggen groepsgewijs bijeen in lacunae van de kraakbeenmatrix. Deze isogene groepen ontstaan doordat chondroblasten blijven delen totdat ze als groep ingesloten raken in de kraakbeenmatrix. Het bovenste en het onderste deel van de figuur laten het perichondrium zien. Hierin kunnen fibroblasten tot chondrocyten differentiëren gedurende de groei van kraakbeen. Zie ook figuur 6.3, 100 × (opname: E. Wisse).

De proteoglycanen, zoals het aggrecan in de kraakbeenmatrix van hyalien kraakbeen, bestaan vooral uit de glycosaminoglycanen chondroïtine-4-sulfaat, chondroïtine-6-sulfaat en keratansulfaat. Deze zijn covalent aan het centrale as-eiwit gebonden (tabel 6.2). Een groot aantal van deze proteoglycanen is (niet-covalent) gebonden aan de langgerekte moleculen van hyaluronzuur. Deze proteoglycaanaggregaten gaan een elektrostatische binding aan met collageen en kunnen een lengte bereiken van 4 μm. Chondronectine is een structurele glycoproteïne die specifiek hecht aan glycosaminoglycanen, collageen type II en via integrinen de hechting van chondrocyten aan de

Tabel 6.2 Samenstelling van de proteoglycanen in kraakbeenmatrix (gemiddelde molecuulmassa 2,5 × 106) Component

Aantal ketens

Molecuulmassa (u)

% van het droge gewicht

As-eiwit

1

200-350.000

7-12

Chondroïtinesulfaat

100

20.000

85

Keratansulfaat

50

5.000

7

matrix bevordert. Het hoge gehalte aan water, dat bindt aan de negatieve ladingen van de glycosaminoglycanen, werkt als een schokbreker. Dit is van groot belang, vooral bij gewrichtskraakbeen (hoofdstuk 7).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

6 KRAAKBEEN

151

Figuur 6.5 Een detail van het weefsel getoond in figuur 6.4. In een routinefixatie worden de chondrocyten niet goed gefixeerd, zoals blijkt uit het celbeeld. De kernen van de chondrocyten zijn nog wel te onderscheiden, maar het cytoplasma is niet goed bewaard. Vezels zijn in deze preparaten niet te zien. Ze zijn wel aanwezig, maar zijn door de matrix gemaskeerd. 250 × (opname: E. Wisse).

De kraakbeenmatrix die in de directe omgeving van de chondrocyten ligt, wordt kraakbeenhof of territoriale matrix genoemd. Deze matrix bevat relatief veel glycosaminoglycanen en weinig collageen. Histochemisch wordt deze gekenmerkt door een sterkere basofilie, metachromasie en PAS-positiviteit dan de verder van de cel af gelegen interterritoriale matrix, waarin relatief meer collageen aanwezig is.

Perichondrium Behalve op de gewrichtsvlakken is het hyaliene kraakbeen aan de buitenzijde omgeven door een laag van dicht bindweefsel, het perichondrium. Deze laag is essentieel voor de groei en instandhouding van het

kraakbeen en bevat veel collagene vezels van het type I en cellen die op fibroblasten lijken. De cellen kunnen differentiëren tot chondroblasten en chondrocyten.

Chondrocyten Naar de buitenkant van een hyalien kraakbeenstuk is de vorm van de chondroblasten afgeplat elliptisch, met de lengteas parallel aan het oppervlak. Verder naar binnen worden de chondrocyten meer bolvormig en komen vaak voor in isogene groepen van meestal niet meer dan acht cellen, zogeheten chondronen; deze zijn via mitotische delingen afkomstig van één chondroblast. In het hyaliene kraakbeen van de epifysaire groeischijf hebben deze isogene groepen de vorm van lange, parallelle zuilen in de

152

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

6 KRAAKB EEN

a

b Figuur 6.6 TEM-opnamen van chondrocyten. a In chondrocyten vindt men naast de kern een sterk ontwikkeld RER. In het RER worden collageen en andere matrixbestanddelen gesynthetiseerd. In dit EM-preparaat en met deze fixatie zijn de uniforme, fijne collagene fibrillen (type II) in de matrix te zien. 3750 ×. b TEM-opname van een deel van een chondroblast in vezelig kraakbeen. In de matrix zien we dicht opeengepakte collagene fibrillen; het Golgi-complex (G) ligt rechts boven de celkern. N = nucleus; RER = ruw endoplasmatisch reticulum. 20.000 ×.

lengterichting van het beenstuk. Bij de histologische bewerking voor routineuze lichtmicroscopie ondergaan de matrix en de kraakbeencellen ongelijke vormveranderingen. Hierbij laten de cellen door schrompeling los van de wand van de lacunae en ontstaat er een kunstmatige ruimte. Chondrocyten synthetiseren collageen (voornamelijk type II), proteoglycanen, hyaluronzuur en chondronectine. In het cytoplasma kunnen, naast RER en Golgi-complex, glycogeenkorrels en vetdruppels worden aangetroffen (fig. 6.6).

Histofysiologie Kraakbeen bevat geen bloedvaten, daarom voltrekt de stofwisseling van chondrocyten zich bij een lage zuurstofspanning. Voor hun energiewinning zetten ze glucose om door anaerobe glycolyse, met melkzuur als eindproduct. Voedingsstoffen uit de bloedvaten in het perichondrium bereiken de dieper gelegen chondrocyten

door diffusie via het (vrijwel volledig gebonden) water van de matrix en de afwisselende compressie en decompressie van het kraakbeen. Hierdoor is er een zekere grens aan de dikte van het kraakbeen. Veranderingen in de matrix, zoals verkalkingen, kunnen de diffusie belemmeren, waardoor de chondrocyten afsterven. Het functioneren van chondrocyten wordt beinvloed door hormonen. In het algemeen wordt de synthese van gesulfateerde glycosaminoglycanen bevorderd door groeihormoon, thyroxine en testosteron en vertraagd door cortison, hydrocortison en oestradiol. Kraakbeengroei is afhankelijk van het hypofysaire groeihormoon somatotropine. Dit hormoon, dat uitgescheiden wordt door de hypofysevoorkwab, wordt in de lever omgezet in somatomedine (‘insulin-like growth factor’). Somatomedine bevordert de delingsactiviteit van kraakbeencellen, in het bijzonder in de epifysaire schijf van pijpbeenderen tijdens de lengtegroei.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

6 KRAAKBEEN

153

Figuur 6.7 LM-opname van elastisch kraakbeen van de oorschelp. De chondrocyten worden omgeven door een veerkrachtig netwerk van elastische vezels dat zichtbaar gemaakt is door een Weigert-kleuring. Boven en onder in de figuur is het perichondrium zichtbaar. 100 × (opname: E. Wisse).

Medische context Ouderdom kan leiden tot degeneratie of slijtage van het kraakbeen van gewrichten (osteoartrose). Hierbij gaan delen van de kraakbeenbekleding verloren, met als gevolg een onherstelbaar functieverlies, aangezien regeneratie vanuit een perichondrium niet mogelijk is. Wel zullen overblijvende kraakbeencellen een poging tot herstel doen door lokaal te gaan prolifereren. Alleen bij een diepe laesie tot in het onderliggende bot is ‘herstel’ van kraakbeen mogelijk. Het gevormde weefsel zal echter voornamelijk

fibreus zijn en nooit helemaal de goede eigenschappen van kraakbeen aannemen. Verschillende kleine laesies die op jongere leeftijd zijn ontstaan, kunnen later het optreden van meer gegeneraliseerde degeneratieve veranderingen bevorderen. Bij osteoartritis is er een ontsteking in het gewricht die gepaard gaat met pijn. Deze ontsteking ontstaat doordat kleine fragmenten vrijkomen bij de slijtage van het kraakbeen. Deze fragmenten zetten aan tot secretie van matrixmetalloproteïnases en andere factoren door macrofagen in het aangrenzende weefsel.

154

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

6 KRAAKB EEN

Histogenese Kraakbeen ontstaat uit mesenchym. De mesenchymcellen ronden zich eerst af en trekken hun cytoplasma-uitlopers in. Daarna gaan ze zich vermenigvuldigen en vormen dichte opeenhopingen van cellen. De ontstane chondroblasten hebben een basofiel cytoplasma dat veel ribosomen bevat. Naarmate deze cellen meer kraakbeenmatrix in hun omgeving afzetten, verwijderen de chondroblasten zich van elkaar. De differentiatie van een kraakbeenstuk voltrekt zich van binnen naar buiten; daarom tonen de binnenste cellen al karakteristieken van chondrocyten, terwijl de buitenste nog typische chondroblasten zijn. Het aangrenzende mesenchym ontwikkelt zich tot het perichondrium met chondroblasten en fibroblasten.

Groei De groei van kraakbeen kan op twee manieren plaatsvinden: 1 interstitiële groei, waarbij chondroblasten gaan delen, matrix afzetten en zo het volume kraakbeen (‘van binnenuit’) laten toenemen; 2 appositionele groei, waarbij perichondriumcellen tot kraakbeencellen differentiëren en zo cellen en matrix (‘van buitenaf’) toevoegen aan het bestaande kraakbeen. Van beide processen is de interstitiële groei het minst omvangrijk. Hij komt voor in de vroege stadia van kraakbeenvorming, waarbij de matrix sterk toeneemt, zoals bij: 1 de epifysaire schijf, die de lengtegroei bepaalt van de pijpbeenderen; 2 de aanleg van gewrichtskraakbeen, waar geen perichondrium aanwezig is. Elders in het lichaam wordt de interstitiële groei moeilijker naarmate de matrix stijver wordt door de vorming van dwarsverbindingen tussen de matrixcomponenten. Verdere kraakbeengroei vindt dan via appositie plaats.

Degeneratie en regeneratie Bij veroudering ondergaat het kraakbeen vaak degeneratieve veranderingen. De matrix verkalkt, waarbij de cellen kunnen afsterven. Hiernaast kan het kraakbeen scheuren gaan vertonen en tevens neemt op den duur de celdichtheid af. Ook kan de maskering (door de grondsubstantie) van de collagene vezels verloren gaan, waardoor ze beter zichtbaar worden; dit proces noemt men asbestvezeling. Bij jonge kinderen kan beschadigd kraakbeen nog enigszins regenereren. Bij volwassenen is regeneratie alleen mogelijk vanuit het perichondrium en ze is dan

vaak ook nog onvolledig. Bij kraakbeenbeschadigingen dringen cellen uit het perichondrium in het defect binnen en kunnen daar nieuwe kraakbeencellen vormen die matrix gaan aanmaken; vaak ontstaat hierbij echter, als gevolg van vaatingroei, alleen bindweefsel. ELASTISCH KRAAKBEEN

Elastisch kraakbeen wordt gevonden in de oorschelp (fig. 6.7), in de wand van de uitwendige gehoorgang, in de buis van Eustachius, in de epiglottis en in sommige kraakbeenstukken van de larynx en van bronchusvertakkingen. In wezen is elastisch kraakbeen gelijk aan hyalien kraakbeen, maar het bevat, naast collagene fibrillen, een netwerk van elastische vezels. Deze geven het elastische kraakbeen in verse toestand een gele tint. Elastisch kraakbeen heeft een perichondrium en kan door appositie groeien. Degeneratieve afwijkingen treden minder vaak op dan bij hyalien kraakbeen. VEZELIG KRAAKBEEN

Vezelig kraakbeen (fig. 6.8) kan het best beschouwd worden als een tussenvorm van hyalien kraakbeen en dicht bindweefsel. Het komt voor in de tussenwervelschijven, in de aanhechtingen van pezen en ligamenten aan het bot en in de symphysis pubica. Het ligt altijd in de buurt van dicht bindweefsel en er is steeds een geleidelijke overgang tussen beide weefsels. De belasting ter plekke bepaalt in hoge mate welk weefseltype zal ontstaan. Ook menisci bestaan uit vezelig kraakbeen. Vezelig kraakbeen bevat chondrocyten die lijken op die van hyalien kraakbeen. Ze komen vaak voor in isogene groepen, waarbij de cellen in rijen achter elkaar liggen, parallel aan de vezels van het collageen type I. Dankzij de collagene vezels kan dit kraakbeen aan grote trekkrachten weerstand bieden met behoud van het draagvermogen. De vezels vormen onregelmatig-dooreenlopende of gerichte bundels, overeenkomstig de trekkrachten die het weefsel moet kunnen opvangen. Vezelig kraakbeen heeft niet een als zodanig herkenbaar perichondrium. Het kan door appositie groeien doordat fibroblastachtige cellen in het randgebied zich differentiëren tot chondroblasten.

Tussenwervelschijven Elke tussenwervelschijf (discus intervertebralis) is door ligamenten met twee wervels verbonden. De schijf bestaat uit twee componenten: een stevige ring, de annulus fibrosus, rond het vloeibare centrum, de nucleus pulposus. r De annulus fibrosus heeft een buitenlaag van dicht weefsel, maar bestaat naar binnen uit lagen van

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

6 KRAAKBEEN

155

Figuur 6.8 LM-opname van vezelig kraakbeen, gekleurd met picrosirius-hematoxyline. Rijen chondrocyten worden gescheiden door kraakbeenmatrix met veel collagene vezels in het bovendeel van de figuur. Aan de onderzijde ziet men kraakbeen van een epifysaire kraakbeenschijf. Het vezelige kraakbeen maakt deel uit van een peesaanhechting. 250 × (opname: E. Wisse).

r

vezelig kraakbeen met spiraalsgewijs gewonden vezels van collageen type II, die in opeenvolgende lagen haaks op elkaar staan. Deze lagen, die aan het bot verankerd zijn, maken dit weefsel bestand tegen trekkrachten en geven het veerkracht. Deze combinatie is nodig om bewegingen (torsies) van de wervelkolom op te kunnen vangen. De nucleus pulposus is afkomstig van de embryonale chorda dorsalis en bestaat uit ronde cellen. Deze cellen liggen in een waterrijke viskeuze matrix die veel hyaluronzuur bevat. Deze matrix dient als een schokbreker die druk overbrengt op de annulus, zoals bij springen. Bij kinderen is de nucleus pulposus groot, maar deze wordt bij het ouder worden kleiner en deels vervangen door vezelig kraakbeen.

Medische context Bij een hernia van de discus intervertebralis ontstaan er scheuren in de annulus fibrosus. Hierbij kan de nucleus leeg worden gedrukt en wordt de tussenwervelschijf platter. Wanneer deze schijf zich achterwaarts verplaatst, kunnen ruggenmergszenuwen worden afgeklemd, waardoor ernstige pijn en neurologische uitvalsverschijnselen kunnen optreden. De pijn wordt niet ervaren op de plaats van de uitgezakte discus, maar in het innervatiegebied van de getroffen ruggenmergszenuw, gewoonlijk in het lagere lumbale gebied (uitstralende pijn).

156

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

SAMENVATTING

r

r

r r r r

r

6 KRAAKB EE N

HOOFDSTUK 6

KRAAKBEEN

Kraakbeen vormt een stevig, samenhangend bindweefsel dat andere weefsels en organen ondersteunt (bijvoorbeeld in de trachea) en dat bovendien de lagering van gewrichten verzorgt. De cellen van het kraakbeen, de chondrocyten, nemen slechts een klein deel van het volume van het weefsel in; voor een groot deel is dit opgebouwd uit extracellulaire matrix (ECM). Chondrocyten liggen in lacunes, uitsparingen in de ECM. De ECM is opgebouwd uit collageen type II, proteoglycanen (bijvoorbeeld aggrecan) en weefselvocht. In het kraakbeen zijn geen bloedvaten, geen lymfevaten en geen zenuwen aanwezig. De levende chondrocyten worden gevoed door diffusie uit de omgeving. Meestal is het kraakbeen omgeven door een perichondrium. Hierin zijn bloedvaten aanwezig, evenals chondroblasten, die regeneratie van het kraakbeen mogelijk maken. In de gewrichten ontbreekt het perichondrium, zodat regeneratie van gewrichtskraakbeen (helaas) niet mogelijk is. Er bestaan drie typen van kraakbeen: hyalien, elastisch en vezelig kraakbeen.

Elastisch kraakbeen r r

Vezelig kraakbeen r r r

r

De ECM van hyalien kraakbeen is een beetje transparant en melkachtig. De collagene vezels zijn niet waarneembaar, omdat de proteoglycanen eenzelfde brekingsindex hebben en het geheel dus een schijnbaar structuurloze, glazige massa vormt. Chondrocyten zijn ofwel solitair ofwel komen in kleine (isogene) groepjes voor, die overblijven nadat de mitosen bij deze cellen door ‘plaatsgebrek’ gestopt zijn.

Vezelig kraakbeen kan men opvatten als hyalien kraakbeen, maar met een groot aandeel van dicht vezelrijk bindweefsel. De chondrocyten zijn klein en worden omgeven door massa’s collagene bundels. Dit type kraakbeen wordt aangetroffen bij de aanhechting van pezen aan een bot en in de tussenwervelschijven.

Kraakbeenvorming, -groei en -regeneratie r r

Hyalien kraakbeen r

Elastisch kraakbeen bevat veel elastische vezels, waardoor dit kraakbeen elastische eigenschappen heeft, zoals in de oorschelp. Elastisch kraakbeen heeft altijd een perichondrium.

r

Kraakbeencellen komen voort uit het mesenchym. Kraakbeen kan van binnenuit groeien, doordat cellen zich delen in een expandeerbare matrix (die nog geen vaste vorm heeft aangenomen); dit is een interstitiële groei. Kraakbeen kan ook vanuit het perichondrium groeien, doordat cellen en ECM zich aan de buitenkant van het weefsel afzetten; dit is appositionele groei. Regeneratie nadat de groei tot stilstand is gekomen, kan na een letsel optreden, maar geschiedt wel langzaam door de slechte bloedvoorziening en door het trage metabolisme van de chondrocyten. Regeneratie blijft echter afhankelijk van de aanwezigheid van een perichondrium.

Kijk voor oefenvragen en samenvattingen op www.studiecloud.nl

7 Bot

INLEIDING

Botweefsel is een gespecialiseerde vorm van bindweefsel. Het is trek- en drukbestendig. Daartoe bestaat het voor 30% uit (organische) collagene fibrillen en voor 60% uit (anorganische) kalkzouten, die de matrix verharden. De resterende 10% omvat water, cellen en bloedvaten. Bot is een van de hardste substanties van het lichaam; alleen tand-email is nóg harder. Desondanks is het bot, ook in volwassen toestand, dynamisch. Onder invloed van druk- en trekkrachten vindt er een voortdurende aanpassing plaats, door de afbraak en opbouw van het botweefsel. Bot vormt het hoofdbestanddeel van het skelet: 1 het ondersteunt weke delen; 2 het beschermt organen, zoals in de schedelholte en de thorax; 3 het vormt een systeem van hefbomen, dat krachten van spieren overbrengt op beenderen en daarmee omzet in bewegingen; 4 het vormt een mergholte met beenmerg, waarin bloedcellen aangemaakt worden; 5 het fungeert als een enorm reservoir voor mineralen; bot bevat 99% van de calciumvoorraad van het lichaam. Bot is samengesteld uit cellen en intercellulair materiaal dat verkalkt is: de bot- of beenmatrix (fig. 7.1). Drie typen cellen zijn te onderscheiden: 1 osteoblasten (botvormende cellen), die de organische componenten van de botmatrix produceren; 2 osteocyten (volwassen botcellen), die in holten (lacunae) van de botmatrix liggen; 3 osteoclasten (botafbrekende cellen), grote multinucleaire cellen die bot kunnen afbreken. Osteoblasten en osteoclasten liggen aan de rand van het (te vormen of af te breken) botweefsel; osteocyten zijn opgenomen in de botmatrix. Het bot bevat tot op een

bepaald niveau een vascularisatie. Omdat dóór de verkalkte botmatrix zelf geen diffusie mogelijk is, vindt de uitwisseling van stoffen tussen osteocyten en de bloedcapillairen uitsluitend plaats via canaliculi, dunne kanaaltjes die door de botmatrix lopen. Aan zowel de binnen- als de buitenzijde zijn alle beenderen bekleed met een bindweefsellaag, het endost en periost. Door de grote hardheid van het bot is het moeilijk coupes voor LM of EM te snijden. Voor histologische studies wordt het bot meestal eerst ontkalkt met zuren of calciumchelerende stoffen, bijvoorbeeld ethyleendiaminotetra-azijnzuur (EDTA) dat de fijne structuren niet aantast. Daarna kan het weefsel ingebed, gesneden en gekleurd worden. Een alternatief is om het bot te snijden met een diamantmes. BOTCELLEN

Osteoblasten Osteoblasten ontstaan uit osteoprogenitorcellen, die voorkomen in het endost en het periost (fig. 7.9). Osteoblasten synthetiseren de organische bestanddelen van de botmatrix en produceren dus collageen type I, proteoglycanen en glycoproteïnen. Osteoblasten liggen in aaneengesloten rijen – de osteoblastenzoom – tegen het oppervlak van het bot aan. Wanneer ze matrixmateriaal produceren, tonen ze alle kenmerken van een eiwitsynthetiserende cel, zoals veel RER en een goed ontwikkeld Golgi-complex. Dit materiaal wordt aan de botzijde afgezet, waardoor er een heldere zone ontstaat met daarin de nieuwe, nog onverkalkte botmatrix: het osteoïd. Als de matrixsynthese toeneemt, raken veel osteoblasten volledig ingesloten en worden zo tot osteocyten. Deze komen uiteindelijk in de lacunae van het bot te liggen (fig. 7.3). Gelijktijdig worden calciumzouten afgezet in het osteoïd, waardoor deze matrix verkalkt en het harde botweefsel ontstaat. Wanneer de eiwitsynthese afneemt, stopt de matrixsynthese en krijgen osteoblasten een afgeplat

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_7, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media

158

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

7 BOT

concentrische lamellen

zenuw vene arterie

oriëntatie van collagene vezels diafyse van opperarmbeen (humerus)

canaliculi centraal kanaal

centraal kanaal (Havers-kanaal)

osteon buitenste generale lamellen

osteon lacune

periost

vezels van Sharpey binnenste generale lamellen

cellulaire bindweef- laag sellaag

osteocyt canaliculi

interstitiële lamellen b Compact bot binnenste generale lamel trabeculae van spongieus bot

Volkmann-kanaal

endost

centraal kanaal (Havers-kanaal)

a Doorsnede van de humerus osteoclast

ruimte voor beenmerg

lamellen osteocyt in lacune

trabeculae osteoblasten openingen van gerangschikt de canaliculi tegen trabeculae aan het van nieuw bot oppervlak openingen van de canaliculi aan het oppervlak c Spongieus bot

Figuur 7.1 Diagram dat de bouw van een pijpbeen weergeeft. In dit been komen drie typen botlamellen voor (a). Onder het periost liggen de buitenste generale botlamellen, die het compacte bot met de osteonen omgeven (b). Aan de binnenzijde ligt het spongieuze bot (c), waartussen zich het rode beenmerg met de bloedvormende elementen bevindt. Het compacte, secundaire bot wordt gevormd door samengepakte osteonen. Deze bestaan uit concentrische lamellen van bot met collagene vezels, die laag voor laag een andere schroefvormige oriëntatie hebben. Bot is te vergelijken met gewapend beton. Het bestaat namelijk uit collageen met daaromheen hydroxyapatiet (beton = verhard cement rondom een ijzerdraadvlechtwerk). In het centrale kanaal van het osteon, het kanaal van Havers, bevinden zich een vene, een arterie en een zenuw. De botcellen of osteocyten zijn medusavormig (b); ze hebben met andere woorden rondom uitlopers. Deze uitlopers stralen in de verkalkte botmatrix uit en maken contact met de uitlopers van naburige cellen. In tegenstelling tot kraakbeen is bot gevasculariseerd, gemineraliseerd en voorzien van aan- en afvoerende bloedvaten en zenuwen.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

7 BOT

epifysaire schijf gewrichtskraakbeen

verval van hypertrofisch kraakbeen zich ontwikkelend periost perichondrium

bloedvaten in epifyse

epifysaire lijn (restant van de epifysaire schijf)

spongieus bot

capillairen in epifyse

vorming compact bot

botmanchet botvormingscentrum hyalien kraakbeen

159

bloedvaten van de periostknop

compact bot

mergholte

mergholte periost

secundair botvormings1 Ontwikkeling centrum van een foetaal hyalien 2 Kraakbeen gecalcificeerd kraakbeen kraakbeenmal epifysaire verkalkt, vorming schijf van een 3 Primair botmanchet botvormingscenrondom de trum ontstaat in de 4 Secundaire diafyse diafyse botvormingscentra ontstaan in de 5 Kraakbeen wordt epifysen vervangen door bot, met uitzondering van gewrichtskraakbeen en de epifysaire schijven

spongieus bot epifysaire lijn gewrichtskraakbeen

6 Epifysaire schijven verbenen en vormen de epifysaire lijnen

Figuur 7.2 Osteogenese van een pijpbeen via enchondrale verbening. 1 Een pijpbeen wordt op de juiste plaats in een model van kraakbeen aangelegd. 2 Een botmanchet ontwikkelt zich rond de schacht van het kraakbeen en veroorzaakt een interne degeneratie van de kraakbeencellen. 3 De degenererende kraakbeenmatrix wordt geïnvadeerd door een vaatkluwen, die de matrix vasculariseert. Osteoprogenitorcellen vormen primaire botvormingscentra. 4 Bijkomende secundaire botvormingscentra ontwikkelen zich in de epifysen, ook door een invasie van een vaatkluwen. Bij de mens gebeurt dit rond de geboorte. 5 Het bot wordt langer en dikker, de botvormende centra worden nog gescheiden door de epifysaire schijf. 6 De dikte- en de lengtegroei van het bot worden nu tot stand gebracht door een gecoördineerde actie van osteoclasten en osteoblasten. De epifysaire schijf verdwijnt rond het 16e of 17e levensjaar.

uiterlijk; deze cellen blijven als botrandcellen (of grensvlakcellen) achter, maar kunnen gereactiveerd worden tot actieve osteoblasten. Osteoblasten staan door middel van cytoplasma-uitlopers in contact met elkaar, maar ook met osteocyten en botrandcellen. Daardoor vormen alle cellen in en om het bot een min of meer samenhangend geheel.

Osteocyten Osteocyten zijn volwassen botcellen die door rijping uit osteoblasten ontstaan en die in de lacunae van de verkalkte botmatrix liggen. Vanuit deze holten lopen door het bot in verschillende richtingen canaliculi, waarin zich de uitlopers van osteocyten bevinden. Ze maken contact met elkaar door middel van

‘gap junctions’, waardoor ionen en kleine moleculen direct tussen het cytoplasma van de cellen uitgewisseld kunnen worden. Osteocyten spelen een belangrijke rol bij de remodellering van bot. Wanneer de op botweefsel uitgeoefende krachten in richting en grootte veranderen, heeft dat effect op de vloeistofstroom in de canaliculi. Osteocyten kunnen deze veranderingen (mechanosensitief) waarnemen en geven daarna signalen af. Deze signalen leiden tot een verandering in botaanmaak en -afbraak, waarbij de botstructuur zich weer optimaal aanpast aan de daarop uitgeoefende krachten (remodellering, zie de paragraaf ‘Histofysiologie’). Via de canaliculi kunnen ook voedings- en afvalstoffen uitgewisseld worden met het bloed, tot over een afstand van ongeveer vijftien osteocyten. Osteocyten nemen

160

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

7 BOT

OB

a

b Figuur 7.3 a TEM-opname van een niet-ontkalkt preparaat van een botrand in de crista iliaca van de mens. In het midden van het beeld een osteoblast (OB) die nog net niet door de matrix is ingesloten. Er is slechts weinig osteoïd (*), omdat hier geen botvorming meer plaatsvindt. De kristallen van het kalkzout hydroxyapatiet in de matrix zijn sterk elektronenstrooiend en dus zeer donker op de foto. 6000 × (opname: V. Everts). b TEM-opname van een osteocyt in de femurkop. De celuitlopers (pijlen) bevinden zich in de canaliculi die uitgespaard zijn in de botmatrix. Het cellichaam van de osteocyt heeft slechts weinig organellen en ligt in de lacune, ook uitgespaard in de gemineraliseerde botmatrix. 7000 × (opname: G. Myagkaya). N = nucleus

de vorm aan van de holten waarin ze liggen. Ze tonen een afgeplatte kern, bezitten relatief weinig RER en een gereduceerd Golgi-complex. Hoewel ze inactief lijken, produceren ze stoffen die noodzakelijk zijn om de botmatrix in stand te houden. Wanneer ze doodgaan, wordt de matrix geresorbeerd.

Osteoclasten Osteoclasten (fig. 7.5) zijn grote, meerkernige cellen (vijf tot vijftig kernen) met een onregelmatige vorm (fig. 7.4). Ze ontstaan onder invloed van macrofaagstimulerende factor (M-CSF) en de receptoractivator van NF-κB-ligand

(RANKL), door fusie van eenkernige voorlopercellen afkomstig van het beenmerg. Het fusieproces wordt beinvloed door stoffen die door osteoblasten of osteocyten worden uitgescheiden. Osteoclasten zijn vrij beweeglijke cellen, die bot kunnen afbreken en daartoe tegen de botrand aan liggen, soms in een uitholling die ontstaat doordat ze matrix wegvreten: een zogeheten lacune van Howship. Het cytoplasma van osteoclasten bevat polyribosomen, RER, een goed ontwikkeld Golgi-complex en talrijke mitochondriën. Het celoppervlak, dat naar het bot is gericht, toont in het centrum een reeks vingervormige uitstulpingen: de ‘ruffled border’. Deze zone

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

7 BOT

161

bot

a

b Figuur 7.4 a In het lamellaire bot van een groeiend pijpbeen vinden veel omzettingen van het weefsel plaats die verband houden met de lengte- en diktegroei. Hier zien we een team osteoclasten aan het werk. Ze zijn te herkennen aan de omvang, aan de aanwezigheid van verscheidene kernen en aan de donkere kleur. Ze breken het nog niet zo oude gemineraliseerde bot af om plaats te maken voor ander weefsel, bijvoorbeeld beenmerg. 50 × (opname: E. Wisse). b TEM-opname van een actieve osteoclast in een niet-ontkalkt preparaat. De ‘ruffled border’ is linksonder op de foto duidelijk te zien, evenals het gevacuoliseerde cytoplasma. Aan beide zijden hiervan is een heldere zone (witte pijlen), die het gebied afschermt waar de actieve resorptie van botmatrix plaatsvindt. Een osteoclast is meerkernig (N), zoals hier duidelijk te zien is. 7200 × (opname: V. Everts).

wordt omgeven door een organelvrije heldere zone met veel actinefilamenten; hiermee kan de cel zich, via integrinen, aan het bot hechten. Zo ontstaat een afgesloten ruimte, het subosteoclastcompartiment, tussen de ‘ruffled border’ en het botoppervlak. In dit micromilieu kan de botafbraak plaatsvinden. In de actieve osteoclast komen aan de cytoplasmatische kant van de ‘ruffled border’ talrijke lysosomen en exocytoseblaasjes voor. Deze zorgen voor de uitscheiding van collagenase, cathepsine-K en H+-ionen in het subosteoclastcompartiment. Daarmee wordt het collageen afgebroken en worden de kalkzouten opgelost (fig. 7.5). Via endocytose worden de degradatieproducten in de cel opgenomen en verder afgebroken tot aminozuren, mono- en disachariden, die afgevoerd worden naar nabije capillairen. Osteoclasten hebben receptoren voor calcitonine, een hormoon dat de botafbraak remt. Ze hebben geen receptoren voor parathyreoïd hormoon, dat de botafbraak stimuleert. Activatie van osteoclasten door dit hormoon verloopt indirect via osteoblasten die aangezet worden tot de productie van een cytokine, de osteoclaststimulerende factor. BOTMATRIX

De botmatrix bestaat uit anorganisch en organisch materiaal. Het anorganische materiaal, dat ongeveer 50% van het drooggewicht van bot uitmaakt, bestaat

voornamelijk uit calcium en fosfaat. Daarnaast komen bicarbonaat, citraat, magnesium, kalium en natrium voor. Röntgendiffractie heeft aangetoond dat calcium en fosfaat hydroxyapatietkristallen kunnen vormen met de samenstelling Ca10(PO4)6(OH)2, maar ook amorf (niet-kristallijn) calciumfosfaat komt voor. Elektronenmicroscopisch kunnen de hydroxyapatietkristallen worden waargenomen als een dichte massa van fijne naaldjes (25-40 × 3 nm) die langs de collagene fibrillen liggen en omgeven zijn door grondsubstantie (fig. 7.3a en fig. 7.9b). De oppervlakkige ionen van het hydroxyapatiet zijn gehydrateerd; deze hydratatiemantel is belangrijk voor de uitwisseling van ionen tussen kristal en weefselvloeistof. Het mechanisme van de verkalking is nog niet volledig opgehelderd. Collagene vezels zouden als kristallisatiekernen dienen, waardoor uit een lokaal oververzadigde concentratie van calcium- en fosfaationen kalkneerslagen zouden ontstaan. Hierbij spelen het Ca2+-bindende osteocalcine en de matrixblaasjes, die door afsnoering uit osteoblasten ontstaan, een rol. Deze blaasjes hebben een hoge concentratie van alkalische fosfatase, die een functie heeft bij de lokale verhoging van de fosfaationenconcentratie. Wanneer eenmaal een eerste kernvorming (nucleatie) op collagene vezels heeft plaatsgevonden, treedt gemakkelijk een verdere groei van kalkneerslagen op. Eerst slaat er kalk neer in

162

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

7 BOT

bot

*

cap

bloedcapillair

osteoclast nucleus Golgi nucleus lysosomen CO2 + H2O

bot

* *

a

+ – H + HCO 3

‘ruffled border’

heldere zone

botmatrix

compartiment met lage pH en lysosomale enzymen

cap

b

Figuur 7.5 a LM-opname van drie osteoclasten (pijlen) die bezig zijn het botweefsel af te breken. In de ‘ruffled border’ dicht tegen de botmatrix (*) vindt de afbraak van het bot plaats. cap = bloedcapillair b Schematische weergave van de rol van osteoclasten bij botafbraak. Lysosomale enzymen en H+-ionen worden uitgescheiden naar een door de ‘heldere zone’ afgegrensd compartiment. De lokale verlaging van de pH leidt tot het oplossen van de kalkzouten (calciumfosfaat) uit de matrix en bevordert de werking van de uitgescheiden lysosomale hydrolasen. Op deze wijze wordt botmatrix verwijderd, waarbij de ontstane afbraakproducten door het cytoplasma van de osteoclast weer worden opgenomen, zo nodig verder worden afgebroken en aan de nabijgelegen capillairen worden doorgegeven.

de vorm van amorf Ca3(PO4)2, dat later wordt omgezet in hydroxyapatiet. Na volledige verkalking is vervorming van de botmatrix niet meer mogelijk. Een verdere uitgroei van een botvormingskern kan dus nog uitsluitend plaatsvinden door appositie vanuit het endost en periost. De organische bestanddelen van de beenmatrix bestaan voor ongeveer 95% uit collageen type I en voor 5% uit grondsubstantie, die bestaat uit glycosaminoglycanen, voornamelijk chondroïtinesulfaat en keratansulfaat, proteoglycanen (aan eiwitten gebonden glycosaminoglycanen) en structurele glycoproteïnen zoals osteonectine. De hardheid en stevigheid van bot worden verklaard door de nauwe binding tussen hydroxyapatiet en collageen. Als een botstuk ontkalkt wordt, blijft de uiterlijke vorm bestaan, maar wordt het buigzaam als rubber. Als de organische bestanddelen verwijderd worden (en de anorganische niet), blijft de uiterlijke vorm eveneens behouden, maar het

bot wordt dan broos en breekt bij de minste belasting. De combinatie van anorganische en organische matrix geeft aan het bot wat betreft de verhouding tussen gewicht en sterkte zijn bijzondere eigenschap. Materialen die uit twee verschillende componenten zijn samengesteld, kunnen soms sterker zijn dan de som van de afzonderlijke componenten. PERIOST EN ENDOST

Het buiten- en het binnenoppervlak van bot zijn bedekt met een bindweefselvlies, respectievelijk het periost (periosteum) en het endost (endosteum) genoemd. r Het periost is een bindweefsellaag die aan de buitenzijde vezelig is. De collagene vezels die het periost aan het bot hechten, worden vezels van Sharpey genoemd. Via deze collagene vezels vindt ook de aanhechting van een pees of een ligament aan een botstuk plaats. De binnenste laag van het

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

7 BOT

163

Figuur 7.6 Montage van enkele foto’s, bij een lage vergroting genomen, van de aanleg van een klein pijpbeen. De diafyse bestaat uit een periost en een botcilinder (roze van kleur) en daarbinnen beenmerg. In het centrum van de diafyse is het beenmerg volledig, naar de epifysen toe zien we verkalkende strengen kraakbeen met daartussen bloedvaten, die door hun donkere vulling met erytrocyten opvallen. Aansluitend zien we zowel links als rechts de dwars overstekende epifysaire kraakbeenschijven iets lichter gekleurd in het weefsel. De epifysen zijn nog volledig kraakbeen; er heeft dus nog geen invasie van een vaatkluwen of calcificatie plaatsgevonden. De aansluitende botstukken bestaan ook uit epifysair kraakbeen. 10 × (opname: E. Wisse).

r

periost bevat veel bloedvaten en cellen, waaronder osteoprogenitorcellen. Dit is een zichzelf in stand houdende populatie van cellen die kunnen delen en differentiëren tot osteoblasten. Het endost is een veel dunnere laag van bindweefsel. Deze laag bestaat voornamelijk uit osteoprogenitorcellen.

In het endost en periost liggen veel bloedvaten. Deze dringen het bot binnen via speciale verbindingskanalen, de kanalen van Volkmann. De belangrijkste functies van deze bindweefsels zijn de voeding van het bot en het aanleveren van osteoblasten, die voor de groei en het herstel van botweefsel nodig zijn.

spongieuze bot is sterk afhankelijk van het type bot. Van de lange pijpbeenderen zijn de uiteinden, de epifysen, opgebouwd uit spongieus bot met daaroverheen een dun laagje compact bot. Het cilindrische middendeel, de diafyse (fig. 7.1), bestaat vrijwel alleen uit compact bot met soms binnenin een beetje spongieus bot rond het beenmerg. De platte beenderen van het schedeldak hebben aan de binnen- en buitenzijde een laag compact bot met daartussen een laag van spongieus bot, de diploë. De holten van het spongieuze bot en de mergholte in de diafyse van de lange pijpbeenderen kunnen twee soorten beenmerg bevatten: rood beenmerg (waarin bloedcellen worden gevormd) en geel beenmerg (dat hoofdzakelijk uit vetcellen bestaat).

SOORTEN BOTWEEFSEL

Primair en secundair botweefsel Compact en spongieus bot Macroscopisch toont het botweefsel van volwassenen twee vormen: 1 compact bot, een aaneengesloten gebied zonder zichtbare holten; 2 spongieus bot, een gebied met holten waartussen zich de vertakte botbalkjes (trabeculae) bevinden. Microscopisch tonen beide botvormen echter dezelfde lamellaire opbouw. De omvang van het compacte en

Microscopisch kunnen twee typen botweefsel onderscheiden worden: 1 primair of gevlochten (plexiform) bot; 2 secundair of lamellair bot. Primair bot is de ‘onrijpe’ vorm van het botweefsel. Embryonaal wordt dit het eerst gevormd, maar het wordt ook het eerst aangelegd bij herstel van botfracturen. Het bot bevat grote hoeveelheden osteocyten en collagene vezels die in allerlei richtingen door elkaar

164

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

7 BOT

a

b Figuur 7.7 a LM-opname van een slijpplaatje van secundair bot waarin de opeenvolgende cilindrische afzettingen van botlamellen te zien zijn. De kleine donkere vlekjes zijn de lacunes van de osteocyten. Centraal ligt het kanaal van Havers. 250 ×. b LM-opname van een slijpplaatje van een osteon bij een tweemaal zo hoge vergroting. De kanaaltjes (canaliculi) die uitgespaard zijn in de botmatrix en waardoor de uitlopers van de osteocyten met elkaar in verbinding staan, zijn duidelijk te zien. Rechtsboven het kanaal van Havers. 500 × (opnames: E. Wisse).

heen lopen (gevlochten bot). Zo ontstaat een ruimtelijk vlechtwerk (plexus). Dit bot wordt later vervangen door secundair bot, met uitzondering van het gebied langs de schedelnaden, de tandalveolen, de aanhechtingsplaats van sommige pezen en het benig labyrint. Primair bot heeft ook een laag gehalte aan mineralen; het laat bijvoorbeeld röntgenstraling beter door. Secundair bot is de ‘rijpe’ vorm van het botweefsel en wordt gekenmerkt door een evenwijdige rangschikking van collagene vezels in parallelle of concentrische lamellen (lamellair bot), met een diameter van 3-7 μm (fig. 7.7). De osteocyten liggen op regelmatige afstand, meestal tussen de lamellen. De parallelle rangschikking van de collagene fibrillen en de betere verkalking zorgen ervoor dat secundair bot sterker is dan primair bot. De concentrische lamellen liggen gerangschikt rond een holte die bloedvaten, zenuwen en wat losmazig bindweefsel bevat: een kanaal van Havers (osteonkanaal, fig. 7.7 en fig. 7.8). Vanuit dit kanaal worden de omliggende osteocyten gevoed, die in de concentrische lagen van de matrix ingebed liggen. Een dergelijke eenheid van botweefsel wordt een osteon of systeem van Havers genoemd. Het systeem wordt begrensd door een kitlaag, voornamelijk bestaande uit glycoproteïnen, die de verbinding vormt naar de omliggende osteonen. Elk osteon of systeem van Havers heeft de vorm van een lange cilinder, waarvan de lengteas parallel loopt aan die van de diafyse. Afhankelijk van de

bestaansduur liggen om een kanaal van Havers vier tot twintig lamellen. Deze kanalen zijn met elkaar, met de mergholte en met het periost verbonden door verbindingskanalen of kanalen van Volkmann. Hierin bevinden zich ook bloedvaten en zenuwen. Deze kanalen lopen meestal dwars of schuin op de lengterichting van het bot en de systemen van Havers; ze zijn niet omgeven door lamellen. Het verloop van de collagene vezels in de osteonen is schroefvormig. De vezelrichtingen maken in de achtereenvolgende lagen een hoek met elkaar, waardoor het lamellaire bot sterker is dan het gevlochten bot.

Lamellaire systemen van compact bot In het compacte bot van volwassenen, zoals in de diafyse van de lange pijpbeenderen, toont het lamellaire bot een specifieke ordening (fig. 7.8). 1 Binnenste en buitenste generale lamellen, die evenwijdig lopen aan het botoppervlak. De binnenste generale lamellen liggen tegen het endost en de buitenste tegen het periost aan. Er zijn meer buitenste dan binnenste generale lamellen. 2 Systemen van Havers, die een concentrische vorm hebben en in het gebied tussen de binnenste en buitenste generale lamellen liggen. 3 Interstitiële lamellen, die zich tussen de systemen van Havers bevinden en een veelhoekige vorm hebben. Aan hun ligging is vaak nog te zien dat

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

primair bot

7 BOT

165

interstitiële lamellen

oud bot osteoclasten boren tunnel in oud bot

cutting cone

osteoblast endotheelcel mesenchymale cel ingroeiende capillair verkalkt nieuw bot afzetting osteoïd lacunae met osteocyten rustende osteoblast

a

reversal zone

closing cone

systeem van Havers van de 1e generatie

systeem van Havers van de 2e generatie

systeem van Havers van de 3e generatie

Figuur 7.8 a De vorming van nieuwe osteonen wordt voorafgegaan door het boren van een cilindrische tunnel door een groepje osteoclasten in het bestaande bot. De plaats en de ligging daarvan variëren. Na de osteoclasten arriveren de osteoblasten, die concentrische lagen nieuw bot op de wand afzetten waarin osteocyten achterblijven. Het centrale kanaaltje wordt opengelaten voor capillairen. De overblijvende oude lamellaire lagen dienen als interstitiële vulling. b Schematische weergave van het remodelleringsproces van diafysair bot. Er zijn drie generaties van systemen van Havers afgebeeld. Hier is te zien hoe opeenvolgende nieuwe systemen van Havers (nadat door osteoclastische activiteit ruimte is geschapen en vervolgens osteoblastische activiteit is opgetreden) de typische structuur van secundair bot doen ontstaan. Door de ‘vrije’ plaatsing van nieuwe osteonen kan compact bot zich aanpassen aan veranderde druk- en trekkrachten.

het de resten betreft van afgebroken systemen van Havers, die overblijven na groei en remodellering van het bot.

de plaats van de botvorming, dus wáár het gebeurt. De volgende indelingssystematiek is vooral gebaseerd op het laatste.

HISTOGENESE

Intramembraneuze botvorming

Bot kan op twee manieren ontstaan. 1 Endesmaal (desmaal): hierbij wordt een platte kern van botweefsel direct vanuit het bindweefsel gevormd; de verdere botafzetting gebeurt hierna appositioneel vanuit een osteoblastenzoom. 2 Chondraal: hierbij wordt eerst een kraakbeen-mal gevormd, die later stapsgewijs vervangen wordt door bot.

Intramembraneuze botvorming is een vorm van endesmale botvorming, die optreedt bij de vorming van de platte schedelbeenderen: de frontale en pariëtale schedelbeenderen, delen van de occipitale en temporale beenderen, de maxilla en een deel van de mandibula (fig. 7.9). Deze botvorming begint in een bindweefselgebied dat zich voordoet als een vlies of membraan en wordt daarom aangeduid als intramembraneuze botvorming. De intramembraneuze botvorming wordt gekenmerkt door het feit dat op verschillende plaatsen in het bindweefsel groepjes van mesenchymcellen dicht tegen elkaar aan gaan liggen en differentiëren tot osteoblasten (fig. 7.9a). De osteoblasten gaan osteoïd vormen, dat later verkalkt tot de botmatrix. Daarbij raken de osteoblasten ingesloten en differentiëren ze tot osteocyten. In het omliggende bindweefsel differentiëren steeds meer mesenchymcellen tot osteoblasten. Deze leggen zich tegen het al gevormde botstukje aan, dat uitgroeit tot een staafje bot (botbalkje, trabekel) (fig. 7.9b). Deze trabekels worden zo groot dat ze met elkaar vergroeien tot een driedimensionaal netwerk van bot met in de mazen bloedvaten en beenmerg. In de platte

In beide gevallen wordt eerst primair (gevlochten of plexiform) bot gevormd. Spoedig wordt dit vervangen door secundair (lamellair) bot, dat macroscopisch een compact of spongieus uiterlijk kan hebben. Gedurende de botgroei komen voortdurend gebieden van primair bot, botafbraak en secundair bot naast elkaar voor. Dit samengaan van afbraak en aanmaak (remodellering) gaat ook in het volwassen lichaam steeds door, zij het in een lager tempo. Endesmale en enchondrale botvormingsprocessen geven de wijze van botvorming aan, dus hóé het gebeurt. Bij de beschrijving van de verschillende botvormingsprocessen in het lichaam wordt ook rekening gehouden met

b

166

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

7 BOT

bot

bot

bot

a

b mesenchym

botvormingskern

osteoblasten

primair botweefsel (plexiform bot)

Figuur 7.9 a Een begin van endesmale of intramembraneuze botvorming. In het mesenchym (links) vormt zich een botvormingskern (midden); de mesenchymcellen daarvan differentiëren tot osteoblasten, die het primaire, plexiforme botweefsel produceren (rechts). De osteoblasten vormen een monolaag van cellen aan de rand van het stukje bot. Bij uitbreiding daarvan raken osteoblasten vast in de botmatrix en differentiëren tot osteocyten. b LM-opname van endesmale botvorming in het schedeldak. Het nieuwgevormde bot wordt omzoomd door een rij van aaneengesloten osteoblasten (osteoblastenzoom). Het botweefsel zelf bevat osteocyten ingesloten in lacunae. In het omringende bindweefsel zijn kleine bloedvaten aanwezig. 100 × (opname: E. Wisse). C = capillair in omringend bindweefsel

schedelbeenderen worden uiteindelijk twee lagen van compact bot gevormd (interne en externe platen), terwijl het bot daartussen spongieus blijft (diploë). De groei van bot gaat altijd gepaard met een gehele of gedeeltelijke afbraak van eerder gevormd weefsel. Hierdoor is het mogelijk dat het model van een botstuk tijdens de groei bewaard blijft, maar ook dat soms aanzienlijke vormveranderingen kunnen optreden. Zo groeien de dekbeenderen van de schedel voornamelijk door botvorming vanuit het periost aan de buitenkant, gecombineerd met botafbraak aan de binnenzijde. Het bot gedraagt zich dus als een plastisch materiaal dat meegaat met de groei van de hersenen.

epifysen ter weerszijden van de cilindervormige kraakbeenschacht, de diafyse. 2

Perichondrale botvorming rondom de diafyse van het kraakbenige pijpbeen Het eerste botweefsel van de diafyse wordt gevormd vanuit bindweefsel, het perichondrium, dat de diafyse omgeeft: de perichondrale botvorming. Hierbij differentiëren de binnenste cellen van het perichondrium tot een zoom van osteoblasten, die bot gaan afzetten tegen de kraakbenige diafyse. Zo ontstaat een holle cilinder van bot, de botmanchet. Deze wijze van botvorming gebeurt direct vanuit bindweefsel (dus géén botafzetting tegen verkalkte kraakbeenmatrix) en valt dus onder de endesmale botvorming.

3

Enchondrale botvorming centraal in de kraakbenige diafyse: het primaire botvormingscentrum Zodra de botmanchet is gevormd, begint de enchondrale botvorming (vervanging van kraakbeen door bot) in het primaire botvormingscentrum. Deze botvorming wordt gekenmerkt door de volgende processen (fig. 7.10 en fig. 7.11). r Hypertrofie van de kraakbeencellen in de diafyse, waarbij de kraakbeencellen een deel van de omringende matrix resorberen en daardoor groter worden.

Chondrale botvorming Lange pijpbeenderen ontstaan door chondrale botvorming (fig. 7.2 en fig. 7.6). Al naargelang de plaats en de wijze van botvorming kan chondrale botvorming worden ingedeeld in perichondrale (‘om het kraakbeen’) en enchondrale (‘in het kraakbeen’) botvormingsprocessen. De volgende opbouwfasen kunnen hierbij worden onderscheiden. 1

Vorming van een kraakbenig skelet In het embryo wordt eerst een hyalien kraakbeenstuk aangelegd dat een verkleinde versie is van het te vormen pijpbeen. Het bestaat uit twee dikkere

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

7 BOT

167

Figuur 7.10 LM-overzicht van de epifysaire kraakbeenschijf in een groeiend pijpbeen bij een lage vergroting. Boven in beeld de verkalkende trabekels van spongieus bot in het secundaire botvormingscentrum, waarin kraakbeenresten herkenbaar zijn aan hun grijze kleur. Tussen de trabekels bevindt zich al hemopoëtisch beenmerg. De epifysaire kraakbeenschijf toont opeenvolgende zones van normaal kraakbeen (boven), een proliferatiezone met donkergekleurde chondrocyten, vervolgens een zone met gezwollen en bleke chondrocyten, waarna de rood kleurende verkalkingszone onder in het beeld duidelijk naar voren komt. Daar zijn ook al de cellen van de hemopoëtische reeksen aanwezig. 50 × (opname: E. Wisse).

r

r

r

Verkalking van de kraakbeenmatrix. Dit leidt tot destructie van de kraakbeencellen. Grote lacunes blijven over, gescheiden door tussenschotten (septa) van verkalkte kraakbeentussenstof. Vorming van de botvormingsknop (periostknop): hierbij breken osteoclasten plaatselijk het al gevormde perichondrale bot en delen van het kraakbeen (chondroclasten) af en treden bloedvaten met begeleidende osteoprogenitorcellen door de botmanchet binnen in de kraakbeenmatrix. Osteoblasten ontstaan uit de osteoprogenitorcellen en gaan nieuw bot afzetten tégen de resten van de verkalkte kraakbeenmatrix. Op

deze manier ontstaat bot op de plaats waar eerst kraakbeen was, maar er is géén rechtstreekse verandering van kraakbeen in bot. De kraakbeenresten komen hierbij te liggen in trabekels van primair (plexiform) bot, hetgeen kenmerkend is voor enchondraal gevormd bot. 4

Enchondrale botvorming in beide epifysen: de secundaire botvormingscentra Er ontstaan secundaire botvormingscentra in beide epifysen, waarbij op een vergelijkbare wijze enchondraal bot wordt afgezet op het kraakbenige skelet, door het binnendringen van bloedvaten en osteoprogenitorcellen die differentiëren tot osteoblasten.

168

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

7 BOT

Figuur 7.11 LM-opname van de enchondrale botvorming bij hogere vergroting in de epifysaire schijf. Links in beeld nog enkele rijtjes met chondrocyten uit de proliferatiezone, rechts daarvan gezwollen, hypertrofiërende cellen. Deze laag gaat tamelijk abrupt over in de verkalkingszone, waarin resten van kraakbeenmatrix, osteoblasten, dunne lagen osteoïde botafzetting (iets roder van kleur) en rode bloedcellen te zien zijn. De verkalkte balkjes die hieruit ontstaan, komen min of meer overeen met de oude kraakbeenmatrix tussen de rijen chondrocyten. 630 × (opname: E. Wisse).

5

r r

Enchondrale botvorming in beide epifysaire schijven Uiteindelijk blijven er twee gebieden over met kraakbeen: het gewrichtskraakbeen, dat gedurende het volwassen leven aanwezig blijft, en de uit kraakbeen opgebouwde epifysaire schijven of groeischijven, die beide epifysen met de diafyse verbinden. Het kraakbeen in de epifysaire schijven is verantwoordelijk voor de lengtegroei van de beenderen en verdwijnt bij volwassenen. Dit, wederom enchondrale, botvormingsproces is gekoppeld aan vijf kenmerkende zones van de epifysaire schijven (fig. 7.10 en fig. 7.11). Rustzone, die bestaat uit normaal hyalien kraakbeen. Proliferatiezone, waarin chondrocyten snel delen en daardoor langgerekte isogene groepen vormen,

r

r r

die in de lengterichting van het bot liggen en eruitzien als platte gestapelde cellen. Zwellingszone van hypertrofisch kraakbeen: de kraakbeencellen zijn sterk gezwollen, bevatten veel glycogeen en resorberen matrixmateriaal. De kraakbeenmatrix wordt daardoor teruggebracht tot dunne septa tussen de gezwollen isogene celgroepen. Verkalkingszone: verkalking van de kraakbeensepta en degeneratie van de kraakbeencellen. Botvormingszone: de dunne septa tussen de lacunes die de wanden vormen van longitudinale tunnels, worden bevolkt met osteoclasten die botmatrix afzetten. Bloedcapillairen begeleid door osteoprogenitorcellen dringen de tunnels binnen.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

Medische context Als een bot breekt of lokaal wordt beschadigd, ontstaat er een plaatselijke bloeduitstorting. Deze wordt gevolgd door de vorming van een bloedstolsel (fig. 7.13). Door stagnatie van de bloedtoevoer sterven osteocyten aan weerszijden van de botbreuk af en wordt de matrix afgebroken. Het herstel begint met de opruiming van het bloedstolsel, de dode cellen en de botmatrix. Daartoe wordt het gebied eerst gerevasculariseerd en het omliggende weefsel reageert met een sterke celvermeerdering. De aard van het vervolgens gevormde weefsel hangt nauw samen met de stabiliteit van de fractuur en de mate waarin het weefsel gevasculariseerd is. 1 Bij een minder stabiele fractuur in gedeelten die niet sterk doorbloed zijn, vormt zich eerst kraakbeen (kraakbenige callus), dat later wanneer de fractuur voldoende gestabiliseerd is door enchondrale botvorming, wordt vervangen door plexiform bot. 2 Bij een stabiele fractuur, waar de vaatvoorziening ook beter is, vormt zich door endesmale botvorming direct een netwerk van balkjes van het plexiforme bot, gedeeltelijk ook op de dode botstukken (benige callus). Het primaire (plexiforme) botweefsel van de callus wordt later omgezet in secundair (lamellair) bot. Er ontstaat zo een sterke verbinding die weer onderworpen kan worden aan de normale trek- en drukkrachten, waarbij remodellering optreedt wanneer de patiënt naar zijn normale bezigheden is teruggekeerd. Bij onvoldoende immobilisatie van de botfragmenten ten opzichte van elkaar tijdens het genezingsproces kan een geheel of gedeeltelijke bindweefselige callus worden gevormd. Later kan deze weer aanleiding geven tot het ontstaan van een zogenoemde pseudoartrose, waarbij de botfragmenten ten opzichte van elkaar beweeglijk blijven.

Deze cellen differentiëren zich tot osteoblasten die enchondraal bot afzetten tegen de overblijvende septa van het verkalkte kraakbeen. Het bot kan nog enige tijd als enchondraal gevormd bot herkenbaar blijven aan de verkalkte kraakbeenresten, die in het midden van de botbalkjes (trabekels) liggen. Dit primaire (plexiforme) bot zal overigens ook snel weer vervangen worden door secundair (lamellair) bot.

7 BOT

169

De lengtegroei van de lange pijpbeenderen is een zeer gecompliceerd proces; deze groei komt voort uit de enchondrale botvorming onder aan de epifysaire schijf. Zolang deze enchondrale botvorming plaatsvindt, is er groei. Als de epifysaire schijf verdwenen is, stopt de groei. Dit gebeurt rond het 20e levensjaar – bij vrouwen iets eerder dan bij mannen (fig. 7.12). De diktegroei is het resultaat van verdergaande endesmale botafzetting, aan de buitenzijde van de botmanchet, door osteoblasten in de celrijke laag van het periost. Lengte- en diktegroei gaan gepaard met botafbraak aan de binnenkant en botafzetting aan de buitenkant, waardoor de mergholte steeds groter wordt (fig. 7.12). HISTOFYSIOLOGIE

Remodellering Door veranderingen van de grootte en de richting van de krachten die op bot inwerken, is het weefsel, ondanks zijn hardheid, continu onderhevig aan ombouwprocessen. Een voorbeeld hiervan is de verplaatsing van tanden in de kaak door tandheelkundige correcties: aan de kant waar de tand naartoe wordt getrokken (dus op het bot wordt gedrukt), vindt botresorptie plaats en aan de tegenovergestelde kant botafzetting. Hierbij rangschikken de structurele elementen van de botmatrix (botbalkjes, systemen van Havers) zich zodanig dat ze een optimale oriëntatie hebben ten opzichte van de mechanische belasting. Ook het ontbreken van mechanische belasting van het bot heeft grote invloed. Wanneer een arm of been geruime tijd wordt geïmmobiliseerd of niet wordt belast, zoals het geval is bij een astronaut tijdens een ruimtevlucht, wordt er minder bot aangemaakt en wordt op grote schaal kalk onttrokken. Daarom mobiliseert men een patiënt met een fractuur tegenwoordig veel eerder. Bij remodellering van bot ontstaan in de systemen van Havers, na het afsterven van osteocyten, enerzijds resorptieholten door osteoclastische activiteit, terwijl anderzijds, aan de overliggende zijde, nieuw lamellair bot wordt aangelegd (fig. 7.8). Hierdoor kunnen deze systemen geleidelijk van plaats veranderen. Dit levenslange proces staat onder invloed van een reeks mechanische en ook hormonale factoren. Ongeveer vanaf het 40e jaar wordt geleidelijk meer bot afgebroken dan aangemaakt en de hoeveelheid botmassa neemt dan met 0,3-0,5% per jaar af. Bij vrouwen treedt dit verlies in de postmenopauze in versterkte mate op (2-3% per jaar) als gevolg van de verlaagde productie van oestrogenen. Hierdoor ontstaat bij hen een verhoogd risico van fracturen.

170

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

7 BOT

gewrichtskraakbeen

epifyse secundair botvormingscentrum (mergholte) kraakbeen van de epifysaire schijf diafyse

Figuur 7.12a Remodellering van een pijpbeen. De figuur linksboven toont de noodzaak van botafbraak bij de groei van een pijpbeen. De afbraak vindt plaats aan het uitwendige oppervlak van de diafysaire beentrechter en het inwendige oppervlak van de diafyse. De onderste figuren illustreren de groei van een lang pijpbeen door remodellering (‘ombouw’) in de diafyse (de twee parallelle lijnen dienen als referentie). De bot-spijlen van de epifyse worden opgenomen in het bot van de diafyse, bijvoorbeeld in het geval van spijl 2 (bron: C.P. Leblond).

Calciumbalans Het skelet bevat 99% van alle calcium in het lichaam en functioneert als een enorm calciumreservoir. Aangezien calcium bij uiteenlopende processen in het lichaam een rol speelt, is het van groot belang dat het Ca2+-gehalte van het bloed nauwkeurig wordt gehandhaafd. Bij deze regulering zijn twee antagonistische hormonen actief: 1 het parathyreoïd hormoon (PTH) uit de bijschildklier, dat de activiteit van osteoclasten verhoogt en zo de mobilisatie van calcium uit het skelet bevordert; 2 het calcitonine (uit de schildklier), dat de activiteit van osteoclasten remt, waardoor de calciumspiegel in het bloed daalt.

Voeding Vooral gedurende de lichaamsgroei is de botvorming zeer afhankelijk van voedingsfactoren. Een tekort aan eiwit veroorzaakt een tekort aan aminozuren, die nodig zijn voor de synthese van collageen door osteoblasten. Een tekort aan calcium leidt tot een onvolledige calcificatie van de organische matrix. Dit kan het gevolg zijn van een gebrek aan calcium in de voeding of een tekort

primair botvormingscentrum (mergholte)

verkalkt kraakbeen botweefsel

Figuur 7.12b Schematische weergave van de driedimensionale vorm van de bot-spijlen onder de epifysaire schijf. Blauw = hyalien kraakbeen; zwart = verkalkt kraakbeen; bruin = botweefsel. De bovenste illustratie laat het gebied zien dat onderaan in meer detail driedimensionaal is weergegeven (bron: Ham 1969).

Medische context Bij een excessieve productie van het parathyreoïd hormoon (hyperparathyreoïdie) neemt de osteoclastactiviteit toe, waardoor de botresorptie sterk geïntensiveerd wordt. De kans op een ‘spontane’ fractuur neemt hierdoor toe. Het tegenovergestelde proces speelt zich af bij osteopetrose: doordat osteoclasten niet goed functioneren, vindt bovenmatige botgroei plaats, waardoor het bot in omvang toeneemt en verhardt. Dit proces vernauwt de mergholten, waardoor de aanmaak van bloedcellen afneemt en infecties optreden, die fataal kunnen aflopen.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

7 BOT

171

mergholte

hematoom (bloeding)

periost compact bot a Een hematoom ontstaat na de breuk

harde callus

zachte procallus regenererende bloedvaten

compact bot op de plaats van de breuk

primair bot

b Een zachte procallus van vezelig c Een harde benige callus ontstaat kraakbeenachtig weefsel ontstaat

d De breuk is hersteld en het bot is gehermodelleerd

Figuur 7.13 Bij een botbreuk worden cellen actief die al aanwezig waren uit de tijd dat het bot werd aangelegd. a Bij een botbreuk zullen bloedvaten beschadigd zijn en ontstaat er een stolsel. b Macrofagen zullen het stolsel opruimen en chondroblasten en fibroblasten zullen als eerste prolifereren en met hun geproduceerde extracellulaire matrix met collageen en andere producten een callus (prop) vormen. Deze callus zal een groot deel van het breukvlak bedekken. Nieuw en herstellend periost zal zich over de callus uitbreiden. c Bloedvaten expanderen in de callus, terwijl de osteoblasten trabeculair en spongieus bot aanmaken waardoor de callus verhardt. d Door remodellering zal de oude botmassa hersteld worden, zodat op de plaats van de breuk stevig, nieuw botweefsel aanwezig is.

van het steroïdprohormoon vitamine D, dat een belangrijke rol speelt bij de absorptie van Ca2+ en (PO4)3– door de dunne darm. Vitamine C is essentieel voor de collageensynthese: een deficiëntie remt de botgroei.

Medische context Calciumgebrek bij kinderen veroorzaakt rachitis, een ziekte waarbij de botmatrix niet op de normale manier verkalkt. Pijpbeenderen van bijvoorbeeld de onderste ledematen buigen dan krom onder invloed van het lichaamsgewicht en spiercontracties. Calciumgebrek bij volwassenen veroorzaakt een verhoogde osteoclastenactiviteit om de lage calciumbloedspiegels te compenseren. Als de voorraad bot nog niet ernstig is gedaald, spreekt men van osteopenie; als er sprake is van ernstig botverlies, noemt men dit osteoporose. Naast een lage inname van calcium kan osteoporose door een scala aan andere primaire en secundaire factoren bepaald worden. Zo neemt de botvoorraad af bij geïmmobiliseerde patiënten, bij ruimtevaarders en bij vrouwen in de postmenopauze. Door de verminderde aanmaak en/of verhoogde afbraak van matrix neemt

wel de hoeveelheid bot af, maar zal de hoeveelheid calcium in de resterende matrix normaal blijven. Als de botdichtheid onder een zekere kritische waarde duikt of als een te hoge belasting plaatsvindt, zal een fractuur ontstaan. Bij osteomalacie, een afwijking waarbij recentelijk gevormd bot onvolledig verkalkt en de reeds verkalkte matrix gedeeltelijk ontkalkt, is de hoeveelheid calcium in de matrix minder dan normaal. Osteomalacie moet dus niet verward worden met osteoporose. Osteomalacie kan door een groot aantal factoren veroorzaakt worden, waaronder tumoren of genetische mutaties in bijvoorbeeld het collageen van het bot.

Hormonale factoren Naast de al genoemde antagonistische werking van het parathyreoïd hormoon en calcitonine hebben veel andere hormonen invloed op het botweefsel. De hypofysevoorkwab produceert groeihormoon. Dit hormoon bevordert de groei in het hele lichaam, maar in de epifysaire schijf in het bijzonder. De geslachtshormonen, zowel mannelijke (androgenen) als vrouwelijke (oestrogenen), hebben een complexe uitwerking op de (lengte) groei van beenderen, vooral tijdens de puberteit.

172

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

7 BOT

gewrichtskraakbeen

synoviale membraan

epifyse enchondrale botvorming

a

b Figuur 7.14 a Schematische weergave van een doorsnede van een diartrose. Het kapsel bestaat uit twee niet scherp gescheiden componenten: de buitenste fibreuze laag en de synoviale laag (synoviale membraan) die de gewrichtsholte bekleedt, behalve waar het gewrichtskraakbeen (grijsblauw) zich bevindt. b LM-opname van de diartrose van een caviaknie. Herkenbare elementen zijn in de figuur zelf aangegeven.

Medische context Een tekort aan groeihormoon op jeugdige leeftijd leidt tot dwerggroei, een teveel tot reuzengroei door het te lang uitgroeien van de pijpbeenderen. Volwassen pijpbeenderen kunnen door het ontbreken van een epifysaire schijf niet op groeihormoon reageren met verdere lengtegroei, maar wel in dikte toenemen door periostale groei. Een teveel aan groeihormoon bij volwassenen leidt zo tot acromegalie, een ziekte waarbij vooral de uiteinden van het skelet (handen, voeten en onderkaak) overmatig groeien. Bij een tekort aan geslachtshormonen door onderontwikkeling van de gonaden of door castratie gaat het epifysaire kraakbeen te lang door met groeien, waardoor een abnormaal grote lichaamslengte ontstaat (eunuchoïde reuzen).

Levenscyclus van botcellen Autoradiografisch onderzoek na toediening van 3 H-thymidine aan jonge proefdieren waarin de botcellen zich intensief vermenigvuldigen, heeft aangetoond dat osteoblasten en osteocyten niet meer delen nadat ze ontstaan zijn uit een osteoprogenitorcel. Osteoblasten differentiëren doorgaans tot osteocyten, die voor korte (in primair bot) of lange perioden (in secundair bot) verblijven. Zowel osteoblasten als osteocyten kunnen dedifferentiëren tot osteoprogenitorcellen; hierdoor kan snel gereageerd worden op een veranderende behoefte aan botaanmaak. GEWRICHTEN

In de gewrichten worden de beenderen van het skelet aaneengesloten door middel van bindweefselstructuren (fig. 7.14). In diartrosen zijn de botstukken beweeglijk ten opzichte van elkaar; in synartrosen sluiten de botstukken op elkaar aan, maar met weinig of geen beweeglijkheid.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

7 BOT

173

gewrichtsvlak collagene vezel parallel aan het oppervlak chondrocyt

collagene vezels dwars op het oppervlak

verkalkt kraakbeen

epifyse gewrichtskraakbeen

spongieus bot compact bot mergholte diafyse

a

b

Figuur 7.15 a De gewrichtsoppervlakken van diartrosen worden gevormd door hyalien kraakbeen zonder perichondrium. De bovenste figuur laat zien dat in dit kraakbeen de collagene vezels eerst loodrecht op en daarna parallel aan het kraakbeenoppervlak verlopen (arcadevorming). Diepgelegen chondrocyten zijn rond en liggen in longitudinale rijen gerangschikt. Meer oppervlakkig gelegen chondrocyten zijn afgeplat en liggen niet in groepen. De figuur linksonder geeft een 3D-beeld van het verloop van de collagene vezels in gewrichtskraakbeen. b Zoals in deze figuur te zien is, mist het articulaire kraakbeen een perichondrium, met als gevolg dat er geen regeneratie kan optreden na slijtage of beschadiging. 40 ×.

Synartrosen Er zijn drie vormen van synartrosen. 1 Synostose: hierbij zijn de botstukken door bot verbonden. Er is dus geen beweeglijkheid. Op deze manier zijn de schedeldakbeenderen bij volwassenen aan elkaar gehecht. 2 Synchondrose: hierbij zijn de botstukken verbonden door hyalien kraakbeen, dat een beperkte beweeglijkheid toelaat, zoals bij de aanhechting van ribben aan het sternum (borstbeen). Bij een symfyse zijn de botdelen door vezelig kraakbeen verbonden (bijvoorbeeld symphysis pubica). 3 Syndesmose: hierbij zijn de botstukken met dicht bindweefsel verbonden. Ook deze verbinding laat enige beweging toe, zoals bij het distale tibiofibulaire gewricht.

vormen, door middel van een kapsel, de verbindingen tussen lange pijpbeenderen. Binnen dit kapsel bevindt zich een gesloten gewrichtsholte met synoviale vloeistof, een kleurloze, doorschijnende vloeistof die viskeus is door een hoog gehalte aan hyaluronzuur. Deze gewrichtsvloeistof bevat veel glycoproteïnen. Deze glycoproteïnen dienen als smeermiddel bij het over elkaar glijden van de gewrichtsvlakken (kraakbeen zonder perichondrium) (fig. 7.15). In de vloeistof kunnen enkele vrije cellen (macrofagen, witte bloedcellen) voorkomen, die uit de synoviale membraan afkomstig zijn (zie hierna). Gewrichtskapsels bestaan uit twee lagen: 1 een fibreuze laag aan de buitenzijde – deze laag kan worden beschouwd als een voortzetting van het periost en behoort tot het straffe bindweefsel; 2 een synoviale membraan aan de binnenzijde.

Diartrosen Diartrosen zijn gewrichten die een grote mate van beweeglijkheid hebben, zoals de elleboog en de knie. Ze

De synoviale membraan is geplooid en dringt soms diep in de gewrichtsholte binnen (fig. 7.16). Deze is opgebouwd

174

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

7 BOT

AC V JC V

JC VC

A

B

VC

a

b Figuur 7.16 a Schematische weergave van de histologische structuur van de synoviale membraan met haar bedekkende bindweefselcellen in epithelioïde rangschikking. Er is geen lamina basalis tussen de bekledende cellen en het onderliggende bindweefsel. Dit laatste is rijk aan bloedcapillairen en bevat een wisselende hoeveelheid vetcellen (VC) (bron: Cossermelli 1971). b De synoviale membraan is een gespecialiseerd bindweefsel dat de binnenkant van gewrichten bekleedt en dat de synoviale vloeistof afscheidt. De synoviale membraan, met daarin veel bloedvaten, heeft plooien. Deze plooien steken uit in de gewrichtsholte. De membraan bevat twee verschillende typen synoviocyten. Eén soort heeft een macrofaagfunctie (type A-cellen) en ruimt celresten in de holte op. De andere cellen (type B-cellen) zijn fibroblastachtig en produceren onder andere hyaluronan, dat een bestanddeel vormt van de synoviale vloeistof. De onderste afbeelding toont een hogere vergroting van het kader in de foto erboven. A = macrofaagachtige type A-cel; AC = gewrichtskraakbeen; B = fibroblastachtige type B-cel; JC = gewrichtsholte; V = bloedvaten

uit een vaatrijk losmazig bindweefsel en wordt bedekt door een laag met twee typen bindweefselcellen: 1 de macrofaagachtige A-cellen, die veel lysosomen, weinig RER en een goed ontwikkeld Golgi-complex tonen; 2 de fibroblastachtige B-cellen, die talrijker zijn en een goed ontwikkeld RER en Golgi-complex hebben. Ze secerneren eiwitten, glycoproteïnen en hyaluronzuur in de synoviale vloeistof. De ligamenten van het gewricht en soms ook de pezen, die dicht bij het gewricht aanhechten, worden in het gewrichtskapsel opgenomen. De in het gewricht gelegen menisci, die meestal uit vezelig kraakbeen bestaan, komen voort uit een embryonale mesenchymmassa die bij alle gewrichten enige tijd tussen de skeletdelen aanwezig is. Ze ontspringen uit het gewrichtskapsel en reiken tussen de gewrichtsoppervlakken.

Medische context Reumatoïde artritis (een chronische ontsteking van de synoviale membranen) zorgt voor een bindweefseltoename en stimuleert macrofagen tot het vrijlaten van collagenases en andere hydrolytische enzymen. Deze enzymen bewerkstelligen uiteindelijk de destructie van het gewrichtskraakbeen (fig. 7.15), waardoor de beenderen de kraakbeenbescherming in het gewricht missen.

Het collageen van de kraakbeenmatrix dicht tegen het gewrichtsoppervlak is in arcaden gerangschikt; daardoor kan het kraakbeen goed weerstand bieden tegen druk bij belasting van het gewricht. De matrix

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

AF NP

Figuur 7.17 Coupe door een rattenstaart met een intervertebrale schijf tussen twee wervels met elk een rood beenmerg (BM) waar hemopoëse aanwezig is. De schijf bestaat uit concentrische lagen van vezelig kraakbeen, die tezamen de annulus fibrosus (AF) vormen. Deze omhult de nucleus pulposus (NP), die uit een gelachtige matrix bestaat waarin verspreide residuale cellen afkomstig uit het notochord voorkomen. De intervertebrale schijven functioneren als schokabsorbers in de wervelkolom en laten ook een grotere beweeglijkheid toe.

SAMENVATTING

r

r

HOOFDSTUK 7

175

van deze vorm van hyalien kraakbeen bestaat tevens voor 80% uit water, dat aan proteoglycanen gebonden is. Bij belasting wordt een deel van dit vocht uitgedreven naar de gewrichtsholte (schokabsorptie). Valt de belasting weg, dan wordt het vocht weer opgenomen, waarbij afstotende krachten tussen de negatief geladen glycosaminoglycanen extra veerkracht geven aan het kraakbeen en ruimte scheppen voor de watermoleculen. Deze waterbeweging is ook van betekenis voor de voeding van het kraakbeen, waarbij verschillende nutriënten en ook O2 en CO2 uitgewisseld worden tussen de synoviale vloeistof en het kraakbeen. Op oudere leeftijd nemen het watergehalte alsook de dikte van het gewrichtskraakbeen af.

BM

AF

7 BOT

Het articulaire kraakbeen vervult een functie in de lagering en het absorberen van mechanische schokken in de gewrichten. Een vergelijkbare situatie vindt men bij de tussenwervelschijven. Deze zijn opgebouwd uit vezelig kraakbeen en bevinden zich tussen de wervels. Deze schijven zijn opgebouwd met een annulus fibrosus, dicht vezelrijk bindweefsel met overlappende en opeenvolgende lagen van vezelig kraakbeen die grote druk kunnen weerstaan (fig. 7.17). In het centrum van deze schijf bevindt zich de nucleus pulposus. Deze bevat verspreide, gevacuoliseerde cellen in een gelachtige matrix van hyaluronan en collagene vezels van het type II. De schijven dienen om de wervelkolom flexibel te maken en om schokken te absorberen. De activiteit van de osteochondrogene cellen wordt gestimuleerd door bewegingen van het gewricht. Dit is de reden dat bij langdurige onderbelasting, bijvoorbeeld door een gipsverband om een gewricht, de kwaliteit van de matrix achteruit zal gaan.

BOT

Bot is een belangrijk steunweefsel. Het maakt door aanhechting van spieren bewegingen mogelijk, terwijl het ook vitale organen beschermt en plaats biedt aan de hemopoëse en de opslag van calcium en fosfaat. De extracellulaire matrix (ECM) van botweefsel is verkalkt door neerslag van hydroxyapatiet, waardoor een hard, stevig weefsel ontstaat dat bestand is tegen druk- en trekkrachten.

r

Bot is een ‘levend’ weefsel dat opgebouwd wordt door osteoblasten. Na de groei blijven deze als osteocyten in het botweefsel achter. Botweefsel is gevasculariseerd.

Cellen en ECM r

Osteoblasten stammen af van osteoprogenitorcellen die een mesenchymale oorsprong hebben.

176

r

r

r

r

r

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

7 BOT

Osteoblasten produceren de verschillende componenten van de ECM en controleren de afzetting van calciumfosfaten tijdens de mineralisatie van de ECM. De mineralisatie begint met het afzetten van calciumfosfaat-kristalletjes (hydroxyapatiet) op collagene vezels. Osteocalcine, matrixvesikels en enzymen die fosfaat vrijmaken, spelen hierbij een rol. Uiteindelijk raakt de ECM volledig gemineraliseerd en raken de osteocyten als enkele cellen in hun lacunes ingesloten. Osteocyten blijven vitaal en controleren de matrix om zich heen. Ze registreren onder meer druk- en trekverschillen, zodat het bot zich aan verschillende omstandigheden (inclusief gewichtloosheid) kan aanpassen. Osteocyten blijven met elkaar in verbinding via dendritische uitlopers. Deze liggen in uitgespaarde kanaaltjes (canaliculi) in de ECM en maken verbinding met elkaar via ‘gap junctions’. Meerkernige osteoclasten breken botmatrix af, waarna de vrijgekomen ruimte met nieuw botweefsel wordt opgevuld. Dit gebeurt tijdens groei, regeneratie en vormverandering van het bot en is een uiting van het dynamische karakter van botweefsel.

r

r

r

Osteogenese r

Periost en endost r

r r

Het periost of periosteum is een vlies van stevig bindweefsel dat gelegen is aan de buitenkant van het bot. Het is met de collagene vezels van Sharpey verbonden met het bot en zit op die manier stevig verankerd. In het periost bevinden zich osteoprogenitorcellen en osteoblasten, die instaan voor de appositionele groei of de regeneratie, bijvoorbeeld na een botbreuk. Het vergelijkbare endost of endosteum zit aan de binnenkant van het bot en heeft een gelijkaardige functie.

Verschillende soorten bot r

r

Pas gevormd primair bot wordt ook wel gevlochten (of plexiform) bot genoemd. De collagene vezels in dit type bot hebben een willekeurige oriëntatie en er is nog geen lamellaire opbouw. Het secundaire of lamellaire bot vervangt het plexiforme bot en bevat een strikte parallelle

oriëntatie van de collagene vezels, die opeenvolgende lagen van botweefsel opstapelen (lamellaire opbouw). Secundair bot is onder te verdelen in compact bot en spongieus bot. Compact bot ligt direct onder het periost. Meer naar binnen toe bevindt zich meestal het spongieuze bot, opgebouwd uit een 3D-netwerk van dunne spaken of trabeculae van botweefsel. Dit botweefsel vindt men bij de aanleg van pijpbeenderen. In secundair bot vormen zich osteonen. Deze worden gevormd in tamelijk lange tunnels. Die tunnels worden door osteoclasten in het bot ‘uitgeboord’. Daarna worden ze door osteoblasten bevolkt en met concentrische lagen van secundair bot opgevuld. In de osteonen blijft een centraal kanaal van Havers open, waarin een bloedcapillair ligt. Osteocyten worden zo van voeding en zuurstof voorzien en afvalstoffen worden meegenomen. Dit transport wordt mogelijk gemaakt door het netwerk van osteocytenuitlopers.

r

r

r

r

De platte beenderen van de schedel en de kaken worden in aanleg gevormd door osteoblasten die primair kleine, platte botstukken vormen tussen twee bindweefselmembranen: de intramembraneuze botvorming. Alle andere botten worden opgebouwd vanuit een kleine kraakbeenmal. Na de vorming van een botmanchet en van primaire botvormingskernen en een invasie van osteoprogenitorcellen en bloedvaatjes wordt deze mal omgebouwd tot een goed gevormd pijpbeen: de chondrale botvorming. Na de verbening blijven twee schijven van kraakbeen aanwezig in de uiteinden van een pijpbeen, de epifysaire kraakbeenschijven. Deze zorgen voor de lengtegroei van de pijpbeenderen tot aan het einde van de puberteit. In deze schijven groeien en hypertrofiëren de chondrocyten, waarna de verkalking wordt ingezet met de invasie van osteoblasten, osteocyten en osteoclasten. Hierna begint de vorming van spongieus bot en de vorming van de mergholte van het pijpbeen waar de hemopoëse op gang komt.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

Groei, regeneratie en vormaanpassing r

r

r

Bot is een dynamisch, levend weefsel. Voortdurend onderhouden de osteoblasten, osteocyten en osteoclasten de ECM en passen die aan wanneer de druk- of de trekkrachten op het botweefsel veranderen. De meest voorkomende vorm van secundair bot bevindt zich in de osteonen, die ook voortdurend hernieuwd en veranderd worden. Nieuwe osteonen worden dwars door het ruimtelijk complex van de vorige osteonen aangelegd, en dat geeft een bijzonder patroon aan het weefsel. Bij een botbreuk vormen de osteoprogenitorcellen van het periost een callus van vezelig kraakbeen, die eerst door primair en later door secundair botweefsel vervangen zal worden.

r

r

Het bot beschikt over een enorme voorraad van calcium, dat heel belangrijk is in een groot aantal fysiologische processen van de cel. Calcium uit het voedsel wordt opgeslagen in en ook weer vrijgegeven vanuit het bot. De bloedcalciumspiegel wordt gereguleerd door de paracriene en systemische hormonale beïnvloeding van osteoblasten, osteocyten

177

en osteoclasten. Parathyreoïd hormoon (PTH): activeert osteoclasten en verhoogt het bloedcalcium, terwijl calcitonine de osteoclasten remt en het bloedcalciumgehalte verlaagt.

Gewrichten r

r

r

Belang van het bot voor het algemeen metabolisme

7 BOT

r

Gewrichten zijn onder te verdelen op basis van beweeglijkheid: diartrosen (veel beweeglijkheid) en synartrosen (weinig beweeglijkheid). Synartrosen met geringe beweeglijkheid zijn door kraakbeen of dicht, vezelrijk bindweefsel aan elkaar verbonden. Diartrosen bevatten een holte die gevuld is met synoviale vloeistof. Ze zijn afgelijnd met een synoviale membraan, waarin macrofagen de resten van de slijtage opruimen. Cellen van de synoviale membraan scheiden de synoviale vloeistof af. De botuiteinden in diartrosen zijn bedekt met hyalien kraakbeen dat als lagering dient. De tussenwervelschijven zijn samengesteld uit een speciaal vezelig kraakbeen dat een soort kussenfunctie vervult. De periferie van de schijf wordt gevormd door de stevige laag van de annulus fibrosus, terwijl de kern van de schijf wordt gevormd door de nucleus pulposus, die schokabsorberend werkt. Hier is (helaas) geen perichondrium aanwezig, zodat regeneratie onmogelijk is.

Kijk voor oefenvragen en samenvattingen op www.studiecloud.nl

8 Zenuwweefsel

INLEIDING

Het zenuwstelsel is een zeer complex systeem dat bestaat uit meer dan honderd miljard zenuwcellen (neuronen). Doordat elk neuron minstens duizend functionele connecties heeft met andere neuronen, ontstaat een uitgebreid communicatienetwerk. Door serieschakeling van neuronen kan een snelle uitwisseling van informatie over grote afstanden plaatsvinden. Het zenuwstelsel kan als volgt worden ingedeeld (fig. 8.1 en fig. 8.2). 1 Het centrale zenuwstelsel (CZS), bestaande uit de hersenen en het ruggenmerg. Hierin worden de neuronen, die lange uitlopers hebben, ondersteund door gliacellen (het Griekse ‘glia’ = lijm), die korte uitlopers hebben. Deze cellen ondersteunen, beschermen en isoleren de neuronen. Het geheel van gliacellen noemt men de neuroglia. Het weefselcomplex waarin deze gliacellen liggen, blijkt elektronenmicroscopisch te bestaan uit een dicht opeengepakt complex van zenuw- en gliaceluitlopers; dit noemt men het neuropileem (zenuwvilt) van het CZS. 2 Het perifere zenuwstelsel (PZS) omvat alle zenuwen (bundels van lange zenuwuitlopers met ondersteunende cellen) en kleine centra van zenuwcellen, de ganglia. Zenuwen en ganglia worden extern omgeven door bindweefsel, dat een beschermende en voedende taak heeft. Neuronen hebben net als alle cellen in het lichaam een elektrisch potentiaalverschil tussen de binnen- en de buitenzijde van hun celmembraan, maar deze cellen reageren op veranderingen in hun omgeving (prikkels) met een wisseling van dit potentiaalverschil. Cellen met deze eigenschap, zoals neuronen, spiercellen en sommige kliercellen, worden prikkelbaar (‘excitable’) genoemd. De potentiaalverandering kan beperkt blijven tot de plaats op de celmembraan waar de prikkel

werd ontvangen. Ze kan zich ook langs de membraan over het hele neuron uitbreiden. Dit is de zenuwimpuls waarmee informatie wordt doorgegeven aan andere neuronen of aan spieren en klieren. Door het creëren, analyseren, identificeren en integreren van informatie kan het zenuwstelsel twee belangrijke hoofdtaken uitoefenen: 1 het waarnemen en reguleren van interne condities (bijvoorbeeld de bloeddruk, de zuurstof- en CO2concentraties en de glucose- en hormoonspiegels); 2 het reguleren van gedragspatronen (ten aanzien van voeding, voortplanting, zelfverdediging en andere interacties met de omgeving). ONTWIKKELING

Zenuwweefsel ontwikkelt zich uit ectoderm (fig. 8.3). De chorda dorsalis induceert een differentiatie in het ectoderm, waardoor de neurale plaat ontstaat. De randen hiervan verdikken, waardoor de neurale groeve ontstaat. Deze randen groeien verder uit en versmelten met elkaar tot de neurale buis. Hieruit ontwikkelt zich het hele centrale zenuwstelsel, inclusief neuronen, gliacellen, ependymcellen en epitheelcellen van de plexus

Medische context Abnormale embryologische ontwikkelingen kunnen leiden tot ziekten zoals spina bifida, waarbij de ruggengraat niet gesloten wordt. Daarbij stulpen in ernstige gevallen ruggenmerg en meninges door de opening naar buiten. Bij de ziekte van Hirschsprung zijn cellen van de neurale lijst niet in staat te invaderen in de darmwand. Hierdoor ontbreken in de darmmucosa de ganglioncellen in de plexussen van Auerbach en Meissner, het parasympathische innervatiesysteem, hetgeen tot dilatatie en hypertrofie van het colon leidt.

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_8, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media

180

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

cerebrum cerebellum ruggenmerg

hersenzenuwen ruggenmergzenuwen ganglia

centraal zenuwstelsel (CZS)

perifeer zenuwstelsel (PZS)

Figuur 8.1 Organisatie van het zenuwstelsel (a). De hersenen en het ruggenmerg maken deel uit van het centrale zenuwstelsel (CZS). Het perifere zenuwstelsel (PZS) is opgebouwd uit zenuwen en ganglia. De zenuwen kunnen onderverdeeld worden in de afferente (inkomende) sensorische zenuwen en de efferente (uitgaande) motorische zenuwen. Afhankelijk van de functie kunnen binnen de sensorische zenuwen willekeurige (somatische) of onwillekeurige (viscerale) zenuwen worden onderscheiden. Binnen motorische zenuwen worden eveneens willekeurige (somatische) of onwillekeurige (autonome) zenuwen onderscheiden. De onwillekeurige motorische zenuwen worden gezamenlijk het autonome zenuwstelsel genoemd. Deze componenten zijn terug te vinden in de schematische indeling van de functionele organisatie van het centrale en perifere zenuwstelsel (b).

a ZENUWSTELSEL perifeer zenuwstelsel

centraal zenuwstelsel (CZS)

perifeer zenuwstelsel

afferente neuronen

efferente neuronen

geven informatie uit de omgeving door aan het CZS inkomend

geven informatie uit het CZS door aan de periferie uitgaand

hersenen

neus speekselklieren

oog

autonoom ganglion

oor sensorische ganglia smaakknoppen ruggenmerg

gladde spieren motorische zenuwen

huid, spier, gewrichten en ingewanden

b

skeletspieren sensorische zenuw

zenuwen en ganglia

hersenen en ruggenmerg

zenuwen en ganglia

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

8 ZENU WWEEFSEL

181

ganglion ciliare ganglion sphenopalatinum middenhersenen

plexus caroticus

ganglion submaxillare

verlengde merg

2 3 4 5 6

T.I 2

ruggenmerg

lumbaal

sacraal

glandula submaxillaris glandula sublingualis glandula parotis

7 8

thoracaal

traanklier

ganglion oticum C.1

cervicaal

oog

3 4 5 6

ganglion cervicale superius ganglion cervicale medianus ganglion cervicale inferius

hart

nervus vagus

larynx, trachea en bronchi long

maag dunne darm

nervus splanchnicus major

ganglion coeliacum

7 8 9 10 11 12 L.1 2 3 4 5 S.1 2 3 4 5

nervus splanchnicus minor ganglion mesentericum superius ganglion mesentericum inferius grensstreng

bloedvaten van de buik lever galblaas galgangen pancreas bijniermerg nier

colon

rectum blaas

n. pelvicus

geslachtsorganen en uitwendige genitalia

Figuur 8.2 Schema van de efferente autonome verbindingen. Preganglionaire neuronen zijn als doorlopende lijnen getekend, postganglionaire neuronen als stippellijnen. De blauwe lijnen zijn parasympathische vezels; de rode lijnen zijn sympathische vezels. In de figuur zelf zijn de belangrijkste verbindingen aangegeven (gewijzigd overgenomen uit: Youmans 1962).

choroideus. Het ectoderm aan weerszijden van de neurale plaat wordt mee ingestulpt naar binnen. Na de sluiting van de neurale groeve tot neurale buis komen deze cellen aanvankelijk als de neurale lijst naast de neurale buis te liggen. Uit deze cellen ontwikkelen zich de sensibele neuronen van de spinale ganglia, cellen van de pia mater en arachnoidea, postganglionaire neuronen van ortho- en parasympathische ganglia, Schwann-cellen, mantelcellen van perifere ganglia en

tevens chromaffiene cellen van het bijniermerg en melanocyten in de huid. NEURONEN

Zenuwcellen of neuronen zijn in volwassen toestand cellen die niet meer delen. Ze verzorgen de communicatie binnen het zenuwstelsel, maar ook die met andere weefsels. Het gaat hier om de opname, overbrenging en verwerking van prikkels, waarbij neurotransmitters en

182

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

8 Z EN UW W EE FSEL

neurale groeve

neurale groeve neurale lijst

neurale wallen notochord

b

a

neurale groeve

neurale buis cellen neurale lijst

ectoderm

c

ontstaan van de epidermis

d

Figuur 8.3 Schematische weergave van een dwarsdoorsnede van een humaan embryo in week 4 van de embryonale ontwikkeling. In het schema wordt het proces van neurulatie weergegeven. Tijdens neurulatie worden de cellen van het latere CZS en PZS aangelegd. a 21 dagen oud humaan embryo (circa 1 mm in lengte) waarbij de omliggende amnionholte en dooierzak niet zijn weergegeven. Onder invloed van de axiale notochord verdikken de ectodermale cellen boven de notochord en vormen de neurale plaat. De resterende ectodermcellen vormen uiteindelijk de epidermis. b Vanuit de laterale wanden van de neurale plaat ontstaan twee neurale wallen, die gescheiden worden door de tussenliggende neurale groeve. c De neurale wallen groeien naar elkaar toe en fuseren ter hoogte van het midden van de neurale groeve, waardoor deze overgaat in de neurale buis. De neurale buis is het breedst aan de craniale zijde en het smalst aan de caudale zijde van het embryo. Vanuit de neurale buis ontwikkelt zich het CZS. d Wanneer de neurale wallen fuseren en de neurale buis gevormd wordt en van het bovenliggende ectoderm loslaat, migreert een populatie van neurale cellen vanuit de neurale plaat om een cluster van mesenchymale cellen te vormen: de neurale lijst. De cellen van de neurale lijst vertegenwoordigen een belangrijke populatie van embryonale mesenchymale cellen. Deze cellen liggen aanvankelijk tussen de neurale buis en de epidermis, maar ze migreren direct in laterale richting. Vanuit de cellen van de neurale lijst ontwikkelen zich de sensorische ganglia en alle andere cellen van het PZS, maar ook niet-neurale weefsels, zoals melanocyten, bot, kraakbeen, bindweefsel, chromaffiene cellen in de bijnier.

andere informatiemoleculen een rol spelen. Neuronen bestaan uit drie onderdelen (fig. 8.4 en fig. 8.5). 1 Het cellichaam of perikaryon, met de kern in het centrum: het perikaryon vormt het stofwisselingscentrum van de cel, dat ook gevoelig is voor prikkels. 2 De dendrieten: sterk vertakte uitlopers, meestal een aantal per neuron. Ze vangen meestal stimuli op en geleiden deze naar het cellichaam. 3 Het axon: een enkele, vaak zeer lange uitloper, die meestal impulsen naar andere cellen (neuronen, spiercellen of kliercellen) leidt.

Het distale uiteinde van het axon is gewoonlijk vertakt en wordt telodendron (eindboompje) genoemd. Elke collaterale tak van het telodendron eindigt met een verbreding (eindknopje of ‘bouton’) waarlangs overdracht van de impuls via specifieke contactplaatsen, de synapsen, naar andere neuronen of cellen plaatsvindt. Neuronen met hun uitlopers tonen grote verschillen in vorm en grootte. Enkele, met een perikaryon van meer dan 150 μm, behoren tot de grootste cellen van het lichaam; andere zijn zeer klein, met een doorsnede van 4-5 μm.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

dendrieten

Nissllichaampjes

axon van ander neuron

oligodendrocyt

insnoering van Ranvier

183

voornaamste typen neuronen

synaps perikaryon axonheuvel

begin axon

8 ZENU WWEEFSEL

myelineschede

pseudounipolair

axoneindiging

collaterale vertakking van axon axon centraal zenuwstelsel perifeer zenuwstelsel

axoneindiging

kern van de Schwann-cel

multipolair

collaterale tak

dendrieten

axoneindiging bipolair

motorische eindplaatjes

Figuur 8.4a Schematische weergave van een motorneuron. Het cellichaam van het neuron heeft een zeer grote kern en een goed ontwikkelde nucleolus. Het perikaryon bevat Nissl-lichaampjes (RER), die ook in de grote dendrieten voorkomen. Uit de axonheuvel (zonder Nissllichaampjes) ontspringt het axon, dat op enige afstand van het perikaryon omgeven wordt door een myelineschede. Binnen het centrale zenuwstelsel wordt deze gevormd door oligodendrocyten, buiten het centrale zenuwstelsel door de Schwann-cellen. Rechtsboven maakt het axon van een ander neuron een synaptische verbinding met dit neuron (cirkel). Drie motorische eindplaten dragen de zenuwimpuls over aan de dwarsgestreepte skeletspiervezels. Pijlen geven de richting van de zenuwimpuls aan.

Op grond van hun vorm en grootte kunnen neuronen als volgt onderscheiden worden (fig. 8.4b). 1 Multipolaire neuronen, met meer dan twee uitlopers, waaronder één axon en verscheidene dendrieten. De meeste neuronen zijn van dit type. 2 Bipolaire neuronen, met één axon en één dendriet. Deze komen onder andere voor in het gehoororgaan en het netvlies.

Figuur 8.4b Vereenvoudigd beeld van drie hoofdtypen van neuronen die kunnen worden onderscheiden op grond van hun morfologie, namelijk de bipolaire, multipolaire en pseudo-unipolaire neuronen. Deze indeling en terminologie berusten op de rangschikking van de dendrieten en het axon van de cellen. Pijlen geven de richting van de impuls aan.

3

4

Pseudo-unipolaire neuronen, met één uitloper die op enige afstand van het perikaryon T-vormig splitst in een axon en een dendriet. Deze situatie komt veel voor bij spinale en craniale ganglia en laat een directe impulsgeleiding toe van dendriet naar axon. Anaxonische neuronen, met veel dendrieten, maar geen echt axon. Deze neuronen genereren geen actiepotentialen, maar regelen de elektrische veranderingen in naburige neuronen.

Zenuwcellen kunnen ook worden ingedeeld naar functie (fig. 8.6). 1 Motorische (efferente) neuronen (motorneuronen) geven signalen naar effectoren zoals spiervezels, exo- en endocriene klieren.

184

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

G D

perikaryon

dendrieten

NS

nucleolus nucleus cellichaam

N

Nissl-substantie axonheuvel axoplasma axolemma neurofibrillen

axon (onder myelineschede)

AH

collaterale tak

knoop van Ranvier

A

myelineschede telodendria b

knopvormig uiteinde synaps

synaptische vesikels die neurotransmitters bevatten synaptische spleet postsynaptisch neuron synaps

a

Figuur 8.5 a Schematische weergave van een neuron met een perikaryon en een grote kern en Nissl-substantie. Aan de bovenzijde bevinden zich de dendrieten. Een enkel axon met een axonheuvel brengt de impulsen naar een volgend neuron. Het axon wordt omgeven door een myelineschede die gevormd wordt door oligodendrocyten (CZS) of Schwanncellen (PZS). De myelineschede is periodiek onderbroken bij de knopen van Ranvier, die een rol spelen in de impulsgeleiding. Het uiteinde van het axon vertakt in de telodendria, die met een knopvormig uiteinde (‘bouton’) via een synaps contact maken met de targetcel. b LM-opname van een motorneuron met een kern (N), Nissl-substantie (NS), dendrieten (D) en een axon (A) met axonheuvel (AH). De kleine donkere plekjes in het preparaat naast het neuron zijn de kernen van verspreide gliacellen (G). HE-kleuring, 100 ×.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

piramidale cel (cerebrale cortex)

Purkinje-cel neuron uit (cerebellum) optisch gebied

8 ZENU WWEEFSEL

185

zoals lipofuscine, een residu van onverteerd materiaal in lysosomen; het pigment wordt in grotere mate bij ouderen aangetroffen in langlevende cellen (ouderdomspigment).

Dendrieten secretieneuron uit de hypofyse

motorisch neuron uit ruggenmerg

centraal neuron van het autonome zenuwstelsel

ganglionneuron van het autonome zenuwstelsel

Figuur 8.6 Schematische tekening ingedeeld naar functie van verschillende typen neuronen in het centrale zenuwstelsel. Alle neuronen die hier getekend zijn, met uitzondering van de bipolaire en pseudo-unipolaire neuronen die weinig voorkomen in zenuwweefsel, zijn van het meest voorkomende multipolaire type. De anaxonische neuron is niet getekend.

2 3

4

Sensorische of sensibele (afferente) neuronen ontvangen prikkels uit de omgeving en uit het lichaam zelf. Schakelneuronen (interneuronen) verzorgen de verbinding tussen neuronen onderling binnen één kerngebied. Projectieneuronen verbinden kerngebieden onderling.

Dendrieten kunnen in grote aantallen per zenuwcel voorkomen (fig. 8.5). Ze zijn meestal kort. Over het algemeen zijn ze boomvormig vertakt, waarbij ze dunner worden naarmate ze zich vertakken. Door deze vertakkingen kan een neuron impulsen uit een groot aantal eindigingen van axonen van andere cellen opnemen en integreren. De dendrieten van één Purkinje-cel in het cerebellum kunnen zo tot ongeveer 200.000 contactpunten hebben met de eindvertakkingen van axonen. Het cytoplasma van een dendriet komt grotendeels overeen met dat van het perikaryon, maar heeft geen Golgi-complex. Dendrieten zijn gewoonlijk bedekt met een groot aantal korte (1-3 μm) paddenstoelvormige uitsteeksels, ‘spines’ (spina = uitsteeksel). Ze vormen de plaatsen van synaptisch contact (zie de paragraaf ‘Synapsen’, even verderop). De ruimtelijke verbreiding van de dendrietvertakkingen kan bestudeerd worden met de uit de negentiende eeuw stammende zilverimpregnatietechniek volgens Golgi. Hierbij worden bij een deel van de neuronen het cellichaam en al hun uitlopers geïmpregneerd, waardoor ze zich zwart aftekenen.

Perikaryon Het perikaryon bevat de kern van de zenuwcel en het direct daaromheen liggende cytoplasma, zonder de uitlopers (fig. 8.7). Dit perikaryon kan ook impulsen van andere neuronen op zijn oppervlak ontvangen. De grote kern heeft een opvallende nucleolus en een fijn verdeeld chromatine. Tevens worden veel vrije polyribosomen en een sterk ontwikkeld RER aangetroffen. Dit alles wijst op een hoge eiwitsynthetiserende activiteit voor structurele eiwitten en exporteiwitten (neurotransmitters). Al in de negentiende eeuw konden het RER en de vrije polysomen, door kleuring met cresylviolet (kleuring volgens Nissl), worden waargenomen als basofiele elementen in het cytoplasma: de Nissl-substantie (Nissl-lichaampjes). De hoeveelheid van deze substantie verschilt al naargelang het type zenuwcel en de activiteit. Er is veel Nissl-substantie in grote zenuwcellen, zoals de motorische neuronen. In het perikaryon liggen rond de kern enkele afzonderlijke Golgi-complexen met blaasjes, met daaromheen soms SER en lysosomen. Mitochondriën komen verspreid voor in het cytoplasma. In sommige gevallen komen in het perikaryon pigmenten voor,

Axonen De meeste neuronen hebben slechts één axon, een lange cilindervormige uitloper waarvan de diameter en lengte voor elk type zenuwcel weer anders kunnen zijn (fig. 8.5 en fig. 8.6). Axonen zijn meestal zeer lang, hoewel sommige schakelneuronen korte axonen hebben. De motorneuronen van het ruggenmerg die de voetspieren innerveren, kunnen bijvoorbeeld een lengte bereiken van ongeveer één meter. Binnen het CZS ontspringen soms zijtakken uit het axon; deze collateralen staan loodrecht op de lengteas van het axon. Een axon ontspringt uit het perikaryon via een korte trechtervormige uitstulping, de axonheuvel, waarin zich, net als in het axon, geen RER bevindt (fig. 8.8). In een Nissl-preparaat is dit gebied dus helder doordat er geen kleuring optreedt. Bij zenuwcellen, waarvan het axon door een myelineschede omgeven is, ligt een onbedekt beginsegment tussen de axonheuvel en het punt waar de myelineschede begint. Hier worden de verschillende activerende (excitatie) en remmende (inhibitie) signalen gesommeerd (‘spike trigger zone’), hetgeen resulteert in het al dan niet doorlaten van

186

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

a

b Figuur 8.7 a Schematische weergave van de ultrastructuur van het perikaryon van een neuron. Een kern, Nissl-substantie, mitochondriën, Golgi-apparaten en onderdelen van het cytoskelet zijn zichtbaar. Al deze organellen wijzen op een hoge synthese en secretieactiviteit. Het oppervlak van het neuron is geheel bedekt door synaptische uitlopers van andere neuronen en met uitlopers van gliacellen. Ter plaatse van synapsen is de membraan van het neuron verdikt. De uitloper zonder ribosomen (onderaan) is het axon. De andere uitlopers van het neuron zijn dendrieten. b LM-opname van een motorisch neuron in het ruggenmerg van de mens. Het cytoplasma bevat een groot aantal Nissllichaampjes, rondom de celkern (N). Rondom de neuronen ziet men celkernen van talrijke glia- en endotheelcellen, waarvan het cytoplasma niet zichtbaar is.

een actiepotentiaal ofwel zenuwimpuls. De plasmamembraan van een axon wordt axolemma genoemd;

Medische context Hoewel intracraniële tumoren voor circa 50% afkomstig zijn van zenuwweefsel, zijn ze zelden afkomstig van de neuronen in het CZS. De meeste intracraniële tumoren zijn afkomstig van gliacellen (bijvoorbeeld benigne oligodendrogliomen en fatale maligne astrocytomen). Er kunnen ook tumoren ontstaan uit bindweefsel dat geassocieerd is met het zenuwstelsel (bijvoorbeeld fibromen of sarcomen). Tumoren die ontstaan uit neuronen van het PZS, kunnen zeer maligne zijn (bijvoorbeeld neuroblastomen, die voornamelijk voorkomen bij kinderen).

de inhoud wordt aangeduid als axoplasma. Het axoplasma bevat mitochondriën en enkele cisternen van SER. Door de afwezigheid van polyribosomen, RER en Golgi-complex is het axon voor zijn onderhoud afhankelijk van het perikaryon en omliggende gliacellen. Wanneer het axon beschadigd wordt, degenereren zijn distale delen.

Het neuronale cytoskelet Zowel in het perikaryon, de dendrieten als het axon vindt men elementen van het cytoskelet. 1 Neurofilamenten: intermediaire filamenten met een diameter van 10 nm. Deze zijn zeer talrijk. Bij impregnatie met zilver zijn ze als neurofibrillen zichtbaar in de lichtmicroscoop. 2 Neurotubuli: microtubuli die zeer lang zijn; ze reiken vaak tot in de uiteinden van het axon. 3 Actinefilamenten: microfilamenten die voornamelijk in het axon voorkomen.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

8 ZENU WWEEFSEL

187

axonheuvel

begin van het axon

Figuur 8.8 TEM-opname van een axonheuvel en het begin van een axon. De positie ten opzichte van het neuron als geheel wordt in de inzet rechtsonder aangegeven. De axonheuvel is arm aan ribosomen en Nissl-substantie (RER). In de axonheuvel zijn duidelijke microtubuli (MT, pijlen) te zien. Het eindvoetje van een ander axon, onder in de foto (AE, pijl), heeft een synaptische verbinding met het axon. Er is vrijwel geen intercellulair materiaal in het zenuwweefsel te zien. 26.000 × (opname: A. Peters).

De elementen van het neuronale cytoskelet geven het perikaryon en de uitlopers een zekere stevigheid. Hiernaast vervullen neurotubuli ook een rol bij het transport van eiwitten, bijvoorbeeld neurotransmitters, naar de verafgelegen eindknopjes.

Axonaal transport In het axon vindt een intensief bidirectioneel transport van producten plaats. 1 Anterograad transport: in het perikaryon vindt een vrijwel continue aanmaak van eiwitten, glycoproteïnen

188

2

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

en andere macromoleculen plaats. Via het axon worden ze naar de uiteinden getransporteerd. Ze dienen onder andere ter vervanging van de eigen substantie van het axon, waarbij ook hele organellen getransporteerd kunnen worden. Via een trage axonale stroming (enkele mm per dag) worden veel eiwitten, waaronder enzymen, bestanddelen voor microtubuli, actine- en neurofilamenten, vervoerd. Via het snelle axonale transport (20-40 mm per dag) worden celorganellen (mitochondriën), maar ook vesikels met neurotransmitters, neuropeptiden en secretie-eiwitten naar het eindknopje vervoerd. Retrograad transport: dit transport vervoert onder andere membraanfragmenten, lege vesikels en brokstukken van eiwitten terug naar het perikaryon. Daar kunnen ze worden hergebruikt of lysosomaal worden afgebroken (brokstukken van eiwitten zullen eerder door proteasomen worden afgebroken). Ook materiaal dat via endocytose opgenomen wordt (virussen en toxinen), kan op deze wijze retrograad getransporteerd worden.

Aan het axonale transport gerelateerde eiwitten zijn: 1 kinesine, een microtubuliafhankelijk ATP’ase dat, gekoppeld aan vesikels, het anterograde transport bewerkstelligt; 2 dyneïne, een eiwit dat het retrograde transport van vesikels via microtubuli bewerkstelligt (zie ook hoofdstuk 2).

Zenuwimpuls Het zenuwstelsel kan zenuwimpulsen (actiepotentialen) genereren, voortgeleiden en integreren. De voortgeleiding van de impuls voltrekt zich in en om het axolemma zonder dat hiervan microscopisch iets is waar te nemen. Neuronen reageren snel op een prikkel door een omkering van de elektrische potentiaal op de celmembraan. Deze verspreidt zich meestal snel over de plasmamembraan vanuit het punt waar de prikkel ontvangen is. Zo worden zenuwimpulsen als elektrische signalen door voortgaande membraandepolarisatie van het axon ook doorgegeven naar het axonuiteinde. De impuls kan aan andere neuronen of effectorcellen (spiercellen, kliercellen) worden overgedragen via synapsen (zie hierna). De veranderingen in een membraanpotentiaal zijn het gevolg van passage van ionen door speciale ionenkanalen. In rust is het axolemma doorgankelijk voor

K+-ionen, waaraan het axoplasma zeer rijk is, in tegenstelling tot andere ionen zoals Na+, dat zich buiten de cel in hoge concentraties bevindt. Het uitlekken van K+-ionen leidt tot een potentiaalverschil van 70-90 mV (positief buiten, negatief binnen), waarna geen verder uittreden van K+-ionen meer plaatsvindt. Deze toestand heet de rustpotentiaal. De concentratieverschillen tussen buiten (veel Na+) en binnen (veel K+) worden door energieverbruikende ionenpompen in stand gehouden (onder andere Na+/K+-ATP’ase). Wanneer een depolariserende impuls (door inwerking van een neurotransmitter of door een naderende impuls) een bepaald deel van een zenuwcelmembraan treft, worden spanningsafhankelijke ionenkanalen geopend, waardoor de buiten de cel aanwezige Na+-ionen naar binnen stromen. Zo ontstaat een omkering van het potentiaalverschil, waarbij de buitenzijde van de membraan negatief wordt ten opzichte van de binnenzijde. Deze potentiaalsprong verplaatst zich langs de membraan (de actiepotentiaal). Waar deze golf gepasseerd is, sluiten de Na+-kanalen zich weer en gaan de K+-kanalen die onder invloed van de depolarisatiegolf dicht waren gegaan, open. Na een zekere tijd (refractaire periode) herstelt de oude toestand zich en kan de membraan een nieuwe prikkel verwerken. Dit alles gaat zeer snel. Neuronen kunnen enkele honderden actiepotentialen per seconde genereren. Een actiepotentiaal verspreidt zich als een golf langs een ongemyeliniseerd (niet van een myelineschede voorzien) axon in beide richtingen. Waar deze depolarisatiegolf een telodendron bereikt met synaptische blaasjes, veroorzaakt deze het vrijkomen van neurotransmitters en kan signaaloverdracht in de synaps plaatsvinden. Bij gemyeliniseerde zenuwvezels liggen Na+kanalen vrijwel alleen in het axolemma ter plaatse van de insnoering van Ranvier waar het axon blootligt. Hier is het axon dus prikkelbaar. De tussengelegen, internodale gebieden zijn niet prikkelbaar, maar hebben uitstekende geleidingseigenschappen, waardoor ze een depolarisatiegolf sprongsgewijs naar een volgende insnoering van Ranvier zenden. Deze zogenoemde saltatoire impulsgeleiding (het Latijnse ‘saltare’ = springen) is veel sneller dan de continue geleiding bij mergloze vezels.

Synapsen Een synaps is de plaats van signaaloverdracht van een neuron naar een ander neuron of een effectorcel

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

(spiercel, kliercel) (fig. 8.9). De signaaloverdracht kan elektrisch of chemisch plaatsvinden. Elektrische synapsen komen weinig voor in het zenuwstelsel. Een directe signaaloverdracht door middel van ionentransport via nexusverbindingen komt in deze categorie relatief het meest voor. Chemische synapsen zijn de meest voorkomende synapsen. Hierbij wordt de zenuwimpuls omgezet in een chemisch signaal. 1 De zenuwimpuls (actiepotentiaal) opent spanningsgestuurde kanalen (‘voltage-gated channels’) in de presynaptische membraan, waardoor een instroom van Ca2+-ionen optreedt. 2 De calciuminflux veroorzaakt een onmiddellijke exocytose van de neurotransmitter die in de synaptische vesikels in het zenuwuiteinde klaarligt (tabel 8.1). De extra hoeveelheid membraan die hierdoor aan de presynaptische membraan wordt toegevoegd, kan gerecycled worden via endocytose en soms worden hergebruikt voor de vorming van nieuwe transmitterblaasjes. 3 De transmitter komt vrij in de 15-40 nm brede synaptische spleet, tussen de pre- en postsynaptische membraan, en bindt als ligand aan receptoren op de postsynaptische membraan. Hierdoor kunnen ligandgestuurde ionkanalen (‘ligand-gated ion channels’) geopend worden, waardoor influx van Na+-ionen optreedt en er een nieuwe actiepotentiaal opgewekt wordt. De duur van de synaptische signaaltransmissie is in de regel minder dan 1 ms. De synaptische spleet is een afgesloten ruimte, zodat transmitters zich niet buiten de spleet kunnen verspreiden. Door lokaal aanwezige enzymen kunnen reeds benutte transmitters effectief worden afgebroken; ze kunnen ook geëndocyteerd worden, waardoor een continue prikkeling van de postsynaptische membraan voorkómen wordt. Op de presynaptische membraan komen autoreceptoren voor die inmiddels uitgescheiden transmitters kunnen binden en, door terugkoppeling, een regulerende functie kunnen uitoefenen op de overdracht van impulsen. De synaptische transmissie is in hoofdzaak een eenrichtingsverkeer dat van groot belang is voor de functionele polariteit van neuronale netwerken. De signaaloverdracht in de synaps hoeft niet tot weer een actiepotentiaal te leiden omdat er, afhankelijk van het type receptor, ook neurotransmitters zijn die remmend kunnen

Tabel 8.1

8 ZENU WWEEFSEL

189

Veelvoorkomende neurotransmitters

Kleine moleculen Catecholaminen Glutamaat Dopamine GABA (gamma- Norepinefrine aminoboterzuur) Glycine Serotonine Acetylcholine Histamine Noradrenaline

Neuroactieve peptiden Substance-P Enkefaline Endorfine Vasopressine Vasoactive intestinal peptide (VIP)

werken (hyperpolarisatie) of via ‘second-messenger’-systemen de respons kunnen beïnvloeden (neuromodulatoren of neurohormonen). Momenteel zijn meer dan honderd neurotransmitters (en neuromodulatoren) aangetoond. Deze worden onderverdeeld in kleine moleculen, catecholaminen en neuroactieve peptiden (tabel 8.1). De bekendste hiervan zijn acetylcholine en noradrenaline. Synapsen zijn rigide structuren. De pre- en postsynaptische membranen aan weerszijden van de spleet zijn verdikt en bevatten allerlei enzymen en andere eiwitten die bij de transmissie van pas komen. Karakteristiek voor de presynaptische eindiging is het voorkomen van talrijke synaptische vesikels en mitochondriën. Tussen zenuwcellen onderling worden verschillende synapsen onderscheiden (in fig. 8.10 worden de eerste drie weergegeven): r axosomatisch: tussen axon en perikaryon; r axodendritisch: tussen axon en dendriet; r axoaxonisch: tussen twee axonen; r synaps tussen axon en effectorcel, zoals tussen zenuw- en spiercel (motorische eindplaat) of tussen zenuw- en kliercel.

Medische context De ziekte van Huntington (chorea van Huntington) begint tussen het 30e en 50e levensjaar en leidt tot ernstige spierspasmen en gewrichtsstoornissen. Men heeft sterke aanwijzingen ervoor gevonden dat deze samenhangen met een verlies van cellen die de inhibitieneurotransmitter GABA produceren. De ziekte van Parkinson, die onder andere tot verlammingsverschijnselen leidt, wordt gerelateerd aan de afwezigheid van dopamine in bepaalde gebieden van de hersenen.

190

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

zenuwimpuls axon van het presynaptische neuron

mitochondriën Ca2+-ionen

microtubuli van het cytoskelet

spanningsgestuurde kanalen synaptische spleet

T1

vesikels die acetylcholine bevatten

D

acetylcholine acetylcholine bindt aan receptor en ionenkanalen worden Na+-ionen geopend

postsynaptische membraan receptoreiwit

T2

Postsynaptisch neuron

a

b

Figuur 8.9 Schematische weergave van een synaps, het contact tussen twee neuronen. a Door de synaps (eindknopje of ‘bouton’) worden neurotransmitters uitgescheiden via exocytose. In het cytoplasma van de synaps vindt men veel synaptische vesikels die de neurotransmitter bevatten, naast mitochondriën en SER. Sommige neurotransmitters worden in het perikaryon van het neuron gesynthetiseerd en worden door kleine vesikels via het cytoskelet over de totale lengte van het axon naar de synaps vervoerd. Bij signaaloverdracht zullen eerst Ca2+-ionen het axon in gaan, wat resulteert in uitscheiding van de neurotransmitter in de synaptische spleet. NB Als er door de exocytose te veel membraan aan de celmembraan wordt toegevoegd, zal deze door clathrinegecoate micropinocytosevesikels worden opgenomen en gerecycled (niet getoond in de figuur). b TEM-opname van een axodendritische synaps gevuld met synaptische blaasjes (T1). Bij de pijlen zijn de asymmetrische membraanverdikkingen zichtbaar die typisch zijn voor de synaptische spleet. Op de postsynaptische membraan van de ontvangende cel, de dendriet (D), zitten receptoren (zie ook a), die de membraandepolarisatie op de celmembraan van de ontvangende cel zullen genereren. Bij T2 is er axoaxonisch contact. 35.000 ×.

GLIACELLEN

Gliacellen zijn cellen die neuronen zowel mechanisch als metabool kunnen ondersteunen en beschermen. In het CZS komt, behalve rond de bloedvaten, geen bindweefsel voor. De gliacellen vervullen de taak van extracellulaire matrix. Zo worden neuronen in het CZS over het gehele oppervlak bedekt met uitlopers Tabel 8.2

van gliacellen. Gliacellen kunnen een modulerende rol spelen bij de impulsoverdracht. Het aantal gliacellen is ongeveer tien keer zo groot als het aantal neuronen. Gliacellen die alleen in het CZS voorkomen, zijn astrocyten, oligodendrocyten, microgliacellen en ependymcellen (fig. 8.11 en fig. 8.19). Het geheel van deze cellen duidt men aan met de term neuroglia (tabel 8.2).

Herkomst en belangrijkste functies van gliacellen

Type gliacel

Herkomst

Vóórkomen

Belangrijkste functie

Astrocyt

Neurale buis

CZS

Steunfunctie (onder andere voor capillairen); zorgt voor herstel na beschadigingen en veel andere regulerende functies (zie tekst)

Oligodendrocyt

Neurale buis

CZS

Vorming myelineschede (isolatie van axonen in CZS) en voedende en ondersteunende functie van axonen (‘trophic support’)

Microgliacel

Dooierzak macrofagen CZS

Immunologische en fagocyterende functie in het CZS

Ependymcel

Neurale buis

CZS

Bekleding van de holten van het CZS

Schwann-cel

Neurale lijst

PZS

Vorming myelineschede (isolatie van axonen in PZS)

Satellietcel

Neurale lijst

PZS

Steun en voeding ganglionneuronen

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

axosomatische synaps

axodendritische synaps

8 ZENU WWEEFSEL

191

axoaxonische synaps axonen

axon

axon dendriet

cellichaam

uitsteeksel van de dendriet

Figuur 8.10 De axonuiteinden ofwel synapsen kunnen een impuls overdragen via een contact met het perikaryon, een dendriet of een axon van een volgend neuron.

neuron

oligodendrocyt kern

perivasculaire voet astrocyt

myelineschede axonen capillair

a

b

Astrocyt

Oligodendrocyt

centraal kanaal van het ruggenmerg

ependymcellen microgliacel

neuron

ruggenmerg

c

d Microgliacellen

Ependymcellen

Figuur 8.11 Vier typen gliacellen zijn aanwezig in het CZS. a Astrocyten hebben veel uitlopers, die een plat voetje plaatsen op de buitenwand van bloedcapillairen. Door de vele voetjes worden de capillairen geheel bedekt en ontstaat de bloed-hersenbarrière (hier zijn dus eigenlijk te weinig voetjes getekend). b Oligodendrocyten produceren een myelineschede om verscheidene axonen tegelijk. Een Schwann-cell in het PZS bedient slechts één axon. c Microgliacellen nemen de plaats in van de extracellulaire matrix in andere organen. Verondersteld wordt dat ze afstammen van monocyten. Ze oefenen ook een fagocytaire en immunologische functie uit. De andere gliacellen (a t/m c) worden ook weleens de macrogliacellen genoemd. d Ependymcellen bekleden de ventrikels en het centrale kanaal in het ruggenmerg.

192

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

In routinekleuringen ziet men lichtmicroscopisch van gliacellen alleen de kernen tussen de neuronen. Het weefselcomplex waarin deze gliacellichamen liggen, blijkt elektronenmicroscopisch te bestaan uit dicht opeengepakte doorsneden van zenuw- en gliaceluitlopers: het neuropileem (zenuwvilt). De Schwann-cellen en satellietcellen, die voorkomen in het PZS, worden ook tot de gliacellen gerekend.

Astrocyten Astrocyten (‘stervormig’) zijn de grootste gliacellen. Ze zijn uniek voor het CZS en ze zijn ook het talrijkste celtype. Astrocyten worden gekenmerkt door veel uitlopers die aan het eind verbreed zijn. Deze eindvoetjes eindigen vaak op de wand van capillairen (trompetvoetjes) en vormen hieromheen een vrijwel continue schede. Deze constructie is onderdeel van de bloed-hersenbarrière. Astrocyten omhullen met andere eindvoetjes ook zenuwcellen en hun uitlopers, waarbij ze de plaatsen van synaptisch contact tussen zenuwcellen afgrenzen. Astrocyten vormen ook de glia limitans (de buitenste grenslaag van het CZS). Astrocyten bevatten 8 nm dikke gliafilamenten, die tot de intermediaire filamenten behoren. Met antilichamen tegen deze filamenten kunnen astrocyten specifiek aangekleurd worden. De filamenten geven steun aan het zenuwweefsel. Naast de steunfunctie spelen astrocyten een rol bij de voeding van neuronen. De eindvoetjes die eindigen op de wand van capillairen, maken contact met endotheelcellen. Verondersteld wordt dat via deze uitlopers moleculen en ionen van het bloed naar de neuronen getransporteerd kunnen worden. Astrocyten vervullen ook veel andere taken. Bij beschadiging van het centrale zenuwstelsel prolifereren ze en vullen ze de lacunes op. Ze produceren groeifactoren en kunnen daarmee het regeneratieve vermogen van het CZS beïnvloeden. Ook houden ze een bepaald micromilieu rondom neuronen in stand. Ze zorgen ervoor dat de tijdens de impulsoverdracht vrijgekomen neurotransmitters en andere ionen snel verwijderd worden, zodat nieuwe impulsoverdrachten hierdoor niet beïnvloed worden. Daarnaast spelen astrocyten een rol bij veel regulerende functies in het centrale zenuwstelsel. Daartoe beschikken ze over adrenerge receptoren en aminozuur- en peptidenreceptoren en scheiden ze veel metabole en neuroactieve stoffen uit, zoals peptiden van de angiotensinefamilie, vasoactief

endotheline, somatostatine en de opioïdprecursor enkefaline. Astrocyten communiceren met elkaar via ‘gap junctions’ (nexusverbindingen). Dit maakt het uitwisselen van informatie over grote afstanden mogelijk. Door middel van ‘gap junctions’ en de afgifte van verschillende cytokinen kunnen astrocyten communiceren met oligodendrocyten en daarmee de turnover van myeline beïnvloeden. Astrocyten kunnen worden ingedeeld in: 1 fibreuze astrocyten, met lange, meestal onvertakte uitlopers, die voornamelijk in de witte stof voorkomen; 2 protoplasmatische astrocyten, met veel korte, vertakte uitlopers, die in de grijze stof worden aangetroffen. Verondersteld wordt dat fibreuze en protoplasmatische astrocyten varianten zijn van één celtype.

Oligodendrocyten Oligodendrocyten komen in geringere aantallen voor dan astrocyten, maar zijn wel het meest voorkomende celtype in de witte stof (fig. 8.12). Ze zijn kleiner en hebben minder uitstulpingen, die weinig vertakt zijn. Morfologisch worden oligodendrocyten gekenmerkt door een helder cytoplasma en een donkere kern. Oligodendrocyten liggen in rijen tussen axonbundels en vormen myelinescheden rondom de neuronen, die dienen als isolatiemateriaal. Het myeline wordt gevormd doordat uitlopers van oligodendrocyten zich enkele malen om de axonen wikkelen, een proces dat bij de geboorte nog in volle gang is. Eén oligodendrocyt kan verscheidene nabijgelegen axonen myeliniseren. Hiermee is deze cel een homoloog van de Schwann-cel in het perifere zenuwstelsel (zie hierna). Naast de vorming van de myelineschede (isolatiefunctie) hebben oligodendrocyten een voedende en ondersteunende functie van axonen (‘trophic support’).

Microgliacellen Microgliacellen zijn kleine cellen met een ovale kern en korte uitlopers. Ze liggen verspreid door het CZS en bevatten talrijke lysosomen (fig. 8.13). Deze cellen zijn de macrofagen van het CZS en oefenen daar een fagocyterende en immunologische functie uit. In tegenstelling tot andere neuroglia zijn microgliacellen niet afkomstig van de neurale buis. Volgens recente inzichten zijn microgliacellen vermoedelijk afkomstig van primitieve macrofagen die tijdens de

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

8 ZENU WWEEFSEL

193

oligodendrocyt

Figuur 8.13 LM-opname van een microgliacel in het CZS na immunocytochemische kleuring voor HLA-DR (‘human leukocyte antigen-D related’) met peroxidase als label. Microgliacellen zijn minder talrijk dan de astrocyten, maar bijna even talrijk als de neuronen. Ze hebben een gelijke verdeling over de grijze en witte stof. De korte, vertakkende uitlopers vallen op. Deze cellen hebben geen speciale celcontacten met elkaar of met andere cellen. Het zijn cellen ‘on the move’; in het weefsel gaan ze op stap voor de ‘immunosurveillance’. Als ze een target ontmoeten, trekken ze hun uitlopers in en beginnen te fagocyteren. Daarna zullen ze functioneren als antigeenpresenterende cel. 500 × (opname: W. Streit).

cyt axon

ER cyt ER

Figuur 8.12 De myelineschede in het centrale zenuwstelsel. Eén oligodendrocyt vormt de myelineschede voor een aantal (3-50) zenuwvezels. In het centrale zenuwstelsel zijn de insnoeringen van Ranvier soms bedekt door uitlopers van andere cellen, of er is op die plaatsen een aanzienlijke extracellulaire ruimte (ER). Cyt = cytoplasma van de gliacel.

het zenuwstelsel, degenererende cellen op die zijn ontstaan als gevolg van geprogrammeerde celdood (apoptose). Tevens scheiden ze ontstekingsmediatoren uit (neutrale proteasen, cytokinen, chemokinen, oxidatieve radicalen) en kunnen ze optreden als antigeenpresenterende cellen (hoofdstuk 13). Het is nog onduidelijk of tijdens ontstekingsprocessen in het CZS ook monocyten die afkomstig zijn uit het beenmerg, tot microgliacellen kunnen differentiëren.

Medische context vroege embryonale ontwikkeling vanuit de dooierzak het neuro-epitheel in migreren. Bij celverval, bijvoorbeeld na een bloeding en in een ontstekingsinfiltraat, ronden ze zich af, worden amoeboïd beweeglijk, verplaatsen zich door het neuropileem en gaan fagocyteren. Zoals macrofagen op andere plaatsen in het lichaam secreteren ze immunoregulatoire cytokinen. Bij degeneratie en afbraak van zenuwbundels nemen ze vrijgekomen vetachtige substanties op uit myelineresten. Zo ruimen ze, tijdens de ontwikkeling van

De ziekte van Alzheimer is een veelvoorkomende vorm van dementie bij ouderen, met aantasting van de perikarya en synapsen van het cerebrum. Functionele defecten zijn het gevolg van neurofibrillaire kluwens en seniele plaques. De neurofibrillaire kluwens zijn ophopingen van het tau-eiwit die geassocieerd zijn met de microtubuli van de perikarya en de axonheuvel. De seniele plaques worden gevormd door dense aggregaten van het eiwit bèta-amyloïd die gelegen zijn rondom de neurale gebieden.

194

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

Ependymcellen Ependymcellen bekleden de holten (ventrikels, centraal kanaal) van de hersenen en het ruggenmerg (fig. 8.18). Ze staan dus in direct contact met de liquor cerebrospinalis die deze ruimten vult. Ependymcellen zijn afkomstig van de binnenbekleding van de neurale buis en behouden hun epitheliale rangschikking, terwijl de overige cellen van de neurale buis uitlopers vormen en zich differentiëren tot neuronen of gliacellen. Het apicale oppervlak van de ependymcellen vormt een afgrenzing naar de liquor. De basale uitlopers van deze cellen fungeren tezamen met de uitlopers van andere gliacellen, zoals fibreuze astrocyten, als steun voor neuronen. Onder het ependym bevindt zich geen basaal membraan, zoals bij epitheel. Het ependym vormt op enkele plaatsen een plexus choroideus (zie hierna), waar de liquor cerebrospinalis geproduceerd wordt. CENTRAAL ZENUWSTELSEL

Het centrale zenuwstelsel bestaat uit de grote hersenen (cerebrum), de kleine hersenen (cerebellum) en het ruggenmerg. Het bevat bijna geen bindweefsel en is daarom een relatief zacht, geleiachtig orgaan.

Witte en grijze stof Wanneer de hersenen en het ruggenmerg dwars worden doorgesneden, zijn gebieden met witte en grijze stof waarneembaar. Dit kleurverschil wordt veroorzaakt door het verschil in distributie van myeline, dat er wit uitziet. 1 De witte stof bevat voornamelijk gemyeliniseerde axonen en oligodendrocyten. 2 De grijze stof bevat de cellichamen van neuronen, dendrieten, gemyeliniseerde en vooral ongemyeliniseerde axonen. Hier komen ook de meeste synapsen voor.

Medische context Multiple sclerose (MS) wordt gekarakteriseerd door een demyelinisatie van onderdelen van het CZS (onder andere de witte stof van het cerebrum, cerebellum en het ruggenmerg). Bij deze ziekte, waarbij in bepaalde fasen veel ontstekingsprocessen voorkomen en oedeem ontstaat, spelen microgliacellen een rol bij het opruimen van de restanten van myelinescheden. Het resulterende litteken wordt voornamelijk gevormd door astrocyten.

In de hersenen is de grijze stof voornamelijk gelokaliseerd aan de periferie (cortex) van het cerebrum en cerebellum, terwijl de witte stof dieper ligt. Het omgekeerde geldt voor het ruggenmerg: de witte stof is perifeer gelokaliseerd en de grijze stof centraal. Op een dwarsdoorsnede is de grijze stof dan in de vorm van een H (of een vlinder) te zien.

Grote hersenen Voor de integratieve functies van het zenuwstelsel is de schors van de grote hersenen (cortex cerebri) belangrijk. Deze schors bestaat uit een zestal lagen waarin een dicht complex van neuronen (onder andere piramidecellen) voorkomt. Figuren 8.14 en 8.15 geven een beeld van de complexe cellulaire verhoudingen binnen de cortex.

Kleine hersenen De schors van de kleine hersenen (cortex cerebelli) heeft drie lagen: 1 een buitenste moleculaire laag, die voornamelijk waaiervormige dendrietvertakkingen van de Purkinje-cellen bevat; 2 een centrale laag, waarin onder andere de cellichamen van de Purkinje-cellen liggen; 3 de korrellaag (granulaire laag), met een dichte opeenpakking van voornamelijk kleinere neuronen. Het geheel van de cerebellaire schors wordt door allerlei schakelneuronen verder geïntegreerd.

Ruggenmerg In de grijze stof ligt, midden in de horizontale as van de H-figuur, de canalis centralis (fig. 8.16-8.18). Deze is bekleed met ependymcellen en is een overblijfsel van het lumen van de neurale buis. De grijze stof van de ‘benen’ (anterior) van de H-figuur zijn de ventrale hoorns of voorhoorns. Deze bevatten grote motorische neuronen, waarvan de axonen als ventrale wortels het ruggenmerg verlaten. De ‘armen’ (anterior) van de H-figuur vormen de achterhoorns. Die ontvangen sensorische prikkels uit de spinale ganglia.

Meninges Het CZS wordt beschermd door de schedel en de wervelkolom. Het wordt bovendien omhuld door drie bindweefselvliezen, de meninges (fig. 8.19). Van buiten naar binnen zijn dit de dura mater (het harde hersenvlies), de arachnoidea (het spinnenwebvlies) en de pia mater (het zachte hersenvlies). De arachnoidea en de pia mater zijn nauw met elkaar verbonden en worden tezamen ook wel als pia arachnoidea aangeduid.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

ML

8 ZENU WWEEFSEL

195

ML

P GL

GL

M

M

b

a

ML

P

P

P GL c

d Figuur 8.14 a De cerebrale cortex is geplooid en bestaat uit een kern van witte stof van de cerebrale medulla (M). Elke plooi bevat naast de medulla een granulaire laag (GL) en een moleculaire laag (ML). Kleuring met cresylviolet, 6 ×. b Bij hogere vergroting wordt duidelijk dat de granulaire laag (GL) uit dicht opeengepakte cellichamen van verschillende typen neuronen bestaat. De daarbuiten gelegen moleculaire laag (ML) bestaat uit neuropileem met veel minder neuronen, die er verspreid liggen. Op het grensvlak tussen de granulaire en moleculaire laag bevindt zich een monolaag van een speciaal type neuronen, de grote Purkinje-cellen (P). HE-kleuring, 20 ×. c Weergave van de enkele laag met Purkinje-cellen (P). Deze cellen zenden hun axonen uit in de granulaire laag, terwijl de dendrieten zich vertakken in de moleculaire laag. HE-kleuring, 40 ×. d Met behulp van zilverkleuring krijgen de dendrieten van de Purkinje-cellen meer contrast en wordt duidelijk dat ze zich sterk vertakken. De axonen van de kleine neuronen in de granulaire laag zijn niet gemyeliniseerd en strekken zich uit in de moleculaire laag. Daar vormen ze synapsen met de dendrieten van de Purkinje-cellen. Zilverkleuring, 40 ×.

196

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

DS D

D

D CB b Figuur 8.15 Vervolg b Purkinje-cel uit het cerebellum, ook aangekleurd met een zilverkleuring. Vanuit het cellichaam (CB) vertrekken sterk vertakte dendrieten (D). Deze bevatten in hun fijnste takjes veel ‘spines’ (DS), die elk een synaptisch contact maken met een ander neuron. 650 ×. a

Dura mater Figuur 8.15 Twee belangrijke typen van neuronen uit het CZS naast elkaar. a Piramidecellen van de hersenschors met een Golgizilverimpregnatie. Deze kleuring contrasteert alleen de neuronen en hun uitlopers en toont dus het complexe netwerk dat ze vormen. De piramidale cellen ontlenen hun naam aan de typische driehoekige vorm. Ze hebben één axon, één goed ontwikkeld apicaal dendriet en veel basale dendrieten met ‘spines’ (dwarsuitsteeksels). 450 ×. sulcus medianus posterior dorsale zenuwwortel dorsaal ganglion ventrale zenuwwortel

fissura mediana anterior pia mater subarachnoïdale ruimte arachnoidea subdurale ruimte dura mater

Figuur 8.16 Tekening van het ruggenmerg met een afbeelding van de meninges: pia mater (binnenlaag, direct tegen de witte stof van het ruggenmerg), de arachnoidea (middenlaag) en de dura mater (buitenlaag). Bloedvaten zijn gelegen in de subarachnoïdale ruimte. De dorsale zenuwwortel is voorzien van een dorsaal ganglion en verenigt zich met de ventrale zenuwwortel tot een ruggenmergszenuw.

De buitenste begrenzing van het CZS, de dura mater, bestaat uit dicht bindweefsel dat continu verbonden is met het binnenste periost van de schedelbeenderen. In de wervelkolom daarentegen is de dura mater van het periost van de wervels gescheiden door de epidurale ruimte, waarin zich dunwandige venen, losmazig bindweefsel en vetweefsel bevinden. De dura mater is van de arachnoidea gescheiden door een subdurale ruimte, waarin zich dunwandige venen, losmazig bindweefsel en vetweefsel bevinden.

Arachnoidea De arachnoidea bestaat uit twee componenten: 1 een laag die tegen de dura mater aan ligt, daarvan echter steeds gescheiden is door de subdurale ruimte; 2 een systeem van balkjes (trabeculae) dat deze laag met de pia mater verbindt. De trabeculae bestaan uit ‘arachnoid trabecular cells’ (gemodificeerde fibroblasten) en enkele collagene vezels. De ruimte tussen de balkjes is de subarachnoïdale ruimte. Deze is geheel gescheiden van de subdurale ruimte en is gevuld met liquor cerebrospinalis, die hierin circuleert. De met liquor gevulde subarachnoïdale ruimte functioneert onder andere als een vochtkussen dat het zenuwweefsel beschermt tegen inwerkend trauma.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

8 ZENU WWEEFSEL

197

Figuur 8.17a LM-opname van het ruggenmerg van een kat bij een vergroting van 50 ×. Duidelijk te zien zijn de voor- en achterhoorns van de grijze stof waar de cellichamen van de neuronen gelegen zijn. De witte stof bevat de gemyeliniseerde uitlopers van de neuronen en de gliacellen. In het midden van de figuur ligt de canalis centralis (opname: E. Wisse).

De arachnoidea bestaat uit bindweefsel zonder bloedvaten en is bekleed met eenzelfde endotheelachtige laag als de laag die de dura mater aan de binnenzijde bekleedt. Omdat in het ruggenmerg de arachnoidea minder trabeculae heeft, kan deze laag daar beter van de pia mater worden onderscheiden. Op enkele plaatsen boort de arachnoidea zich door de dura mater heen en vormt uitstulpingen die eindigen in de veneuze sinussen van de dura: de villi arachnoidales. Hun functie is de afvoer van liquor cerebrospinalis naar het bloed in de veneuze sinussen. Op oudere leeftijd versmelten deze villi tot grotere eenheden, waardoor ze met het blote oog te zien zijn (Pacchioni-granulaties).

Pia mater De pia mater is rijk aan bloedvaten en ligt dicht tegen het zenuwweefsel aan, zonder in direct contact

te komen met zenuwcellen of -vezels. Tussen de pia mater en het zenuwweefsel zit steeds een dunne laag, gevormd door uitstulpingen (voetjes) van astrocyten, die stevig aan de pia mater zijn vastgehecht (membrana limitans gliae). De bedekkende platte mesenchymale cellen van de pia mater volgen alle oneffenheden van het oppervlak van het CZS. De pia mater dringt daarin binnen, samen met grotere bloedvaten. Dit gebeurt in tunnels, de perivasculaire ruimten. Deze zijn bekleed met een laagje glia, waartegen enig bindweefsel van de pia mater ligt. Dit vormt een barrière voor de cerebrospinale vloeistof. Nog voordat de bloedvaten zich vertakt hebben tot capillairen, verdwijnt de bekleding met de pia mater en blijft – als afschermende laag – alleen de laag met astrocytenuitlopers over.

198

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

Figuur 8.17b Hogere vergroting (450 ×) van de voorhoorn op de overgang van grijze stof (rechtsonder) naar witte stof (linksboven). In de grijze stof zijn de cellichamen van de neuronen en hun uitlopers duidelijk zichtbaar, met daartussen neuroglia. In de witte stof van dit preparaat zijn de dwars aangesneden gemyeliniseerde axonen zichtbaar (opname: E. Wisse).

Bloed-hersenbarrière De samenstelling van de interstitiële vloeistof die de neuronen in het CZS omringt, en die essentieel is voor een goed functioneren van neurale netwerken, is verschillend van de samenstelling van de extracellulaire vloeistof elders in het lichaam. In het bloedplasma komen grote schommelingen voor in de concentratie van sterk werkzame moleculen. Deze schommelingen zouden zeer storend kunnen werken op de neurale functies. Om hiertegen bescherming te bieden is er de bloed-hersenbarrière. Deze is goed doorgankelijk voor zuurstof, CO2 en in vet oplosbare, niet al te grote moleculen (waaronder anesthetica), maar impermeabel voor grotere organische moleculen. De bloedhersenbarrière beschermt ook tegen bacteriële toxinen,

virussen en alle vreemde zaken die in het bloed kunnen circuleren. De bloed-hersenbarrière wordt onder meer gevormd door de endotheelcellen van de hersencapillairen die door uitgebreide zonulae occludentes hermetisch zijn afgesloten. Van bijkomend belang zijn de dikke lamina basalis en de op de bloedvaten rustende astrocytenuitlopers (fig. 8.20b). Deze situatie komt in het hele CZS voor, behalve in de hypothalamus: deze moet wel kunnen reageren op veranderingen in lichaamsvloeistoffen.

Plexus choroideus en liquor cerebrospinalis Een plexus choroideus – de mens heeft er vier (in beide laterale ventrikels en in het dak van het derde en vierde ventrikel) – is een plaats waar de neurale buis alleen uit

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

8 ZENU WWEEFSEL

199

Figuur 8.18 LM-opname van het centrale kanaal in het ruggenmerg. Een enkele laag ependymcellen bekleedt het lumen. 400 × (opname: J. van Horssen).

ependym bestaat (fig. 8.21). Hier puilt de sterk gevasculariseerde en met ependym bedekte pia mater uit in de lokale verwijdingen van het centrale kanaal die door de ventrikels worden gevormd. Hierbij vormt deze dunne laag gecompliceerde plooiingen, waardoor hij een bloemkoolachtig uiterlijk heeft. De ependymcellen maken de liquor cerebrospinalis aan (15-35 ml per uur). Deze vloeistof is van essentiële betekenis voor het handhaven van de optimale condities in het interstitium van het CZS. De totale hoeveelheid liquor bij volwassenen (circa 150 ml) wordt dus twee- tot driemaal per dag ververst. Tussen de liquor en het interstitium van het CZS bestaat een vrij gemakkelijke overgang: geneesmiddelen die de

hersenen niet via het bloed kunnen bereiken, kunnen soms wel effect uitoefenen wanneer ze via de liquor worden toegediend. Liquor is helder, heeft een lage soortelijke massa (1,004-1,008 g/ml) en bevat weinig eiwitten. Hij bevat ook enkele afgestoten cellen en twee tot vijf lymfocyten per ml. Bij ontstekingsprocessen in het CZS kan deze samenstelling sterk veranderen. Men onderzoekt de samenstelling van de liquor via punctie van de subarachnoïdale ruimte in het lumbospinale gebied (ruggenprik). De liquor of weefselvloeistof van het CZS circuleert door de holten van het CZS, zoals de hersenventrikels, canalis centralis van het ruggenmerg, subarachnoïdale en perivasculaire ruimten. Liquor wordt vanuit de subarachnoïdale ruimte via de

200

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

sinus sagittalis superior arachnoïde villus hoofdhuid periost van het schedeldak schedel periost meningeale laag dura mater subdurale ruimte arachnoidea arachnoïde trabeculae pia mater cerebrale cortex witte stof

Figuur 8.19 De meninges van de hersenen hebben dezelfde drielagige opbouw als die van het ruggenmerg: van buiten naar binnen de dura mater, de arachnoidea en de pia mater. De schedel is verbonden met de dura mater via de periostale laag van de dura mater. De arachnoidea is via de subdurale ruimte gescheiden van de dura mater. De pia mater ligt dicht tegen de grijze stof aan en begeleidt eveneens de bloedvaten die vanuit de arachnoidea de cortex in lopen. De arachnoidea en pia mater zijn nauw verbonden via arachnoïde trabeculae die zich in de subarachnoïdale ruimte bevinden. Deze ruimte is gevuld met liquor. De dura mater bevat sinussen waarin met liquor gevulde uitstulpingen (arachnoïdale villi) vanuit de arachnoidea doordringen. Hier vindt absorptie van hersenvocht in het bloed plaats.

eerdergenoemde arachnoïdale villi afgevoerd naar het bloed in de veneuze sinussen van de dura mater. PERIFEER ZENUWSTELSEL

De belangrijkste componenten van het perifere zenuwstelsel zijn: 1 zenuwen, die bestaan uit gebundelde zenuwvezels omringd door bindweefsel (fig. 8.22b); 2 ganglia (fig. 8.22a); 3 zenuwuiteinden, zoals aanwezig in druk- en tastlichaampjes (dit onderdeel wordt behandeld in hoofdstuk 9).

Medische context Een verminderd vermogen tot absorptie van de cerebrospinale vloeistof, of een verstoorde afvoer vanuit de ventrikels, kan leiden tot het ontstaan van een ‘waterhoofd’ (hydrocefalus). Hierdoor wordt het hoofd abnormaal vergroot. Als gevolg van de verhoogde intracraniële druk treedt atrofie van hersenweefsel op, hetgeen kan leiden tot mentale retardatie en spierzwakten.

Zenuwvezels Zenuwvezels bestaan uit axonen met de hen omhullende scheden. In de hersenen en het ruggenmerg vormen bundels van zenuwvezels de zogenoemde banen of tractussen. In het perifere zenuwweefsel worden zenuwvezels door bindweefsel gebundeld tot perifere zenuwen. De meeste axonen in volwassen zenuwweefsel zijn omhuld door enkelvoudige of concentrische inplooiingen van de Schwann-cellen. Dunne axonen vormen meestal ongemyeliniseerde (mergloze) zenuwvezels. Naarmate de axonen dikker zijn, worden ze omgeven door steeds meer windingen van de omhullende cel: de myelineschede. Ze vormen de gemyeliniseerde zenuwvezels (fig. 8.23). Bij ‘dikke’ zenuwen vindt de impulsgeleiding in het algemeen sneller plaats.

Schwann-cellen Schwann-cellen komen voor in het PZS, maar hebben dezelfde functie als de oligodendrocyten in het CZS: ze omhullen de axonen en kunnen daarbij isolerende myelinescheden vormen. Echter, een Schwann-cel vormt bij gemyeliniseerde vezels een myelineschede om slechts één axon, in tegenstelling tot oligodendrocyten, die

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

8 ZENU WWEEFSEL

201

protoplasmatische astrocyt

fibreuze astrocyt

microglia

oligodendrocyt a

b Figuur 8.20 a Tekeningen van de verschillende typen gliacellen zoals die worden waargenomen in preparaten die met zilverkleuringen zijn behandeld: protoplasmatische en fibreuze astrocyten, microgliacellen en oligodendrocyten. b LM-opname van het cerebrum van een kat (zilverkleuring van Cajal/Golgi). Astrocyten zijn te zien, die met hun trompetvoetjes op de wand van een bloedvat eindigen. 630 × (opname: E. Wisse).

verscheidene axonen van een myelineschede kunnen voorzien. Figuur 8.24 laat zien hoe een Schwann-cel oprolt rondom een axon.

Gemyeliniseerde zenuwvezels In gemyeliniseerde vezels wordt het axon omhuld door veel concentrische windingen van de celmembraan van een Schwann-cel, waartussen zich zeer weinig cytoplasma bevindt (dit proces wordt geïllustreerd in fig. 8.23). Deze dicht opeengepakte membranen vormen het myeline. Bij een gebruikelijke, routineuze histologische bewerking worden de lipidencomponenten opgelost en blijven de eiwitten achter: dit geeft een korrelige structuur. De myelineschede bevat periodieke onderbrekingen, de insnoeringen of knopen van Ranvier. Dit zijn plaatsen waar twee Schwann-cellen (of oligodendrocyten) aan elkaar grenzen en complexe interdigitaties vormen (fig. 8.25). Het axolemma is hier over korte

afstand niet door myeline omgeven. De afstand tussen twee insnoeringen van Ranvier wordt een internodaal segment (internodium) genoemd. Dit wordt door één Schwann-cel bekleed. De lengte van een internodaal segment is 1-2 mm.

Ongemyeliniseerde zenuwvezels Zowel in het centrale als in het perifere zenuwstelsel komen axonen voor die niet door myeline omgeven zijn. In het perifere systeem zijn zulke ongemyeliniseerde (mergloze) axonen over hun totale lengte verzonken in plasmamembraaninstulpingen van cellen van Schwann; hierbij kan één Schwann-cel plaats bieden aan segmenten van een aantal axonen. Door het ontbreken van myeline zijn er geen insnoeringen van Ranvier en sluiten de Schwann-cellen aaneen tot een continue schede. Het CZS is rijk aan ongemyeliniseerde axonen; in de hersenen en het ruggenmerg lopen ze vrij tussen het neuropileem.

202

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

CP

V

a

b

ependymale cellen capillair pia mater

gedeelte van de plexus choroideus

ventriculaire ruimte liquor cerebrospinalis komt in het ventrikel

c

Ongemyeliniseerde vezels in een bundel kunnen niet afzonderlijk impulsen vervoeren; dat doen ze gezamenlijk.

Zenuwen De zenuwen van het perifere zenuwstelsel worden gevormd door bundels zenuwvezels (fig. 8.26 en fig. 8.27). De meeste zenuwen bevatten mergloze en merghoudende vezels en zijn wit van kleur door de myelineschede. Zeer dunne zenuwen, die alleen mergloze vezels bevatten, vormen hierop een uitzondering. Zenuwen hebben een buitenlaag van dicht bindweefsel, het epineurium. De zenuwbundels die een onderdeel vormen van een zenuw worden omgeven

Figuur 8.21 De plexus choroideus bestaat uit ependym en gevasculariseerde pia mater en steekt met verscheidene plooien uit op bepaalde plaatsen in de ventrikels. a Coupe door de bilaterale plexus (CP) die uitsteekt in het vierde ventrikel (V). Kleuring volgens Klüver-Barrera, 12 ×. b LM-opname van de plexus choroideus. De talrijke plooien worden bedekt door eenlagig kubisch epitheel, de ependymcellen (pijlpunt). HE-kleuring, 400 ×. BV = bloedvat; VR = ventriculaire ruimte c Tekening van de structuur van de plexus choroideus: opeenvolgende lagen van ependym, pia mater en endotheel omsluiten het lumen van een capillair. De vlok steekt uit in de liquor cerebrospinalis van het ventrikel. Het weefsel van de plexus heeft als taak de water- en ionenuitwisseling met de liquor te verzorgen.

door het perineurium, een betrekkelijk dunne huls van dicht bindweefsel. De huls is aan de binnenzijde op veel plaatsen bekleed met afgeplatte cellen. Deze cellen zijn vaak door zonulae occludentes verbonden en hebben een afschermende functie. Binnen het perineurium is elke zenuwvezel bekleed met losmazig bindweefsel, het endoneurium, waarin bloedcapillairen voorkomen. Dit bindweefsel geeft steun en speelt een rol bij de voeding van de zenuwvezels. Zenuwen verbinden zenuwcentra met zintuigen en effectoren, zoals spieren en klieren. De meeste zenuwen bevatten afferente en efferente vezels en vormen zo de gemengde zenuwen. Afferente vezels brengen informatie over de buitenwereld en het inwendige lichaam

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

8 ZENU WWEEFSEL

203

C G

F F F

F

C G

a endoneurium

perineurium

epineurium

ruggenmerg sensibel ganglion

sensibele vezel Schwann-cel

dorsale wortel ventrale wortel

schakelneuron

myeline

huid

cellichaam van motorisch neuron dwarsgestreept spierweefsel motorische vezel

b Figuur 8.22 a Een sensorisch ganglion (G) heeft een duidelijk bindweefselkapsel (C) en een intern netwerk van bindweefselschotten (epineurium). Er zijn uitlopers van perifere zenuwen (F) die binnenkomen en aan de andere zijde het ganglion weer verlaten. Kleuring volgens Klüver-Barrera, 56 ×. b Schematische voorstelling van een zenuw met de weergave van de eenvoudigste vorm van een reflexboog. In dit voorbeeld begint de sensorische prikkel in de huid en wordt deze via een schakelneuron overgedragen op een motorneuron dat een dwarsgestreepte skeletspier activeert (bron: Ham 1969).

204

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

O U

M

M

CF S

S

O U P

MT

NF

Figuur 8.23 TEM-opname van een tak van een perifere zenuw. Deze bevat zowel gemyeliniseerde (M) als ongemyeliniseerde (O) vezels. De collagene fibrillen (CF) die dwars zijn getroffen, behoren tot het endoneurium. In het centrum een kern van een Schwann-cel (S). De perineurale cellen (P en de pijl linksonder) vormen een cellulaire schede die de kokervormige ruimte waarin de zenuwvezels verlopen, geheel afsluit. De dubbele pijl wijst naar een macula adhaerens. 30.000 ×. Inzet: een gedeelte van een axon, waarin talrijke neurofilamenten (NF) en microtubuli (MT) te zien zijn. 60.000 ×.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

8 ZENU WWEEFSEL

205

FM M

SC A

SN A

* MT

NF

A M

M SC

A UM

* Figuur 8.24 EM-opname met het detail van een Schwann-cel. Axonen (A) met een grote diameter zijn verpakt in een dikke myelineschede (M) die deel uitmaakt van de Schwann-cel die een duidelijke kern (SN) heeft. Om de Schwann-cel ligt een dunne basale lamina. Een mesaxon (*, eveneens in de inzet) vormt het begin van de aanmaak van de myelineschede en is zichtbaar als de invouwing van de oorspronkelijke celmembraan. Rechtsboven een ‘beginnende’ myelineschede (FM). Nietgemyeliniseerde axonen (UM) zijn kleiner in diameter en worden door een enkele laag cytoplasma van een Schwann-cel omgeven (SC). 28.000 ×. Inzet: hogere vergroting van een deel van de myelineschede waarin de afzonderlijke membranen en hun rangschikking te zien zijn. Het axon (A) bevat dwars doorgesneden microtubuli (MT) en neurofilamenten (NF). 70.000 × (opnamen: M. Bartlett Bunge).

naar het CZS. Efferente vezels voeren impulsen naar de effectoren. Zenuwen met alleen afferente vezels zijn sensorische zenuwen; zenuwen met alleen efferente banen zijn motorische zenuwen.

Ganglia Een ganglion is een opeenhoping van voornamelijk perikarya van zenuwcellen (ganglioncellen) buiten het CZS. Deze structuren zijn omgeven door dicht

206

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1

2

3

4

8 Z EN UW W E EFSEL

axon

mesaxon

binnenste mesaxon buitenste mesaxon

Figuur 8.25a Vier opeenvolgende fasen bij de myelinevorming van een perifere zenuwvezel. Het idee is dat een axon zich tegen een Schwann-cel aanlegt en dat na invaginatie van de celmembraan een omwikkeling van het axon optreedt. Hierbij wordt cytoplasma zo veel mogelijk verwijderd, zodat een concentrische opeenstapeling van celmembraan ontstaat: de myelineschede.

insnoering van Schmidt-Lanterman

insnoering van Ranvier

lamina basalis SC

SC

SC axolemma

bindweefsel. Ze functioneren als schakelstations voor zenuwimpulsen; er zijn sensorische (fig. 8.28) en autonome ganglia.

Sensorische ganglia Sensorische ganglia ontvangen afferente impulsen. Deze worden doorgevoerd naar het CZS. De sensorische ganglia kunnen verdeeld worden in twee typen: r craniale ganglia, die geassocieerd zijn met sommige hersenzenuwen; r spinale ganglia, die geassocieerd zijn met zenuwen van de dorsale wortels van het ruggenmerg. De meeste ganglioncellen zijn pseudo-unipolaire neuronen: de zenuwimpuls gaat rechtstreeks naar het CZS, zonder het perikaryon te passeren. Deze neuronen tonen meestal een fijn verdeelde Nissl-substantie. In histologische coupes zijn de grote perikarya (circa 120 μm diameter) van de pseudo-unipolaire neuronen rondom omgeven door kleine kubische of afgeplatte cellen: de beschermende satellietcellen (ook wel kapselof mantelcellen genoemd). Elektronenmicroscopisch onderzoek heeft aangetoond dat deze bekleding continu is. Vaak is te zien dat de laag van kapselcellen

Figuur 8.25b Schema van een gemyeliniseerde zenuw. Midden: het axon op lichtmicroscopisch niveau; dit is omgeven door een myelineschede (zwart) en het cytoplasma van de Schwann-cel of neurolemma. Een kern van de Schwann-cel is getekend, evenals een insnoering van Ranvier en insnoeringen van Schmidt-Lanterman. Boven: de ultrastructuur van een insnoering van SchmidtLanterman. Deze structuren worden gevormd door stroken Schwann-celcytoplasma die op een ritmische manier zijn ingesloten door myeline volgens een trechtervormig patroon. Onder: de ultrastructuur van een insnoering of knoop van Ranvier. De interdigiterende uitlopers van de buitenste bladen van de myelineschede maken contact met het axolemma (Schwann-cel, SC). De lamina basalis om de Schwann-cellen is continu. De knopen van Ranvier spelen een rol in de saltatoire impulsgeleiding.

zich voortzet in een myelineschede gevormd door Schwann-cellen; deze cellen zijn dus nauw verwant aan elkaar.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

8 ZENU WWEEFSEL

207

a

b Figuur 8.26 a Lengtecoupe door een perifere zenuw van een rat na osmiumfixatie en plastic inbedding. De foto toont het golvende karakter van de gemyeliniseerde axonen. Verondersteld wordt dat deze golving ertoe dient om schade te vermijden bij bewegingen waarbij trekspanning op de zenuw uitgeoefend zou kunnen worden. Het perineurium is blauw gekleurd en toont enkele aangehechte vetcellen. 100 ×. b Dwarsdoorsnede van een zenuw, waarbij vooral de bundeling van axonen en de organisatie van de bindweefselkapsels duidelijk is. Buiten vindt men het epineurium, rond de bundels het perineurium. Ook hier aanhangend vetweefsel en enkele kleine bloedvaten. 50 × (opnamen: E. Wisse).

Satellietcellen in ganglia

AUTONOOM ZENUWSTELSEL

Satellietcellen bedekken in een enkele laag de neuronen van de ganglia van het PZS (fig. 8.28b). Ze hebben een voedende en ondersteunende functie en bepalen de micro-omgeving van deze belangrijke stations in het zenuwstelsel. De cellen hebben dus een gelijkaardige functie als de astrocyten.

Het autonome zenuwstelsel vervult een belangrijke rol bij het in stand houden van het inwendige milieu (homeostase). Het is vooral een effectorsysteem, dat invloed uitoefent op gladde spieren, sommige klieren en het hart. Toch worden ook de sensorische vezels die informatie over inwendige organen doorgeven erbij gerekend. De term ‘autonoom’ suggereert dat dit deel van het zenuwstelsel zelfstandig zou functioneren, wat niet het geval is. De werking ervan staat onder invloed van het CZS, maar onttrekt zich wel aan de wil. Anatomisch bestaat het autonome zenuwstelsel uit concentraties van zenuwcellen in het CZS, die in drie groepen worden ingedeeld: (1) de craniale en (2) sacrale celgroepen, die tezamen het parasympathische systeem vormen, en (3) een thoracolumbale celgroep, die het (ortho)sympathische systeem vormt, evenals de zenuwen die deze cellen met de periferie verbinden en daarmee geassocieerde ganglia. De meeste organen die onder invloed staan van het autonome zenuwstelsel, ontvangen zowel ortho- als parasympathische vezels. In het algemeen heeft in organen die door de orthosym-

Autonome ganglia Autonome ganglia worden aangetroffen als ovaalvormige verdikkingen van autonome zenuwen. Een duidelijk voorbeeld hiervan zijn de ganglia van de grensstreng, gelegen aan weerszijden van de wervelkolom (truncus (ortho)sympathicus). Sommige autonome ganglia liggen in bepaalde organen, zoals in de wand van het maag-darmkanaal, de intramurale ganglia. Ze hebben geen bindweefselkapsel en de ganglioncellen worden gesteund door het stroma van het betreffende orgaan. De neuronen zijn meestal multipolair, kunnen er stervormig uitzien en tonen een fijne Nissl-substantie. Ze zijn vaak omhuld door een laag kapselcellen. Bij intramurale ganglia liggen tegen elk perikaryon slechts enkele satellietcellen.

208

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

8 Z EN UW W E EFSEL

Figuur 8.27a Lengtedoorsnede van een zenuw, waarin naast het golfpatroon van de gemyeliniseerde axonen ook de knopen van Ranvier te zien zijn als dwarse onderbrekingen in de myelinescheden. 100 × (opname: E. Wisse).

pathicus gestimuleerd worden, de parasympathicus een remmende werking en omgekeerd. Zo wordt de frequentie van de hartslag door de orthosympathicus versneld en door de parasympathicus vertraagd. In beide systemen is typerend dat er een bineurale verbinding is met effectorcellen. De zenuwvezels (axonen) van het eerste naar het tweede neuron heten preganglionaire vezels. De axonen van de secundaire neuronen naar de effectoren worden postganglionaire vezels genoemd.

Orthosympathisch systeem In het orthosympathische systeem verloopt de efferente informatiestroom via de reeks prevertebrale ganglia, die

de grensstreng vormen, en de in het mesenterium gelegen viscerale ganglia. De preganglionaire vezels verlaten het ruggenmerg via de ventrale wortels en de witte rami communicantes van de thoracale en lumbale zenuwen. In deze vezels komt in de synaptische blaasjes hoofdzakelijk acetylcholine voor. De neurotransmitter van de postganglionaire vezels, die aan het einde daarvan in het effectororgaan vrijkomt, is vooral noradrenaline (norepinefrine).

Parasympathisch systeem De cellichamen van het parasympathische systeem liggen in het verlengde merg (medulla oblongata) in de middenhersenen (craniale deel) en in het sacrale deel van het ruggenmerg. De preganglionaire vezels

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

8 ZENU WWEEFSEL

209

Figuur 8.27b ‘Scanning’-EM-opname van een dwars doorgesneden zenuw. Linksboven zijn duidelijk de bindweefsellagen van het perineurium te zien. Rechtsonder zijn de dwars doorgesneden myelinescheden en axonen waarneembaar. Streep = 0,1 mm (opname: E. Wisse).

van deze cellen verlaten het CZS via vier van de hersenzenuwen (III, VII, IX en X) en via de tweede tot en met de vierde sacrale ruggenmergszenuw. Het tweede neuron ligt steeds in een kleiner ganglion dat vlak bij of in het effectororgaan gelegen is, zoals in de wand van de maag of darm. De belangrijkste neurotransmitter van pre- en postganglionaire zenuwuiteinden is acetylcholine. Deze stof wordt, eenmaal vrijgekomen, snel geïnactiveerd door acetylcholinesterase. Dit is een van de redenen waarom een parasympathische stimulatie wat betreft de duur en intensiteit nauwer begrensd is dan een orthosympathische impuls. DEGENERATIE EN REGENERATIE

Wanneer door hogere leeftijd of door trauma neuronen afsterven, gaan mogelijkheden voor informatieoverdracht en integratie verloren. Het inzicht dat daarmee het afsterven van neuronen zou leiden tot onherstelbaar weefselverlies, staat momenteel ter discussie.

Weliswaar is het brein niet altijd gastvrij voor neuronale stamcellen, maar de ontwikkeling van nieuwe neuronen (en gliacellen) vindt in diverse hersengebieden continu plaats (zie de paragraaf ‘Neuronale stamcellen’, aan het einde van dit hoofdstuk). Het afsterven van neuronen kan soms ook de dood tot gevolg hebben van andere neuronen die met het dode neuron in verbinding staan: transneurale degeneratie. De ruimte van verloren gegane neuronen kan worden opgevuld door prolifererende neurogliacellen. Dit geldt voor de neurogliacellen van het CZS en voor de Schwann-cellen en satellietcellen van de perifere ganglionen in het perifere zenuwstelsel. Door de verbreiding van zenuwen kunnen ze gemakkelijk beschadigd raken. Als het perikaryon intact blijft, hoeft de beschadiging niet letaal te zijn. In dat geval kunnen uitlopers (bijvoorbeeld axonen van een perifere zenuw) regenereren door de synthetische activiteit van het perikaryon. In geringe mate geldt dit ook voor uitlopers in het CZS, maar de

210

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

8 Z EN UW W EE FSEL

a

b Figuur 8.28 a LM-opname van een coupe met een overzicht van opeengestapelde ganglioncellen in een spinaal ganglion van een hond. 200 × (opname: E. Wisse). b Het ganglion bevat naast ganglioncellen (GC) kapselcellen of satellietcellen (pijlen) (opname: F.G.M. Kroese).

omstandigheden voor uitgroei van axonen zijn daar minder gunstig. Wanneer een axon wordt doorgesneden of wordt beschadigd, treden eerst degeneratieve processen op. Daarna treedt een reparatieve fase in (fig. 8.29). De processen worden beschreven aan de hand van een normale zenuwcel die contact maakt met een dwarsgestreepte skeletspiervezel. r Na de beschadiging verplaatst de kern zich naar de periferie van het gezwollen perikaryon. De Nisslsubstantie verdeelt zich, wat te maken heeft met een verhoogde eiwitsynthese. Het distale uiteinde van de zenuwvezel (axon en myelineschede) staat niet langer in verbinding met het perikaryon en degenereert volledig (Wallerse degeneratie). De proximale stomp degenereert ook over een zekere afstand van de laesie (retrograde degeneratie). Alle resten worden opgeruimd door macrofagen en microgliacellen. De bindweefselhuls waarin de gemyeliniseerde vezel verliep, blijft echter bestaan. r Terwijl de regressieve veranderingen plaatsvinden, prolifereren Schwann-cellen binnen de bindweefselhuls tot de banden van Büngner, die als geleiders dienen voor de zenuwvezels die uit de centrale stomp groeien. r Slechts een klein deel van de uitgroeiende zenuwvezels komt in de bedding van de banden van Büngner terecht om daar gemyeliniseerd te worden en uiteindelijk de effector weer te bereiken. De kans

r

hierop is groter naarmate de centrale stomp en de perifere stomp dichter bijeen liggen. Zelfs wanneer zenuwvezels de effector weer bereiken, kan slechts een aberrante innervatie optreden. Wanneer deze afstand groot is, waaieren de regenererende vezels doelloos uiteen; ze kunnen een bolvormige zwelling (amputatieneuroom) vormen.

Neuronale plasticiteit In embryonaal weefsel wordt een overmaat aan zenuwcellen gevormd. De zenuwcellen die geen juist contact maken, gaan apoptotisch te gronde. In volwassen zenuwweefsel kunnen zenuwen, na een beschadiging, nieuwe synaptische contacten leggen om de verloren gegane te vervangen. Deze eigenschap noemt men neuronale plasticiteit. Experimenteel onderzoek in volwassen zoogdieren heeft laten zien dat na hersenbeschadiging neuronale circuits gereorganiseerd kunnen worden door de uitgroei van neuronen, waarbij nieuwe synapsen aangelegd worden om de verloren gegane te vervangen. Deze regeneratieprocessen staan onder invloed van groeifactoren (neurotrofinen), die onder andere geproduceerd kunnen worden door gliacellen en Schwann-cellen. Tevens is aangetoond dat wanneer de sensorische input afneemt, het aantal ‘spines’ op dendrieten ook afneemt. Dit komt voor bij ontwikkelingsstoornissen en onder neurologische en psychiatrische condities (trisomie 21, chronisch alcoholisme en schizofrenie).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

a

2 weken

3 weken

b

c

3 maanden

d

8 ZENU WWEEFSEL

211

verscheidene maanden

e

Figuur 8.29 Deze figuur toont de veranderingen die plaatsvinden in een zenuwvezel na een fractuur. a Normale zenuwvezel met zijn perikaryon en een effectorcel (dwarsgestreepte skeletspier). b Wanneer de vezel wordt beschadigd, verplaatst de kern van het neuron zich naar de periferie en de hoeveelheid Nisslsubstantie neemt af. De zenuwvezel distaal van de beschadiging degenereert, evenals de bijbehorende myelineschede. Vervallen celmateriaal wordt door macrofagen opgeruimd. c De spiervezel toont een duidelijke uitvalsatrofie. De Schwann-cellen prolifereren en vormen compacte strengen (banden van Büngner) waarin het uitgroeiende axon doordringt. Het axon groeit met een snelheid van 0,5 tot 3 mm per dag. d In dit geval is de regeneratie van de zenuwvezel succesvol. De spiervezel is, nadat hij weer zenuwimpulsen is gaan ontvangen, tot zijn oorspronkelijke omvang teruggekeerd. e Wanneer het axon niet de streng van Schwann-cellen bereikt, wordt de uitgroei niet georganiseerd en is geen functieherstel te verwachten (bron: Willis & Willis 1972).

Neuronale stamcellen In verschillende weefsels van volwassenen komen stamcelpopulaties voor die nieuwe cellen kunnen aanmaken, al dan niet als gevolg van een beschadiging. Deze stamcelpopulaties blijven constant aanwezig in de weefsels: na de eerste celdelingen differentiëren slechts enkele dochtercellen, terwijl de andere als stamcellen bewaard blijven en daarmee een stabiele voorraad van stamcellen creëren. Omdat verloren gegane zenuwcellen niet door delende zenuwcellen kunnen worden vervangen, bestaat er

grote belangstelling voor onderzoek naar neuronale stamcellen. De voorraad van neuronale stamcellen kan een bron van reservecellen vormen die, na de juiste stimulatie, verloren gegane neuronen zou kunnen vervangen. Enkele regio’s in de hersenen en het ruggenmerg bevatten stamcellen die kunnen prolifereren en differentiëren tot astrocyten, neuronen en oligodendrocyten. Neuronale stamcellen kunnen ook cellen genereren die niet gerelateerd zijn aan zenuwweefsel. Deze waarneming toont aan dat neuronale stamcellen in potentie sterk kunnen differentiëren.

212

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

SAMENVATTING

r

8 Z EN UW W EE FSEL

HOOFDSTUK 8

ZENUWWEEFSEL

Zenuwweefsel vormt een omvangrijk communicatienetwerk in het lichaam. Het ontwikkelt zich uit het ectoderm. Zenuwweefsel verzamelt informatie van binnen of buiten het lichaam en stuurt dat na integratie en verwerking door naar effectoren zoals spieren en klieren.

Neuronen r

r

r

De verschillende soorten neuronen hebben een kern en een perikaryon (cellichaam) met bijkomende uitlopers, zoals het axon en een of meer dendrieten. Neuronen zijn in staat een prikkel (impuls of actiepotentiaal) te ontvangen en via het axon door te sturen naar een volgend neuron of een andere effectorcel, bijvoorbeeld een spiercel. De overdracht van een impuls gaat via een synaps, waar een neurotransmitter wordt uitgescheiden (via secretie) vanuit de presynaptische membraan en vervolgens wordt ontvangen op de receptoren van de postsynaptische membraan, waar alsnog een actiepotentiaal ontstaat en wordt doorgegeven.

–

r

Centraal zenuwstelsel (CZS) r

r

r

Gliacellen r

Gliacellen ondersteunen en omgeven neuronen. Er zijn zes soorten. – Oligodendrocyten omgeven de neuronen en hun uitlopers met myelinescheden in het centrale zenuwstelsel (CZS), zodat de neuronen elektrisch geïsoleerd zijn en hun impulsen ongestoord kunnen doorgeven. – Astrocyten bedekken de perikarya van de neuronen, de synapsen en de bloedcapillairen (waardoor de bloed-hersenbarrière gevormd wordt). – Ependymcellen bekleden als een epitheel de met vloeistof gevulde ventrikels en het centrale kanaal in het ruggenmerg. – In het CZS is er geen extracellulaire matrix (ECM) aanwezig. In plaats daarvan zijn het de microgliacellen die veel ruimte in het CZS innemen en tegelijkertijd een immuunfunctie uitoefenen en celresten opruimen.

Schwann-cellen vervullen in het perifere zenuwstelsel (PZS) de rol die oligodendrocyten in het CZS vervullen: ze omhullen de axonen met een myelineschede. – Satellietcellen (ook kapselcellen of mantelcellen genoemd) omgeven de neuronen in sommige ganglia. Myelinescheden hebben een soort onderbrekingen bij de opeenvolgende Schwann-cellen: de insnoeringen van Ranvier. Deze dragen bij aan het doorgeven van de impuls langs het axon.

r

r r

r

Het CZS bestaat uit de grote hersenen (cerebrum), de kleine hersenen (cerebellum) en het ruggenmerg. Het PZS bestaat uit zenuwen en ganglia. De grijze stof van het CZS bestaat uit de perikarya van neuronen en hun uitlopers, terwijl de witte stof hoofdzakelijk bestaat uit gemyeliniseerde axonen en oligodendrocyten. Verschillende neuronen bezetten gebieden in het CZS: de Purkinje-cellen zijn neuronen die de cortex van het cerebellum bevolken, piramidale neuronen vindt men in de cerebrale cortex. De meninges zijn stevige bindweefselkapsels die het CZS omgeven: de dura mater (aan de buitenkant), de arachnoidea en de pia mater die direct tegen het zenuwweefsel is gelegen. De cerebrospinale vloeistof in de arachnoidea functioneert als een vochtkussen voor het opvangen van schokken en ter bescherming van het CZS. De plexus choroideus wordt gevormd door plooien van de pia mater met een sterk ontwikkelde vascularisatie. Hij wordt bekleed met ependym. Vloeistof wordt vanuit de capillairen overgebracht naar de ventrikels en vormt daar de liquor cerebrospinalis. De bloed-hersenbarrière regelt het transport tussen de circulatie en het hersenweefsel. Deze barrière bestaat uit het continue endotheel van de capillairen, onderling verbonden door ‘tight junctions’. Aan de buitenkant zijn de capillairen bezet met voetjes van de astrocyten.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

Perifeer zenuwstelsel (PZS) r r r r

r

r

Het PZS bestaat uit zenuwen en ganglia. Het PZS heeft als voornaamste celtypen: de motorneuronen, sensorische neuronen en autonome neuronen in de ganglia. Alle axonen zijn omgeven met Schwann-cellen. Bij relatief dikke axonen vormen die myelinescheden en insnoeringen van Ranvier, de gemyeliniseerde axonen. Sommige axonen worden omhuld door een instulping van het cytoplasma van de Schwann-cellen, maar zonder dat zich een myelineschede vormt: de ongemyeliniseerde axonen. Zenuwen zijn opgebouwd uit bundels van gemyeliniseerde axonen, die door een dunne bindweefsellaag omgeven zijn: het endoneurium. Hier vindt men ook bloedcapillairen. Bundels van deze axonen en hun Schwanncellen vormen een onderdeel van een zenuw

r r r

8 ZENU WWEEFSEL

213

(fasciculus) en worden omgeven door een epineurium. Op hun beurt worden verscheidene epineuria omgeven door een perineurium van bindweefsel die de zenuw afgrenst van het omliggende weefsel. Ganglia zijn sensorisch of autonoom, bevatten neuronen en satellietcellen en worden omgeven door een bindweefselkapsel. Regeneratie van neuronen is zeldzaam, maar toch worden neurale stamcellen en progenitorcellen gevonden nabij ependymaal weefsel. Neuronen zijn postmitotische cellen. Ook de complexiteit en de grote afstanden die neuronen en axonen overbruggen, zorgen ervoor dat regeneratie na een accident of ziekte moeilijk is. Ziekten of beschadigingen van het zenuwstelsel leiden dus vaak tot verstoringen van de lichamelijke en cognitieve functies.

Kijk voor oefenvragen en samenvattingen op www.studiecloud.nl

9

Zintuigen

INLEIDING

Het centrale zenuwstelsel verzamelt informatie over de omstandigheden binnen en buiten het lichaam via sensorische receptoren. Informatie van buiten het lichaam wordt geregistreerd door middel van exteroceptieve receptoren, informatie over de omstandigheden binnen het lichaam wordt geregistreerd met behulp van proprioceptieve receptoren. De gewaarwordingen die geregistreerd kunnen worden, zijn warmte, koude, pijn, druk, tast, geur, smaak, licht, geluid en evenwicht. De signalen die aanleiding geven tot een zenuwimpuls, komen voort uit een fysische of chemische prikkel van buiten of binnen het lichaam. Sensorische receptoren kunnen worden gevormd door: 1 een vrij axonuiteinde, al dan niet ingekapseld (voorbeeld: druk- en tastreceptoren in de huid, spieren en bepaalde bindweefsels); 2 een gespecialiseerde zintuigepitheelcel die geassocieerd is met een afferent axonuiteinde (voorbeeld: de smaakregistrerende cellen); 3 een neuron (voorbeeld: de reukcellen). De receptor genereert een elektrisch signaal, meestal een zenuwimpuls, waarvan de frequentie en het patroon karakteristiek zijn voor de waargenomen prikkel. De zenuwimpuls wordt via sensorische neuronen doorgegeven aan het centrale zenuwstelsel. Het receptieve veld is het gebied waaruit een prikkel kan worden opgenomen door een afferente zenuwvezel. De grootte van dit gebied hangt af van de uitgebreidheid van de vertakkingen van deze neuriet. Wanneer een prikkel tot een snel afnemende stroom van actiepotentialen leidt, spreekt men van een snel adapterende receptor, die geschikt is om toestandsveranderingen te signaleren. Langzaam adapterende receptoren informeren het centrale zenuwstelsel over een blijvende toestand, zoals de zwaartekracht. Sommige sensoren geven informatie omtrent de situatie binnen het lichaam, zoals

de positie van gewrichten, de tonus van spieren of de zuurstof- en CO2-concentraties in het bloed. Lang niet alle sensorische prikkels dringen door tot het bewustzijn. In de hierna volgende paragraaf worden de receptoren voor warmte, koude, pijn, druk, tast, geur en smaak behandeld, in de volgende (enigszins arbitraire) volgorde: 1 somatische en viscerale receptoren; 2 proprioreceptoren; 3 chemoreceptoren. De receptoren voor licht komen aan bod bij de beschrijving van het oog. Geluid en evenwicht worden behandeld in de paragraaf ‘Het gehoor- en evenwichtsorgaan’. RECEPTOREN

Somatische en viscerale receptoren Deze receptoren, gelegen in het lichaam (‘soma’) of de ingewanden (‘viscera’), kunnen voorkomen in de vorm van: 1 vrije zenuwuiteinden; 2 ingekapselde zenuwuiteinden. De inkapseling gebeurt door bindweefsel. Het sensorische deel bestaat uit een dendrietuiteinde of uit gespecialiseerde cellen, die meestal geen neuronen zijn (fig. 9.1).

Tast en druk De gewaarwording van tast en druk door mechanoreceptoren (fig. 9.1) wordt zowel door ingekapselde als door vrije zenuwuiteinden verzorgd. Ingekapselde zenuwuiteinden zijn omgeven door bindweefselkapsels met verschillende structuren. Ze zijn talrijk in de dermis van de vingers, maar komen ook voor in de mesenteria van het peritoneum en in het periost.

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_9, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media

216

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

lichaampje van Meissner

lichaampje van Vater-Pacini

vrije zenuwuiteinden

spierspoel

9 Z IN T UIGEN

lichaampje van Ruffini

lichaampje van Krause

peeslichaampje van Golgi

Figuur 9.1 Verschillende typen sensorische zenuwuiteinden. Ze komen voor in de huid, pezen en spieren. De verschillende lichaampjes zijn niet alle op dezelfde schaal weergegeven (gewijzigd uit: Ham 1969).

die worden omgeven door een bindweefselkapsel. Dit zijn detectoren van langzame (10-30 Hz) vibraties en snelle bewegingen over de huid. Ze adapteren snel en zijn niet verantwoordelijk voor het fijne tastgevoel. De tastlichaampjes van Merkel liggen binnen het epitheel en worden gevormd door de cellen van Merkel. Deze cellen bevatten talrijke elektronendichte granulae en vormen synapsen met afferente zenuwuiteinden. Soms hebben de vertakkingen van één zenuwvezel verbinding met een aantal van deze cellen, waardoor het receptieve veld wordt vergroot. De cellen van Merkel hebben een trage adaptatie en zijn waarschijnlijk verantwoordelijk voor het fijne tastgevoel van de vingerhuid. De lichaampjes van Ruffini zijn spoelvormige, ingekapselde zenuwuiteinden tot 2 mm lang, die zowel in de huid als in dieper gelegen organen voorkomen. Bij het binnenkomen in het lichaampje verliest de zenuw zijn myelineschede en vertakken de vrije zenuwuiteinden zich langs collagene vezels. De lichaampjes van Ruffini hebben een uiterst trage adaptatie en dienen waarschijnlijk voor de perceptie van druk en spanning. Haarfollikels zijn omgeven door vrije, ongemyeliniseerde zenuwvezels, die rond en ook in de lengterichting van de haarwortel verlopen. Als het haar gebogen wordt, roept dit de gewaarwording van een aanraking op.

Warmte, koude en pijn Warmte, koude en pijn worden waargenomen door vertakkingen van vrije zenuwuiteinden in de dermis. Deze steken de basaal membraan over en eindigen in de onderste lagen van de epidermis.

Proprioreceptoren De lichaampjes van Vater-Pacini (fig. 9.2) bestaan uit twintig tot zeventig lagen afgeplatte fibroblasten, die concentrische bollen vormen waartussen zich lagen met vloeistof en dunne, collagene vezels bevinden. Een lichaampje kan tot 1 mm groot zijn. In een coupe lijkt zo’n lichaampje op het snijvlak van een doorgesneden ui. Centraal ligt een dendriet, die bij binnenkomst in het lichaampje zijn myelineschede verliest. Het lichaampje van Vater-Pacini registreert vibraties van 50-700 Hz en adapteert snel. De tastlichaampjes van Meissner (fig. 9.3) zijn circa 150 bij 50 μm groot en liggen in de dermispapillen van de onbehaarde huid, zoals de toppen van vingers en tenen, handpalmen, voetzolen, tepels en lippen. Het lichaampje bestaat uit opeengestapelde, aangepaste Schwann-cellen die de centrale dendriet omhullen en

Hiertoe behoren de sensorische zenuwuiteinden in de spieren, pezen en gewrichtskapsels. De dwarsgestreepte spieren bevatten ingekapselde proprioreceptoren, ook wel spierspoelen genoemd. Deze langgerekte lichaampjes liggen verspreid door de spier. Ze bestaan uit een bindweefselkapsel (dat een ruimte omhult die gevuld is met vloeistof) en vier tot twaalf dikke spiervezels en ook enkele korte, dunnere spiervezels, tezamen de intrafusale vezels genoemd. De intrafusale vezels contraheren mee met het omliggende spierweefsel; ze worden door aparte motorische vezels geïnnerveerd. De sensorische zenuwvezels dringen de spierspoelen binnen, waar ze veranderingen in de lengte van de intrafusale spiervezels detecteren en dit signaal doorgeven aan het ruggenmerg. Hier worden reflexen van verschillende complexiteit verwerkt voor het handhaven van de

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

217

Figuur 9.2 LM-opname van een dwarsdoorsnede van een lichaampje van Vater-Pacini bij de mens. Het lichaampje bestaat uit concentrische lagen van fibroblastachtige cellen, die de centraal gelegen ongemyeliniseerde dendriet omgeven. 250 × (opname: E. Wisse).

lichaamshouding; ook wordt er de activiteit van antagonistische spiergroepen gecoördineerd bij activiteiten zoals lopen. Spieren die fijne bewegingen uitvoeren, zoals de spieren van de oogbol en de hand, hebben een groter aantal spierspoelen dan andere spieren. In pezen vindt men op de plaatsen van aanhechting aan de spier de peeslichaampjes van Golgi. Dit zijn receptoren die bestaan uit een bindweefselkapsel dat een aantal grote bundels collagene vezels omsluit, die zich voortzetten in de bundels die deel uitmaken van de aanhechting. De sensorische zenuwvezel verliest zijn schede van Schwann op de plaats waar hij door het bindweefselkapsel het lichaampje binnendringt. De zenuwvezel vertakt zich en omhult de ingesloten collagene vezels. De receptoren worden geactiveerd door veranderingen in de spierspanning en

hierbij voegt zich ook de sensorische informatie uit de bindweefselkapsels. Door informatie uit verschillende spieren en pezen kan in het centrale zenuwstelsel een ruimtelijk beeld worden opgebouwd van de (toe)stand van het bewegingsapparaat.

Medische context Doordat spierspoelen veranderingen in de lengte van verschillende spieren waarnemen, zijn ook blinde mensen in staat de exacte positie van hun ledematen te bepalen. Via de peeslichaampjes van Golgi kunnen zij ook de spierkracht bepalen die nodig is om bewegingen adequaat uit te voeren, bijvoorbeeld pianospelen of het optillen van een ei.

218

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

E

TC E DP

Figuur 9.3 LM-opname van een lichaampje van Meissner (TC), gelegen in een dermale papil (DP) en omgeven door epidermis (E). Deze lichaampjes zijn elliptisch en hebben een lengte van ongeveer 150 μm. Ze bestaan uit een kapsel (perineurium) en een groep gemodificeerde Schwann-cellen rond een kern van zenuwvezels. HE-kleuring, 400 ×.

dat toegang geeft tot het oppervlak van de receptorcellen. Smaakknoppen zijn uit een aantal verschillende celtypen opgebouwd. Ze kunnen vooral met TEM worden onderscheiden. De bouw van een smaakknop is vergelijkbaar met die van een sinaasappel: de partjes (cellen) zijn samengevoegd tot een rond orgaantje. De veelal langwerpige cellen rusten op een basaal membraan en tonen apicaal microvilli die de smaakporie omsluiten. Veel van deze cellen zijn verantwoordelijk voor de smaakperceptie (smaakcellen) en maken daartoe contact met de dendritische uitlopers van een sensorische zenuw. Andere cellen hebben een ondersteunende functie en bevatten secretiegranula die in de smaakporie worden uitgescheiden. Ongedifferentieerde basale cellen zorgen voor de vervanging van de andere celtypen. De in speeksel opgeloste smaakstoffen maken contact met de smaakcellen en beïnvloeden daarbij smaakreceptoren (voor zoete en bittere smaken) of ionenkanalen (voor zoute of zure smaken). Onderzoek heeft aangetoond dat naast de vier primaire smaken zoet, zout, zuur en bitter nog een vijfde smaak voorkomt. Deze wordt aangeduid als umami (Japans woord dat ‘vlezig’ of ‘pikant’ betekent). Het is vooral de smaakversterkende stof natriumglutamaat die deze smaakgewaarwording geeft. De stof werkt in op een smaakreceptor. De kliertjes van von Ebner monden uit op de bodem van de groef van de circumvallate papillen (hoofdstuk 14). Door het secretievocht van deze klieren wordt de groeve voortdurend schoongespoeld, zodat een smaakstof na verloop van tijd wordt weggespoeld en vervangen kan worden door een andere.

Reuk Chemoreceptoren Smaak De smaakgewaarwording is gelegen in de smaakknoppen op de tong (fig. 9.4). Smaakknoppen komen ook in kleinere aantallen voor in het zachte gehemelte en op de epiglottis, aan de zijde van de keelholte. Bij de mens zijn ongeveer tienduizend smaakknoppen ingebed in het meerlagige plaveiselepitheel van de omwalde papillen (papillae circumvallatae) en paddenstoelvormige papillen (papillae fungiformes) boven op de tong. Vrouwen hebben meer smaakknoppen dan mannen. Het aantal smaakknoppen loopt na het 45e levensjaar bij iedereen terug. Smaakstoffen passeren door de smaakporie: een gaatje uitgespaard in de bovenste laag epitheelcellen,

De chemoreceptoren van de reuk zijn gelegen in het reukepitheel (fig. 9.5-9.7), een gespecialiseerd deel van de mucosa in het dak van de neusholte, met een kleine uitbreiding op het neustussenschot tot aan de middelste concha. Bij de mens is dit gebied ongeveer 10 cm2 groot. Het meerrijige epitheel is ongeveer 100 μm dik en bevat drie celtypen. De steuncellen hebben een brede, cilindrische apex en een smalle basis. De microvilli op hun vrije oppervlak steken uit in een vloeistoflaag, die gevormd wordt door de sereuze en mukeuze klieren in het neusslijmvlies. Deze vloeistof bedekt de hele epitheellaag. Goed ontwikkelde celcontacten binden de steuncellen aan de naburige reukcellen. De cellen bevatten een pigment dat het reukepitheel een geelachtige kleur geeft.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

219

smaakporie

epitheel microvilli secretiegranula

synaps

basale cel afferente vezel

a

b

Figuur 9.4 a Structuur en innervatie van een smaakknop. Behalve basale cellen worden nog andere soorten cellen getoond. De donkere cellen bevatten apicale secretiegranula. Het lichte celtype heeft deze niet. De sensorische cel heeft basaal gelegen synaptische blaasjes en bijbehorende synapsen. De basale cellen (stamcellen) prolifereren en differentiëren tot andere celtypen. b LM-opname van een coupe door een papilla circumvallata van de tong van een konijn. Hier kunnen de smaakknoppen in het epitheel worden waargenomen (bron: A.P.M. Lamers).

De basale cellen zijn klein, rond- tot kegelvormig en vormen een enkele basale laag. Deze cellen liggen tussen de steuncellen en de reukcellen in. Reukcellen zijn bipolaire neuronen (zintuigzenuwcellen). Ze kunnen van de steuncellen worden onderscheiden doordat hun kern meer basaal gelegen is.

Het apicale cytoplasma is verbreed tot een reukblaasje, waarop zes tot twintig sensorische ciliën parallel aan het oppervlak zijn bevestigd. Deze ciliën (de ‘dendrieten’) zijn tot 50 μm lang, bedekken een oppervlak van 4-5 cm2 en vormen een gecompliceerd vlechtwerk doordat ze in allerlei richtingen verlopen. De onbeweeglijke

220

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

bulbus bus torius tractus olfactorius olfactorius

mijtercellen terminale knopen bulbus o olfactorius

glomerulus olfactorius

nervus ne ervus lff t i olfactorius

zenuwen van de olfactorius door de cribriforme plaat heen

cribriforme plaat nasale conchae

klier van Bowman lamina propria

basale cellen steuncellen

cribriforme plaat van het etmoïd

axon cellichaam dendriet sensorische ciliën

olfactoriusepitheel in neusholte

reukepitheel

laag mucus

geurmoleculen

Figuur 9.5 Tekening van het reukepitheel. Axonen voeren signalen vanaf hier door openingen in het botweefsel naar de hersenen. Het sensorische epitheel is schijnbaar meerlagig en bevat basale stamcellen en cilindrische steuncellen.

LP

B

ON

S

C M Figuur 9.6 LM-opname van het reukepitheel. B = basale cellen; LP = lamina propria; ON = sensorische reukneuronen, die in het midden van het reukepitheel gelegen zijn; S = steuncellen; C = de laag met ciliën, bedekt met een laag mucus (M).

ciliën hebben in hun proximale deel de 9 × 2 + 2-microtubuliformatie, zoals die ook in beweeglijke ciliën wordt gevonden. Deze ciliën vergroten het receptoroppervlak aanzienlijk; ze genereren, als chemoreceptoren, een actiepotentiaal in antwoord op de aanwezigheid van een reukstof. De efferente uitlopers (de axonen) van de reukcellen verenigen zich in kleine bundels (fila olfactoria), die verbonden zijn met het centrale zenuwstelsel. Een merkwaardig feit is dat reukcellen de enige neuronen zijn die kunnen regenereren vanuit de basale cellen (bijvoorbeeld na een ontsteking); andere neuronen zijn daartoe niet in staat. In de lamina propria van het reukslijmvlies bevinden zich tubuloalveolaire klieren (klieren van Bowman). Deze monden uit in het epitheeloppervlak, dat ze voortdurend vochtig houden. Door de continue verversing van deze vloeistoflaag wordt een prikkel weer uitgewist, zodat receptoren vrijkomen voor nieuwe reukgewaarwordingen. HET OOG

Het oog (fig. 9.8) is in staat tot de registratie van de vorm, lichtsterkte en kleur van alle voorwerpen in onze omgeving die licht weerkaatsen of uitzenden. De ogen bestaan uit een oogbol met aan de voorzijde een lens. Deze lens projecteert een scherpe afbeelding op het lichtgevoelige weefsel, de retina, aan de binnenachterzijde

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

221

reukblaasje steuncel

reukcel

basale cel

klier van Bowman

axonen

a

b Figuur 9.7 a Reukepitheel met basale cellen, steuncellen en een reukcel met reukblaasjes waaraan de fila olfactoria ontspringen (bron: J. James). b SEM-opname van het reukslijmvlies ‘van boven’ gezien. Let op het dichte netwerk van ciliën dat het oppervlak bedekt. 6000 × (opname: P.P. Graziadei).

van het oog. Hier wordt de lichtprikkel verwerkt en doorgegeven aan het CZS. In de wand van het oog zijn drie concentrische lagen te onderscheiden. 1 De buitenste, de tunica fibrosa of corneosclerale laag. Deze vormt aan de voorzijde het hoornvlies (de cornea), dat naar achteren overgaat in de sclera. 2 De middelste, de uvea of tunica vasculosa. Deze bestaat uit de choroidea, het corpus ciliare en de iris. 3 De binnenlaag of tunica interna. Deze is opgebouwd uit zenuwweefsel, specifieker de retina (het netvlies), die via de n. opticus (oogzenuw) communiceert met het CZS. De voorste begrenzing van de retina ligt bij de ora serrata; deze zet zich voort in de epitheliale bekleding van het corpus ciliare. De biconvexe lens van het oog is transparant en wordt op zijn plaats gehouden door de zonula ciliaris of zonula Zinnii, bestaande uit fijne vezels, uitgespannen tussen de lens en het corpus ciliare. Het glasachtig lichaam of corpus vitreum vult het inwendige van de oogbol. De voorzijde van de lens wordt gedeeltelijk bedekt door de gepigmenteerde en ondoorzichtige iris, waarin zich een centrale, variabele opening bevindt, de pupil.

Het oog bevat drie achter elkaar liggende compartimenten: 1 de voorste oogkamer, tussen de cornea en de voorzijde van de iris; 2 de achterste oogkamer, tussen de achterzijde van de iris en de voorzijde van de lens; 3 het compartiment achter de lens, dat is omgeven door de retina en dat wordt opgevuld door het corpus vitreum. In de voorste en achterste oogkamers bevindt zich een eiwitarme vloeistof, het zogeheten kamerwater. Het corpus vitreum bestaat uit een geleiachtige vloeistof, het glasvocht. De bloedvoorziening van het oog geschiedt door de a. ophthalmica. Deze vertakt naar twee gebieden. Een eerste tak voedt de n. opticus en het binnenste deel van het netvlies. Deze vaten in het oppervlak van de retina kan men met een oogspiegel zien. De tweede tak vormt het vaatbed van de choroidea; het buitenste deel van de retina met de receptoren wordt gevoed vanuit de choriocapillaire laag van de choroidea.

Tunica fibrosa (tunica externa) De sclera (harde oogrok) vormt bij de mens een bolsegment met een doorsnede van ongeveer 22 mm. De witte sclera (‘wit van de ogen’) is opgebouwd uit een

222

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

ora serrata hyaloïd kanaal a. centralis retinae v. centralis retinae

musculus ciliaris processus ciliaris corpus ciliare zonula limbus kanaal van Schlemm

n. opticus

lens lenskapsel iris cornea

papilla n. optici

pupil fovea centralis m. sphincter pupillae m. dilatator pupillae corpus vitreum (glasachtig lichaam)

retina choroidea

voorste oogkamer achterste oogkamer

sclera

Figuur 9.8 Inwendige structuur van het menselijk oog. De doorsnede toont de onderdelen van het oog, de drie lagen van de wand (sclera, choroidea, retina), de pupil, de lens, het glasachtig lichaam en de oogzenuw (n. opticus).

straf bindweefsel, bestaande uit vlakke lintvormige collagene bundels, die elkaar in verschillende richtingen kruisen. Het oppervlak van de sclera, de episclera, is door middel van losmazig collageen verbonden met een laag van dicht bindweefsel, het kapsel van Tenon (fascia bulbi). Tussen dit kapsel en de sclera bevindt zich de ruimte van Tenon. De oogspieren hechten aan de sclera en roteren de oogbol. MRI-onderzoek (‘magnetic resonance imaging’) heeft uitgewezen dat er sprake is van een zeer gespecialiseerd bewegingsmechanisme van de oogspieren in samenwerking met ringen van (collageen) bindweefsel die als katrollen fungeren (‘orbital pulley system’). Tijdens het roteren glijdt het kapsel van Tenon over het vetweefsel van de oogkas. De sclera beschermt de inhoud en geeft een vaste vorm aan de oogbol. Een verlenging van de as van de oogbol met 1 mm geeft aanleiding tot een merkbare bijziendheid (myopie). Een verkorting geeft verziendheid (hypermetropie). Beide afwijkingen kennen ook andere, uiteenlopende oorzaken. Het voorste deel van de tunica fibrosa, de cornea of het hoornvlies (fig. 9.9), is transparant. Deze laag wordt aan de voorzijde bedekt door een epitheel dat via de binnenzijde van de oogleden continu is met het epitheel van de huid.

In een coupe door de cornea kunnen vijf lagen worden onderscheiden (van buiten naar binnen): epitheel, membraan van Bowman, stroma, membraan van Descemet en endotheel. Het cornea-epitheel is een niet-verhoornd meerlagig plaveiselepitheel dat vijf tot zes cellagen dik is. Mitosen zijn te vinden in de basale laag; nieuwe cellen schuiven op in de richting van het oppervlak, waarbij ze geleidelijk afplatten. De cellen hebben een levensduur van ongeveer zeven dagen en tonen een groot regeneratievermogen. Kleine beschadigingen van het epitheel kunnen direct worden hersteld doordat de bestaande cellen langs elkaar schuiven en het defect opvullen (hoofdstuk 4). Voor een snel herstel van een grotere laesie is een gladde onderlaag, in dit geval een intacte membraan van Bowman, essentieel. De vermindering van de celpopulatie wordt aangevuld door mitose in het epitheel rondom het defect. Het epitheel is voorzien van microvilli die uitsteken in de circa 7 μm dikke oppervlaktefilm met glycoproteïnen en lipiden, die uitgescheiden worden door de klieren van Meibom (zie hierna) en de slijmbekercellen. Het cornea-epitheel bevat veel vrije zenuwuiteinden, die de grote contactgevoeligheid

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

223

E

epitheel

S membraan van Bowman zenuwvezel

stroma

fibroblast

a

EN

b

Figuur 9.9 a De cornea bij een lage vergroting. Aan de bovenzijde ziet men niet-gekeratiniseerd, meerlagig epitheel (E). In dit epitheel bevinden zich veel vrije zenuwuiteinden, die de knipperreflex van het oog ondersteunen. Daaronder bevindt zich het stroma (S), bestaande uit zestig lagen dwars op elkaar gestapelde collagene vezels met daartussen keratocyten. Beneden in beeld bevindt zich het endotheel (EN). HE-kleuring, 100 ×. b Schematische weergave van het meerlagige epitheel van de cornea (bron: Hogan e.a. 1971).

van de cornea verklaren. De basale kant van het cornea-epitheel is vlak. Onder het cornea-epitheel ligt de membraan van Bowman, 7-12 μm dik en gevormd als een verdichting van het corneastroma, bestaande uit collagene vezels en grondsubstantie. Het corneastroma bestaat uit een groot aantal lagen collagene bundels. De 25 nm dikke collagene fibrillen wisselen af met geïsoleerde, platte fibroblasten (zogenoemde cornealichaampjes). De homogene grondsubstantie bevat veel gesulfateerde glycosaminoglycanen, die samen met de vezels en cellen volkomen transparant zijn. Deze transparantie wordt bevorderd door: 1 het feit dat de brekingsindex van de grondsubstantie gelijk is aan die van de collagene vezels; 2 de geringe dikte en de uniformiteit van de collagene fibrillen; 3 de afwezigheid van bloed- en lymfevaten; 4 de afwezigheid van vrije cellen in het stroma. De membraan van Descemet is een 5-10 μm dikke, homogene laag aan de achterzijde van het corneastroma.

Deze wordt gevormd door het endotheel, dat tegen de membraan gelegen is. Op latere leeftijd neemt de mitoseactiviteit van het endotheel af, terwijl de cellen groter worden en de celdichtheid afneemt. De continuïteit van het endotheel is belangrijk, omdat het samen met de membraan van Descemet de cornea afschermt tegen het hypertone kamerwater.

Medische context Bij ontstekingsreacties in de cornea immigreren leukocyten uit de vaten van de sclera, wat eventueel gevolgd wordt door vaatingroei. Dit veroorzaakt troebeling van de cornea, hetgeen ook na afloop van de ontsteking tot storingen in het gezichtsvermogen kan leiden. Dit kan een indicatie zijn voor corneatransplantatie. Bij corneatransplantaties, die veel worden toegepast, treden geen immunologische reacties op, onder andere doordat in de cornea geen antigeenpresenterende cellen voorkomen.

224

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

In de limbus corneae (corneosclerale overgang) gaat de transparante cornea over in de witte sclera. De rijke vascularisatie van dit gebied verzorgt, via diffusie, de voeding van de cornea. Bij ontsteking vinden cellulaire infiltratie en vaatingroei hiervandaan plaats. De cornea neemt direct zuurstof op uit de atmosfeer, zoals blijkt uit de moeilijkheden die kunnen voortkomen uit het langdurig dragen van niet-zuurstofdoorlatende contactlenzen. In het sclerale bindweefsel van de corneosclerale overgang bevindt zich een labyrint van anastomoserende kanaaltjes: de ruimten van Fontana. Deze staan in verbinding met de voorste oogkamer en monden ook uit in een kanaal rond de limbus corneae, de sinus venosus sclerae (kanaal van Schlemm). Dit kanaal staat in contact met episclerale venen. De kanalen van Fontana en de sinus venosus sclerae draineren het kamerwater uit de voorste oogkamer en spelen dus een rol bij het regelen van de intraoculaire druk.

Tunica vasculosa (tunica media) De middelste laag van het oog (tunica media) kan in drie delen worden onderscheiden: 1 de choroidea; 2 het corpus ciliare; 3 de iris. De choroidea of het vaatvlies bevat dichte vaatnetten (fig. 9.10), afgewisseld met losmazig bindweefsel met veel elastische vezels, dat rijk is aan fibroblasten, macrofagen, lymfocyten, mestcellen en plasmacellen. Talrijke pigmentcellen (melanoforen) geven dit vlies een bruinzwarte kleur. De binnenste laag van de choroidea (lamina choriocapillaris) bevat veel kleine bloedvaten en wordt door de membraan van Bruch gescheiden van de retina. Deze membraan bestaat uit een dicht net van elastische vezels met fibroblasten, met aan twee zijden collageen. Behalve het dichte net van bloedvaten bevat de lamina vasculosa van de choroidea een netwerk van ongemyeliniseerde zenuwvezels en ganglia. De choroidea staat in verbinding met de sclera via de lamina suprachoroidea, een laag van losmazig bindweefsel dat rijk is aan melanoforen. Het corpus ciliare (straallichaam) is een verbreding van de tunica media ter hoogte van de lens. Het corpus ciliare vormt op een doorsnede een driehoekige ring aan de binnenzijde van het voorste deel van de sclera. Aan de voorzijde heeft het onregelmatige

uitstulpingen, de processus ciliares. Vanaf de sclera stralen bundels gladde spieren in het corpus ciliare uit, met drie verschillende oriëntaties. De meridionale vezelbundels liggen dicht tegen de sclera aan (m. tensor choroidea of spier van Brücke) en strekken de choroidea. De meer naar binnen gelegen spier van Müller speelt een rol bij de accommodatie. De naamloze spierbundels daartussen lopen radiair in verschillende richtingen. De binnenlaag van het corpus ciliare bestaat uit twee cellagen. Tegen het corpus ciliare ligt het buitenste blad, met een dichte melaninekorreling; dit is een voortzetting van de pigmentepitheellaag van de retina. Het binnenste blad bestaat uit een eenlagig epitheel, is gericht naar de voorste oogkamer en het corpus vitreum en bevat geen pigment. Beide epitheellagen zijn door celcontacten hecht met elkaar verbonden. De processus ciliares zijn kamvormige radiaire uitstulpingen van het oppervlak van het corpus ciliare, bestaande uit losmazig bindweefsel dat bekleed is met de zojuist beschreven dubbele epitheellaag. Vanuit de processus ciliares ontspringen zonulavezels met een dikte van enkele μm, die worden gevormd door het ciliaire epitheel. Ze lopen in een schuine richting van het binnenste ciliaire epitheel naar het lenskapsel. Het epitheel van de achterste oogkamer produceert ook het kamerwater. Met diepe invaginaties van de celmembraan (zowel basaal als lateraal) en talrijke daartussen gelegen mitochondriën tonen deze cellen de kenmerken van ionentransport. De hieronder gelegen cellaag, die deze ionentransporterende kenmerken in geringere mate toont, is gepigmenteerd en doet vermoeden dat deze dubbellaag functioneert als in serie geschakelde ionenpompen. De occludensverbindingen tussen de cellen van het ciliaire epitheel en deze cellen vormen een afsluiting, waardoor het kamerwater geïsoleerd wordt van andere lichaamsvloeistoffen; in feite kan men hier spreken van een bloed-kamerwaterbarrière. Het kamerwater is hypertoon door een vrij hoge concentratie van verschillende zouten en wordt afgescheiden door het ciliaire epitheel van de achterste kamer. Heel langzaam verplaatst het kamerwater zich naar de voorste oogkamer, waar het via de kanalen van Fontana en de sinus venosus sclerae naar de venen van de sclera wordt afgevoerd. De afvloed is drukafhankelijk. Er bestaat ook een drukonafhankelijke, uveosclerale afvloed vanuit de voorste oogkamer, die niet via de sinus venosus sclerae verloopt.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

225

choroidea melanocyten

sclera

Figuur 9.10 LM-opname van choroidea en sclera. De choroidea bestaat uit bindweefsel dat rijk gevasculariseerd is (pijlpunten) en veel pigmentcellen (melanocyten) bevat. De sclera is opgebouwd uit dicht bindweefsel dat veel parallel gerangschikte collagene vezels bevat. Pararosaniline-toluïdineblauwkleuring (PT-kleuring).

De iris (fig. 9.11 en fig. 9.12) bedekt, als uitbreiding van de choroidea, de periferie van de lens. Het naar de voorste oogkamer gerichte oppervlak heeft – in plaats van een bekledende cellaag – enige verspreide fibroblasten en pigmentcellen aan het oppervlak. De achterzijde

Medische context Een storing in de afvoer van het kamerwater kan leiden tot verhoging van de intraoculaire druk en is de oorzaak van glaucoom. Een onbehandeld glaucoom kan het corpus vitreum tegen de retina aandrukken en leiden tot neuropathie in het weefsel. De iridocorneale hoek is smaller dan normaal, waardoor de pupil dilateert en de ontstane verdikking van de perifere iris de hoek kan afsluiten. Dit zorgt voor drainageobstructie van het trabeculaire maaswerk. Er kan zich snel intraoculaire hypertensie ontwikkelen, ook wel bekend als openkamerhoekglaucoom of acuut glaucoom. Intraoculaire hypertensie presenteert zich meestal aan beide ogen, waarbij het zicht wazig is en er sprake is van oog- en hoofdpijn. De behandeling bestaat uit chirurgische interventie.

is bekleed met het ciliaire epitheel, waarvan de beide lagen aan de vrije rand van de iris in elkaar overgaan. De iris is rijk gevasculariseerd en heeft een losmazig karakter. Naast diepliggende pigmentcellen met fagocyterende eigenschappen komen er meer vertakte melanoforen en fibroblasten in voor. De epitheellaag van de iris aan de kant van de achterste oogkamer is zo sterk met melanine beladen dat de cellen in de LM niet afzonderlijk kunnen worden waargenomen. De cellen van de hieronder gelegen tweede epitheellaag hebben contractiele uitlopers in het stroma, die evenwijdig aan het oppervlak en radiair georiënteerd zijn. Deze uitlopers vormen tezamen de m. dilatator pupillae. De cellichamen van deze cellen zijn gepigmenteerd, maar niet contractiel. Door de sterke pigmentatie van deze twee cellagen in de iris passeert het licht alleen via de pupil. De gepigmenteerde cellen van de iris bepalen de oogkleur, eigenlijk de kleur van de iris. Bij een geringe hoeveelheid pigment is de kleur van het licht dat wordt weerkaatst van het pigmentepitheel aan de achterzijde blauw. Meer pigment in het stroma geeft de iris verschillende tinten blauwgroen, grijs en uiteindelijk bruin. Mensen zonder pigment in de iris (albino’s) tonen een rode iris op basis van de aanwezige

226

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

Figuur 9.11 Op de grens tussen de voorste (boven) en achterste oogkamer (onder) vindt men, aan de binnenzijde van de limbus corneae (de overgang tussen cornea en sclera, linksboven), de iris (boven) met een laag pigmentcellen aan de onderzijde. De kern van het irisweefsel is opgebouwd uit losmazig bindweefsel, waarin enkele kleine arteriolen te zien zijn. Links is het corpus ciliare, met links de spieren die een rol spelen in het spannen en ontspannen van de lens bij het focusseren. Van de zonulavezels waarmee de lens is opgehangen, zijn er hier enkele in beeld. De lens zelf bevindt zich rechtsonder. In de iris zijn kleine bloedvaten waarneembaar. Links boven de aanhechting van de iris ziet men het kanaal van Schlemm, met daaronder de spieren waarmee het oog scherp stelt. Rechts daarvan bevindt zich het corpus ciliare. 100 × (opname: E. Wisse).

bloedvaten. Foto’s waarbij een flitser is gebruikt, tonen soms rode pupillen als reflectie van de bloedvaten in de achterwand van het oog. Een tweede spier in de iris, de m. sphincter pupillae, bestaat uit concentrisch glad spierweefsel, in de rand van de pupil. De m. dilatator en m. sphincter pupillae, die een verwijdend (‘grote ogen van de schrik’) of vernauwend effect op de pupil uitoefenen, hebben respectievelijk een sympathische en een parasympathische innervatie.

De lens De lens is biconvex en elastisch (fig. 9.13 en fig. 9.15). Met het stijgen van de leeftijd verhardt de celmassa van

de lens enigszins. De lens bestaat uit drie bestanddelen: lenskapsel, lensepitheel en lensvezels. De lens wordt omgeven door een dun (10-20 μm) kapsel met het karakter van een basaal membraan, die sterk PAS-positief is. Het lenskapsel is aan de voorzijde dikker dan aan de achterkant. Een enkele laag kubisch lensepitheel is alleen aanwezig op de voorzijde van de lens. Dit hangt samen met het feit dat de lens oorspronkelijk een blaasje was, waarvan het lumen gevuld is door verlenging van de cellen in de achterwand tot de primaire lensvezels. Door toevoeging van steeds meer secundaire lensvezels uit het voorste lensepitheel komt de definitieve lens tot stand. Dit proces zet zich in steeds

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

binnenlaag

m. sphincter pupillae

9 ZINTU IGEN

227

m. dilatator pupillae

buitenlaag

Figuur 9.12a LM-opname van de iris. Deze iris heeft een losmazig karakter en is rijk gevasculariseerd in bepaalde gebieden (pijlpunten). Aan de zijde van de binnenste oogkamer bevat de iris veel pigmentcellen om het oog te beschermen tegen overmatig licht. De andere zijde bevat geen pigment. De m. sphincter pupillae en m. dilatator pupillae reguleren de grootte van de pupil. PT-kleuring.

CE

TM

Figuur 9.12b SEM-opname van de overgang van het cornea-endotheel (CE) naar het trabeculaire maaswerk (TM) waarmee het kamerwater van de achterste naar de voorste oogkamer wordt verplaatst. 300 ×.

trager tempo voort tot op hoge leeftijd. Lensvezels zijn gedifferentieerde epitheelcellen, die zijn uitgegroeid tot zuilvormige, zeskantige prisma’s met een breedte van 8-10 × 2 μm en een hoogte van 7-10 mm. Bij de differentiatie gaat de kern verloren en wordt het cytoplasma arm aan organellen. De cellen liggen dicht opeen en zijn door maculae adhaerentes verbonden. De cellen zijn langer dan de doorsnede van de lens; daarom liggen ze in een complex patroon gevouwen. De vaatloze lens heeft een geringe metabole activiteit en is voor zijn stofwisseling aangewezen op het kamerwater. De (hoge) brekingsindex van de lensvezels wordt bepaald door de hoge concentratie van voor de lens specifieke eiwitten, de crystallinen. De lens wordt in positie gehouden door de zonula Zinnii (fig. 9.14), die ook belangrijk is bij het focusseren op dichtbij- en verafgelegen objecten door wijziging in de bolling van de lens. Door het circulaire verloop van de spier van Müller leidt contractie van het spierweefsel van het corpus ciliare tot verplaatsing van de aanhechtingsplaats van de zonulavezels, namelijk naar voren en naar binnen. Hierdoor neemt de spanning in de zonulavezels af en wordt de lens boller. Voor deze accommodatie is dus een zekere spierarbeid nodig. Daarom is langdurig

228

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

m. ciliaris is ontspannen zonulavezels aangespannen lens is platter voor ver zicht

2

m. ciliaris is aangespannen

3

zonulavezels verslappen

1

lens is boller voor dichtbij zien

a

b Figuur 9.13 a In de achterste oogkamer produceert het corpus ciliare (1) kamervocht, dat via de pupil (2) aan de voorste oogkamer wordt doorgegeven. De cellen die de holten bekleden, worden daardoor van de nodige nutriënten voorzien. De afvoer van vloeistof wordt verzorgd door het kanaal van Schlemm (3). b Bij het focusseren wordt de lens van vorm veranderd. Voor ver zicht ontspant de m. ciliaris en spannen de zonulavezels aan, zodat de lens platter wordt en beter is voor ver zicht (bovenste rij). Bij het aanspannen van de m. ciliaris verkleint de diameter van deze circulaire spier, verslappen de zonulavezels en neemt de lens een bollere vorm aan, die het gemakkelijker maakt om van dichtbij te zien (onderste rij).

focusseren op korte afstand, zoals bij het lezen van een boek, voor het oog inspannender dan het observeren op grotere afstand. De meest ontspannen stand van het oog blijkt die van lichte accommodatie.

Medische context Bij het ouder worden beginnen de crystallinen in de lensvezels te denatureren, waardoor ze minder transparant worden. Als gedeelten van de lens ondoorzichtig en troebel worden, is het gezichtsvermogen beperkt. Deze aandoening wordt cataract genoemd. Oorzaken zijn excessieve blootstelling aan ultraviolet licht, trauma, diabetes en hypertensie.

Corpus vitreum Het corpus vitreum (glasachtig lichaam) vult de ruimte tussen de lens en de retina. Het betreft een transparante gel, die voor meer dan 99% uit water bestaat, met een consistentie die vergelijkbaar is met die van een geschilde druif. Het corpus vitreum bevat veel grondsubstantie, spaarzame, dunne collagene fibrillen, weinig fibroblasten en ronde fagocytaire cellen, hyalocyten. De vrije cellen in het glasvocht kunnen aanleiding geven tot optische gewaarwordingen (‘mouches volantes’). Het glasvocht (humor vitreus) is een colloïd, rijk aan hyaluronzuur, maar ook aan andere waterbindende glycosaminoglycanen. Door het hoge watergehalte en de geringe steun van vezels schrompelt het corpus vitreum sterk bij fixatie en behandeling voor histologie. De druk van het corpus vitreum op de

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

229

bindweefsel

corpus ciliare

CB B processus ciliares

A C

ZF

zonulavezels

lens

a

b Figuur 9.14 a Vooraanzicht van de processus ciliares, waarbij de aanhechting van de zonulavezels aan de lens te zien is. Zonulavezels vormen bundels (A) aan beide zijden van de processus ciliares (B). Deze komen op één enkele plaats bijeen (C), waar ze aanhechten aan het lenskapsel (bron: Hogan e.a. 1971). b Het corpus ciliare (CB) hecht de zonulavezels (ZF) aan de lens, waardoor deze in het centrum van de iris wordt verankerd. 400 ×.

retina is belangrijk voor de binding en het contact tussen de retina en het pigmentepitheel. Bij verlies van glasvocht, bijvoorbeeld bij een slag op het oog, kan netvliesloslating optreden. De restanten van een bloeding in het glasvocht worden traag opgeruimd, vanwege het geringe aantal hyalocyten.

De retina (tunica interna) Het achterste deel van de retina (pars optica retinae) is lichtgevoelig, terwijl het deel vóór de ora serrata (pars caeca retinae), dat het corpus ciliare en de achterzijde van de iris bekleedt, niet lichtgevoelig is (fig. 9.16 en fig. 9.17). De retina ontwikkelt zich uit een uitstulping van het prosencephalon. Het oogblaasje dat hierbij ontstaat, vormt aan de voorzijde een instulping wanneer

het in de nabijheid van het ectoderm (oppervlak) komt. Hierdoor komt een dubbelbladige structuur tot stand, de oogbeker. Later ontstaat uit het buitenblad van de oogbeker het pigmentepitheel; uit het binnenblad ontwikkelt zich het complexe en dikkere functionele deel van de retina. Het pigmentepitheel bestaat uit kubische cellen met een basale kern. De cellen zijn via hun lamina basalis op de membranen van Bruch van de choroidea gehecht. De cellen tonen de eerder vermelde kenmerken van ionentransporterend epitheel. De pigmentcellen zijn apicaal aaneengehecht door zonulae occludentes en adhaerentes; ‘gap junctions’ komen ook voor. Het apicale deel van de cellen draagt microvilli en toont cilindrische invaginaties, waarin de uiteinden van de lichtgevoelige receptoren

230

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

lenskapsel

lensepitheel

lensvezels

b

a Figuur 9.15 a De lens vormt een elastische, transparante, massieve bundeling van gedifferentieerde lensepitheelcellen die een hoge concentratie van het eiwit crystalline bevatten. De rijpe lensvezels hebben hun kern verloren. De lens focusseert een beeld op de retina. 100 × (opname: E. Wisse). b LM-coupe door de voorzijde van de lens. Het lensepitheel scheidt het lenskapsel uit, dat is opgebouwd uit collageen type IV en laminine. Onder het lensepitheel zijn de lensvezels zichtbaar.

van de retina verzonken zijn. De aaneenvoeging van het pigmentepitheel en de fotoreceptoren, voortkomend uit beide bladen van de oogbeker, kent geen gespecialiseerde celcontacten, al passen de lagen goed ineen. Toch vormt deze hechting een zwakke plek, zoals blijkt uit het verlies van gezichtsvermogen bij netvliesloslating. Het netvlies kan niet functioneren wanneer het lichtgevoelige deel van het netvlies niet in innig contact blijft met het pigmentepitheel. Het SER van de pigmentepitheelcellen verestert vitamine A, die doorgegeven wordt aan de staafjes en daar belangrijk is voor de functie. Melanosomen zijn overvloedig aanwezig in het apicale cytoplasma en in de uitlopers. De functie van het pigment is de absorptie van het licht dat door de laag fotoreceptoren is gepasseerd en waardoor hinderlijke reflectie wordt voorkomen. In het apicale cytoplasma van de pigmentcellen komen veel lysosomen voor, die afgestoten stukjes van de staafjes opnemen en verteren. In het neurale deel van het netvlies kunnen drie niveaus worden onderscheiden (fig. 9.18): 1 de laag van lichtgevoelige cellen, de staafjes en kegeltjes, die tegen de pigmentlaag ligt; 2 een laag van bipolaire neuronen, die de staafjes en kegeltjes verbinden met de ganglioncellen; 3 een meer naar binnen gelegen laag multipolaire ganglioncellen, ook wel de ganglionaire laag

genoemd. Deze cellen gaan met hun dendrieten verbindingen aan met de bipolaire cellen en zenden axonen uit naar het CZS, die tezamen de n. opticus vormen. Vanaf de lichtgevoelige sensoren worden dus twee synapsen gepasseerd. Tussen de laag van de staafjes en de kegeltjes en die van de bipolaire cellen bevindt zich de buitenste plexiforme of synaptische laag. Hierin zijn de synapsen tussen de zenuwcellen van beide voorgaande lagen gelegen. Het gebied waar de synapsen tussen de bipolaire en de multipolaire ganglioncellen liggen, heet de binnenste plexiforme laag. De staafjes en kegeltjes zijn bipolaire zintuigzenuwcellen. Aan de zijde die van het licht is afgekeerd, hebben ze een lichtgevoelige dendriet en aan de andere kant een kort axon dat synapsen heeft met een bipolaire ganglioncel. De lichtgevoelige dendrieten hebben de vorm van een staafje of een kegeltje. Zowel staafjes als kegeltjes reiken door de dunne laag van de membrana limitans externa, gevormd door dicht opeengepakte celuitlopers verbonden met desmosomen. De diepst gelegen uitlopers van de steuncellen van Müller (zie verderop) maken een verbinding met de binnensegmenten van staafjes en kegeltjes (fig. 9.19).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

231

impulsrespons van licht door het netvlies inkomend licht a. centralis retinae v. centralis retinae

retina sclera choroidea papilla n. optici

choroidea pigmentepitheel

retina

fotoreceptoren

neuraal deel

staafjes kegeltjes horizontale cellen bipolaire neuronen

n. opticus

amacriene cellen ganglionaire laag macula lutea

fovea centralis

laag van de opticusvezels

a

buitenste plexiforme laag: synapsen met bipolaire ganglioncellen

metabool gebied: synthese van eiwitten en fosfolipiden, energieproductie binnensegment mitochondria cilium

lichtgevoelig gebied: vorming receptorpotentiaal

b

buitensegment

Figuur 9.16 a Aan de binnenzijde van de choroidea ligt de retina. De arterie en de vene die de retina bedienen, komen binnen via de papilla n. opticus. Direct na het binnenkomen liggen deze vaten op de retina. Bij fijnere takken dringen ze de retina binnen en vormen dan capillairen tot op de binnenste nucleaire laag. De andere (onderste) lagen van de retina worden verzorgd door de capillairen in de choroidea. b Schematische weergave van de ultrastructuur van staafjes (rechts) en kegeltjes (links). Een TEM-opname van het rechthoekige kader is weergegeven in fig. 9.20 (gewijzigd uit: Chèvremont 1966).



F U NC T I O NE L E

H IS T O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

   



   



Figuur 9.17 $PVQF
WBO
EF
SFUJOB
WBO
FFO
BBQ
NFU
BBO
EF
POEFS[JKEF
EF
DIPSPJEFB
PQOBNF
&
8JTTF 
7BO
CFOFEFO
OBBS
CPWFO
[JKO
EF
WPMHFOEF
UJFO
LMBTTJFLF
MBHFO
WBO
EF
SFUJOB
UF
POEFSTDIFJEFO

Pigmentepitheel
WBO
EF
SFUJOB


-BBH
WBO
staafjes en kegeltjes NFU
CVJUFO
FO
CJOOFOTFHNFOUFO


Membrana limitans externa


Buitenste korrellaag
LFSOFO
WBO
TUBBGKFT
FO
LFHFMUKFT 


Buitenste plexiforme laag
TZOBQTFO
UVTTFO
TUBBGKFT
FO
LFHFMUKFTDFMMFO
FO
CJQPMBJSF
[FOVXDFMMFO 


Binnenste korrellaag


Binnenste plexiforme laag
TZOBQTFO
UVTTFO
EF
CJQPMBJSF
FO
NVMUJQPMBJSF
HBOHMJPODFMMFO 


Ganglionaire laag
QFSJLBSZB
WBO
NVMUJQPMBJSF
HBOHMJPODFMMFO 


Laag van de opticusvezels

Membrana limitans interna
VJUMPQFST
WBO
EF
TUFVODFMMFO
WBO
.MMFS 

Het aantal STAAFJESwordt geschat op 95 miljoen. Ze zijn ZEERLICHTGEVOELIG en verzorgen de lichtwaarneming tijdens SCHEMERINGof bij NACHT. Dit is vooral een gevolg van de cumulatieve schakeling van de staafjes onderling door neuronale elementen. De STAAFJESzijn langgerekte, slanke cellen (50 bij 3 μm). Het lichtgevoelige BUITENSEG MENTis opgebouwd uit zeshonderd tot duizend AFGEPLATTE

VESIKELS,die door een membraan worden begrensd. Het buitensegment is verbonden met het BINNENSEGMENT door een structuur die is afgeleid van een CILIUM (fig. 9.20); er bevindt zich zelfs een basaal lichaampje aan de basis. Het binnensegment, het cellichaam van het staafje, is rijk aan glycogeen en mitochondriën. De membranen van de afgeplatte vesikels van het buitensegment

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

233

lichtinval

membrana limitans int.

axonen van ganglioncellen

ganglioncellen

binnenste plexiforme laag amacriene cellen bipolaire cellen

cellen van Müller

buitenste plexiforme laag

horizontale cel

binnensegmenten van staafjes en kegeltjes

membrana limitans ext.

buitensegmenten van staafjes en kegeltjes

pigmentepitheel staafje

kegeltje

Figuur 9.18 De drie lagen neuronen van de retina. De pijlen geven de richting van de lichtinval aan. De hyperpolarisatie van de staafjes en kegeltjes leidt tot een signaal dat in omgekeerde richting wordt voortgeleid (gewijzigd uit: Dowling & Boycott 1966).

bevatten rodopsine (gezichtspurper). Rodopsine bestaat uit retinal, een aldehyde van vitamine A, dat is gebonden aan specifieke eiwitten, de opsinen. Als er licht op een staafje valt, veroorzaakt dat een verandering in het rodopsine. Hierdoor treedt hyperpolarisatie op, zodat een signaal via een eerste synaps naar de bipolaire laag wordt gezonden. De membraaneiwitten van de vesikels in het buitensegment worden gesynthetiseerd op polysomen in het binnensegment en worden daarna in de onderste vesikels ingebouwd. Deze vesikels schuiven mettertijd op naar de staafjesapex, waar ze worden afgestoten en gefagocyteerd door de cellen van het pigmentepitheel. In deze cellen vindt tevens de regeneratie plaats van pigmenten die al aan licht zijn blootgesteld. In het SER van de pigmentcellen geschiedt de verestering van vitamine A. Naast een gebrek aan vitamine A kan de

oorzaak van nachtblindheid zijn dat de fotoreceptoren geen contact meer maken met de pigmentcellen (netvliesloslating). Bij de mens komen ongeveer vijf miljoen kegeltjes voor. Deze worden pas bij hogere lichtintensiteit gestimuleerd, waarbij een gedetailleerdere waarneming dan met staafjes kan worden bereikt. Tevens stellen de pigmenten van de kegeltjes ons in staat kleuren waar te nemen. De verhouding tussen het aantal staafjes en kegeltjes is circa 20:1. Kegeltjes zijn langgerekte cellen en in hun bouw zijn ze vergelijkbaar met de staafjes (60 bij 1,5 μm). De lengte van de kegeltjes neemt iets af naar de periferie van het netvlies toe. Het metabolisme van het binnensegment ondersteunt, met behulp van zijn ribosomen en mitochondriën, de lichtperceptie in het buitensegment. Het buitensegment is kegelvormig, de pakketten van dwarsgelegen membranen zijn plooien

234

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

membrana limitans int.

laag van de opticusvezels

ganglionaire laag binnenste plexiforme laag

binnenste korrellaag

buitenste plexiforme laag

buitenste korrellaag

a

membrana limitans ext.

b

Figuur 9.19 a Weergave van de nauwe relatie van de cellen van Müller met zenuwelementen in het sensorische deel van de retina. De cellen van Müller (donker getekend, met een vezelige structuur) blijken qua bouw en functie equivalent te zijn met de astrocyten van het centrale zenuwstelsel; ze omgeven de neuronen en hun uitlopers in de retina dan ook op soortgelijke wijze (bron: Hogan e.a. 1971). b De vier functies van een pigmentcel van de retina. Het apicale deel van de cel heeft talrijke uitlopers die de ruimte tussen de buitensegmenten van de lichtgevoelige elementen opvullen. De celmembraan in het basale gebied toont celmembraaninvaginaties. Het gaat hier om een celtype met verschillende functies. Een daarvan is de aanmaak van melaninekorrels die strooilicht in het oog absorberen. Deze vorming wordt aan de rechterzijde van de figuur weergegeven, waar de organellen zijn afgebeeld die deelnemen aan de melaninesynthese. Aan de linkerzijde is te zien hoe lysosomen samensmelten met de blaasjes die door de lichtgevoelige elementen zijn afgestoten en die door de pigmentcellen zijn gefagocyteerd, waarna het verteringsproces begint. Het vrij sterk ontwikkelde SER neemt deel aan de verestering en het transport van vitamine A. Afgezien van deze functies onderhouden deze cellen ook nog een actief ionentransport, waardoor een potentiaalverschil wordt opgebouwd tussen de twee oppervlakken van het epitheel.

van de celmembraan van het kegeltje. Het afbraak- en regeneratiesysteem van de vesikelmembranen is niet gelijk aan dat van de staafjes en de contacten met bipolaire cellen zijn ook anders. Er zijn drie typen kegeltjes, elk met een variant van het kegeltjespigment iodopsine. De varianten komen voor met absorptiespectra bij 419 nm (blauw), 531 nm (groen) en 558 nm (rood). Daarmee kunnen verschillende delen van het lichtspectrum geïdentificeerd worden. De kleurherkenning

komt tot stand door vergelijking van de reactie van de drie typen kegeltjes.

Medische context Verschillende vormen van kleurenblindheid kunnen worden verklaard door aangeboren defecten van een of meer van de varianten van de kegeltjespigmenten.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

235

IS

CS

OS

b

a Figuur 9.20 a TEM-opname van een detail van de retina. In het onderste deel van de figuur zijn buitensegmenten (OS) te zien die bestaan uit lichtgevoelige gestapelde platte membraanschijven. De mitochondriën liggen geconcentreerd in de binnensegmenten (IS). In het midden van de afbeelding bevindt zich een basaal lichaampje (zwarte rechthoek) waaruit een cilium ontspringt in de ‘connecting stalk’ (CS), die het binnen- en buitensegment met elkaar verbindt. b TEM-opname van het overgangsgebied tussen de lichtgevoelige laag en de pigmentlaag van het netvlies van een rat. Onderaan zijn delen van twee pigmentcellen te zien met speciale celcontacten (J). Bovenaan liggen de uiteinden van de lichtgevoelige gebieden van staafjes die ingebed zijn tussen de cytoplasmatongen van de pigmentcellen (P). De grote vesikels met afgeplatte membranen (pijlen) bevatten materiaal dat van de toppen van de staafjes is losgekomen. L verwijst naar lysosomen.

De laag van de bipolaire cellen bestaat uit twee soorten cellen (fig. 9.18): 1 monosynaptische bipolaire cellen, die alleen contacten hebben met het axon van één kegeltje en één multipolaire ganglioncel; 2 verspreide bipolaire cellen, die synapsen aangaan met twee of meer fotoreceptoren (staafjes en/of kegeltjes). De multipolaire ganglioncellen hebben aan één zijde synaptisch contact met de laag van bipolaire cellen en zenden aan de andere zijde hun axonen uit naar de blinde vlek van de retina, waar ze bijeenkomen en de n. opticus vormen. Dit gebied, ter plaatse van de papilla nervi optici (fig. 9.21), bevat geen receptoren. De multipolaire ganglioncellen zijn typische zenuwcellen

met een grote blazige kern, Nissl-substantie enzovoort. Naast de hiervoor beschreven fotoreceptoren, bipolaire cellen en multipolaire ganglioncellen zijn er nog drie celtypen aanwezig, die met hun kernen meestal in de binnenste korrellaag gelegen zijn. 1 Horizontale cellen brengen contacten tot stand tussen verschillende fotoreceptoren. 2 Amacriene cellen zijn neuronen van verschillende typen, die verbindingen tot stand brengen tussen multipolaire ganglioncellen. 3 Neurogliacellen, waaronder zich, naast gewone fibreuze astrocyten, enkele zeer grote en sterk vertakte steuncellen bevinden, de cellen van Müller. Deze cellen vervullen een belangrijke functie bij de fixatie van de neuronale cellen in de retina en reiken

236

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

Figuur 9.21 LM-opname van de papilla n. opticus, waar de ‘standaard’-lagen van de retina, de choroidea en de sclera onderbroken zijn om plaats te maken voor de zenuw en voor de in- en uitstromende vene en arterie die de retina verzorgen. 50 × (opname: E. Wisse).

van de membrana limitans interna (zie hierna) tot de membrana limitans externa. Het cytoplasma van deze cellen bevat veel intermediaire filamenten, glycogeen en SER. Ze verstrekken steun en voeding aan de lichtgevoelige cellen van de retina, vooral de fotoreceptoren. De cellen van Müller met hun uitlopers zijn zeer nauw betrokken bij de opbouw van de membrana limitans interna en membrana limitans externa. Bij de laatstgenoemde gaat het om een vervlechting van uitlopers van cellen van Müller met de binnensegmenten van de staafjes en kegeltjes, zoals eerder besproken. De membrana limitans interna bevat de sterk vertakte uitlopers van de cellen van Müller, naast andere glieuze bestanddelen. De meeste celtypen van de retina zijn tot een of enkele lagen beperkt; alleen de cellen van Müller reiken door

alle lagen heen. De klassieke tien lagen van de retina, van pigmentlaag tot en met de membrana limitans interna, zijn in figuur 9.17 afgebeeld. Op de optische as, in de retina, ligt de macula lutea of gele vlek, 2-2,5 mm in doorsnede, gekleurd door het vóórkomen van een carotenoïd pigment. In het midden van de gele vlek ligt de fovea centralis (fig. 9.22), een uitholling waar de retina erg dun wordt. Dit komt doordat de bipolaire cellen en de multipolaire ganglioncellen alleen aan de periferie van de fovea liggen, zodat de fovea eigenlijk alleen uit verlengde kegeltjes bestaat. Er zijn ook geen retinale bloedvaten vóór de lichtgevoelige cellen gelegen. Het licht valt dus direct op de kegeltjes, met als gevolg een grote gezichtsscherpte in dit gebied. De fovea wordt ook gekenmerkt doordat er veel meer ganglioncellen voorkomen. Lichtwaarneming vindt plaats doordat de energie van de fotonen, die op lichtgevoelige cellen vallen, een

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

237

Figuur 9.22 LM-opname van een coupe van de retina door de fovea centralis op de retina waar de lens op focusseert en waar het zicht het scherpst is. Om dit doel te bereiken zijn de bovenste (eigenlijk: binnenste) lagen van de retina in dikte beperkt. 200 × (opname: E. Wisse).

hyperpolarisatie veroorzaakt. Dit signaal wordt doorgegeven en getransformeerd tot impulsen die synaptisch worden doorgegeven. Er is geen directe transmissie van alle signalen van de ruim honderd miljoen fotoreceptoren naar de n. opticus, want deze heeft slechts circa één miljoen axonen. Veel informatie die door de fotoreceptoren wordt verzameld, wordt in de retina door de ganglioncellen en amacriene cellen voorbewerkt. Hierbij brengen deze cellen een integratie en codering van de opgevangen signalen tot stand, voordat ze die aan het CZS doorzenden. De retina is dus een integrerende receptorstructuur. Het oog blijft in aanleg hersenweefsel, hetgeen ook blijkt uit het ontbreken van bindweefsel en het vóórkomen van gliacellen. Ook de n. opticus wordt door een piaschede en een dura mater omgeven. Voorbij de plaats waar de opticusvezels de sclera doorboren (de lamina cribrosa) (fig. 9.21), worden ze door oligodendrocyten gemyeliniseerd, zoals bij een hersenbaan. De retina wordt aan twee zijden gevoed vanuit capillairlissen. De a. centralis retinae, die bij de papil binnentreedt, vertakt zich in een karakteristiek patroon

van arteriën, die opgaan in een capillairnet juist binnen de membrana limitans interna. De capillairen die hiervan aftakken, dringen niet verder in de retina door dan tot aan de laag van de bipolaire cellen. Terwijl de retina op deze manier tot op de buitenste plexiforme laag wordt gevoed, is de laag van de fotoreceptoren aangewezen op de choriocapillaris. De fotoreceptoren kennen een hoge (anaerobe) glycolytische activiteit, waarbij het zuurstofverbruik minimaal is. Dit hangt wellicht samen met de marginale zuurstoftoevoer. Bij netvliesloslating wordt niet alleen de functie van de fotoreceptoren gestoord, maar komt ook het voortbestaan van deze cellen zelf in gevaar.

Medische context De oppervlakkige vaten van de retina kunnen met een oogspiegel worden bestudeerd. Dit is belangrijk bij de diagnose van verschillende, ook niet-oftalmologische aandoeningen, zoals diabetes en hypertensie.

238

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

De conjunctiva

De traanklieren

De conjunctiva (bindvlies, tunica conjunctiva bulbi) is een dun, transparant slijmvlies, bestaande uit epitheel en bindweefsel. Dit slijmvlies bedekt de cornea en zet zich via een plooi aan de binnenzijde van de oogleden (tunica conjunctiva palpebralis) voort totdat het aan de vrije rand van het ooglid in de huid overgaat. Bij de overgang van het epitheel van de conjunctiva in dat van de cornea verdwijnt het lijstenpatroon met daarin passende bindweefselpapillen, terwijl ook pigmentkorrels in de epitheelcellen voorbij deze overgang niet meer voorkomen. Het epitheel van de conjunctiva is meerlagig cilindrisch tot kubisch, met fijne microvilli op het oppervlak; er komen verspreid slijmbekercellen voor. Nabij het omslagpunt krijgt het epitheel meer het karakter van een meerlagig plaveiselepitheel, in welke vorm het zich aan de buitenzijde van het ooglid voortzet. De lamina propria bestaat uit losmazig bindweefsel.

Het traanapparaat (fig. 9.24) bestaat uit de traanklier, de traankanalen, het traanzakje en de traanbuis (ductus nasolacrimalis). De traanklier (glandula lacrimalis), die in het temporale gebied van de oogkas ligt, produceert het traanvocht. De klier is opgebouwd uit een aantal lobben die met zes tot twaalf uitvoergangen uitmonden in de bovenste conjunctivale ruimte. De traanklier heeft een tubuloalveolaire bouw. De piramidevormige kliercellen hebben een sereus karakter en worden omringd door myo-epitheelcellen. Het traanvocht stroomt na secretie naar beneden over de cornea en de conjunctiva bulbi en palpebralis, en houdt deze oppervlakken vochtig. Door het periodieke knipperen van de oogleden wordt de vloeistof over het oog verdeeld. Het traanvocht wordt naar de traankanalen afgevoerd via openingen, de zogeheten traanpunten. Deze zetten zich voort in de bovenste en onderste traankanalen, die bekleed zijn met meerlagig plaveiselepitheel. De kanalen monden uit in het traanzakje (saccus lacrimalis): een verwijd deel van het traanafvoersysteem, ingebed in een benige ruimte. Van hieruit gaat het traanvocht naar de traanbuis (ductus nasolacrimalis). Net als het traanzakje is deze traanbuis bekleed met tweelagig cilindrisch epitheel. De ductus nasolacrimalis mondt uit in de neusholte. Het traanvocht wordt door de capillaire werking in de traankanaaltjes gezogen. De afvoer van het traanvocht in de richting van de ductus nasolacrimalis wordt bevorderd door de zwaartekracht en door de pompende werking van de m. orbicularis bij het sluiten van de oogleden. Het licht alkalische secreet van de traanklieren bevat verscheidene zouten evenals het bactericide enzym lysozym.

Medische context Een conjunctivitis is een ontsteking van de conjunctiva door een bacteriële of virale infectie of door een allergie. De ontsteking zorgt voor een toename van slijmproductie en vergroot de microvasculatuur van de sclera, waardoor de normaliter witte sclera roder wordt. Zowel een bacteriële als een virale conjunctivitis is besmettelijk, maar beide hebben weinig invloed op het gezichtsvermogen.

De oogleden Oogleden (palpebrae) zijn huidplooien die het oog beschermen. De huid van de oogleden is los geweven en elastisch, kan door een klap enorm opzwellen, maar daarna weer snel tot normale proporties terugkeren. De tarsale platen, een bindweefselskelet van de oogleden, bestaan uit dicht bindweefsel met veel elastische vezels. In de oogleden komen de klieren van Meibom, Zeis en Moll voor (fig. 9.23). De klieren van Meibom zijn aangepaste talgklieren die in de tarsale platen zijn gelegen en uitmonden op de rand van het ooglid. Ze produceren een olieachtige vloeistof. Deze vloeistof vormt een laagje op het oogtraanvocht dat verdamping tegengaat. De klieren van Zeis zijn ook gemodificeerde talgklieren. Ze hangen samen met de follikels van de oogharen. De oogharen liggen in drie tot vier rijen en zijn naar voren gericht. De klieren van Moll zijn onvertakte, tubulaire zweetklieren tussen de haarfollikels. Ontsteking van zo’n haarfollikel of van de klieren van Moll leidt tot een zwelling van de ooglidrand, die vanouds als een ‘strontje’ bekendstaat.

HET GEHOOR- EN EVENWICHTSORGAAN

Het vestibulocochleaire apparaat verenigt het inwendige gehoororgaan (de cochlea) en het evenwichtsorgaan (het vestibulaire systeem). Het gehoororgaan ontvangt de geluidsprikkels en draagt die over op het inwendige oor om te verwerken. Het evenwichtsorgaan registreert de stand en standsveranderingen van het hoofd en maakt deel uit van het inwendige oor. Aan het gehoororgaan (fig. 9.25) onderscheidt men drie delen: 1 het uitwendige oor, dat de geluidsgolven opvangt; 2 het middenoor, waarin deze geluidsgolven via de gehoorbeentjes naar het inwendige oor worden overgebracht; 3 het inwendige oor, waarin geluidstrillingen worden omgevormd tot impulsen, die via de n. acusticus naar het CZS worden overgebracht.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

239

T

C TG

C

TG

huid conjunctiva T S

m. orbicularis oculi

tarsus

TG

M T

kliertjes van Meibom

D S

LP

T F

oogharen

a

c

b

Figuur 9.23 a Tekening van de structuur van het ooglid. Als basis is er een huidstructuur met een epidermis, dermis, haarfollikels en spieren. Er komen drie soorten gespecialiseerde kliertjes voor: die van Meibom, Zeis en Moll. De klieren van Meibom scheiden een olieachtig vocht af. Dit legt zich op het traanvocht en gaat verdamping daarvan tegen. b De conjunctiva (C) bekleden het ooglid aan de binnenzijde en de huid aan de buitenzijde (S). De haarfollikels (F), de dwarsgestreepte spieren (M) en het fibro-elastische bindweefsel geven stevigheid aan het ooglid. c De conjunctiva (C) bestaan uit een meerlagig epitheel dat een mukeuze afscheiding produceert. LP = lamina propria. De tarsale klieren (TG) zijn holocriene klieren. T = fibreus bindweefsel van de tarsus.

canaliculus superior

V

D traanklier

canaliculus inferior canaliculus communis saccus lacrimalis

V A

uitvoergangen

um superius

D

ductus nasolacrimalis concha inferior neusholte

inferius

a

meatus nasi inferior

M

Figuur 9.24 a Het traanafvoersysteem (bron: Thompson 1949). b LM-opname van een coupe van een menselijke traanklier. Behalve tubuloalveolaire kliertjes (A) zijn bloedvaten (V), myoepitheliale cellen (M) en klierafvoergangen (D) zichtbaar. HE-kleuring, 350 ×.

b

240

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

uitwendig oor

9 Z IN T UIGEN

middenoor

inwendig oor

gehoorbeentjes stapes incus malleus

rotsbeen vestibulaire tak van zenuw (VIII) cochleaire tak van zenuw (VIII) nervus facialis (VII)

vestibulum oorschelp

vestibulocochleaire zenuw (VIII) meatus acusticus internus benig labyrint

meatus acusticus externus

cochlea

trommelvlies trommelholte ovaal venster elastisch kraakbeen rond venster buis van Eustachius naar nasofarynx

Figuur 9.25 De drie verschillende onderdelen van het gehoororgaan. Het uitwendige oor bestaat uit de oorschelp, die via de gehoorgang aansluit op het trommelvlies. Het middenoor huisvest malleus, incus en stapes, oftewel hamer, aambeeld en stijgbeugel. Het middenoor is via de buis van Eustachius verbonden met de nasofarynx. Het inwendige oor bestaat uit het vliezige labyrint, dat gehuisvest is in het benige labyrint en bestaat uit de sacculus, de utriculus met de drie halvecirkelvormige kanalen (evenwicht) en de cochlea oftewel het slakkenhuis (gehoor).

Het uitwendige oor De oorschelp (auricula) bestaat uit elastisch kraakbeen, aan twee zijden bedekt door huid met de normale structuur van dermis en epidermis. De wand van de gehoorgang (meatus acusticus externus) wordt naar buiten gevormd door kraakbeen en meer naar binnen door een kanaal in het os temporale. De gehoorgang wordt bekleed met huidepitheel. Dit epitheel rust op een dermis zonder papillen, die overgaat in het perichondrium of periost. In deze bekleding komen haren met grote talgklieren voor en specifieke cerumenklieren: gewon-

Medische context Bij otitis media is het middenoor ontstoken. Dit kan gebeuren doordat een bovensteluchtweg-infectie zich uitbreidt via de buis van Eustachius. Bij kleine kinderen is deze buis van Eustachius kort, waardoor otitis media relatief vaak bij hen voorkomt.

den tubulaire apocriene klieren met myo-epitheelcellen. Deze klieren secerneren een bruingeel, halfvloeibaar, vettig oorsmeer (cerumen). Cerumen en haren hebben een functie bij het tegenhouden van stof en andere deeltjes in het oor. Aan het einde van de gehoorgang ligt het trommelvlies (membrana tympani). Dit vlies is uitgespannen in een ovale opening van het rotsbeen. Aan de buitenzijde is het bedekt met een epidermis en aan de binnenzijde met een eenlagig kubisch epitheel, zoals in de rest van de trommelholte. Tussen de twee epitheellagen bevindt zich een laag straf bindweefsel. Het uitgespannen trommelvlies is in het bovenkwadrant arm aan bindweefsel en daardoor gemakkelijk vervormbaar (pars flaccida of membraan van Shrapnell). Het trommelvlies vangt geluidstrillingen op en brengt die over op de gehoorbeentjes.

Het middenoor Het middenoor (fig. 9.26) bevindt zich in de trommelholte (cavum tympani), die uitgespaard is in het os temporale

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

241

C

SG

os temporale

F F gehoorbeentjes malleus incus stapes

SG

ovaal venster m. stapedius m. tensor tympani trommelvlies

CG

rond venster meatus acusticus externus

a

buis van Eustachius

b

trommelholte

Figuur 9.26 a Het middenoor in meer detail, met verschillende onderdelen aangeduid in de figuur. b LM-opname van een coupe van het trommelvlies. Aan de bovenzijde is de epidermis te zien met kleine haarfollikels (F), talgklieren (SG) en klieren die oorsmeer (cerumen, C) produceren (CG).

en die door het trommelvlies gescheiden wordt van het uitwendige oor. De trommelholte communiceert via de buis van Eustachius (tuba auditiva) met de mondholte (nasofarynx). Aan de achterzijde communiceert ze met de ruimten van de processus mastoideus van het rotsbeen. De trommelholte is bekleed met eenlagig plaveisel- tot kubisch epitheel, dat rust op een dunne lamina propria, op haar beurt bevestigd aan het periost. Op de bodem van de trommelholte is dit epitheel voorzien van ciliën. In de buis van Eustachius, bij het verlaten van de benige omhulling van het rotsbeen, wordt het epitheel hoger en meerrijig met trilharen, terwijl dan ook slijmbekercellen voorkomen. Dit epitheel zet zich voort in de nasofarynx. De trilharen slaan in de richting van de farynx. Normaal zijn de wanden van de buis van Eustachius gecollabeerd, maar bij het slikken worden ze van elkaar getrokken, zodat de luchtdruk in de trommelholte gelijk wordt aan de atmosferische druk. In de benige wand van de trommelholte komen het ovale venster en het ronde venster voor. Om geluid in lucht over te brengen naar het waterige milieu van de cochlea is het nodig de geluidsdruk te versterken. Dit is een belangrijke functie van het middenoor en deze wordt door twee verschillende mechanismen gerealiseerd. Via het eerste mechanisme wordt de kracht op het grote oppervlak van het trommelvlies overgebracht op het veel kleinere oppervlak van het ovale venster. Het tweede mechanisme berust

op de hefboomwerking van de gehoorbeentjes. Het trommelvlies is via de gehoorbeentjes met het ovale venster verbonden. Deze gehoorbeentjes zijn: hamer (malleus), aambeeld (incus) en stijgbeugel (stapes). Aan de uiteinden zijn deze met elkaar verbonden. Het handvat van de hamer (manubrium mallei) is bevestigd aan het trommelvlies en trekt dit een beetje naar binnen, in een kegelvorm. Anderzijds is de stijgbeugel beweeglijk aan het ovale venster bevestigd. Het slijmvlies van de trommelholte bekleedt ook de gehoorbeentjes.

Het inwendige oor Het inwendige oor of labyrint bestaat uit (fig. 9.27): 1 het vliezige labyrint, opgebouwd uit een aantal communicerende kanalen, zakjes en buisjes – dit complex ligt in gelijkvormige uitsparingen van het rotsbeen; 2 het benige labyrint. Sommige structuren van het inwendige oor hebben daarom een benig en een vliezig deel (tabel 9.1). Het benige labyrint bestaat uit vezelbot en is met een afmeting van circa 20 mm bij de geboorte al op volwassen grootte. Het vliezige labyrint is op sommige plaatsen verbonden met het benige labyrint, maar op de meeste plaatsen is er een vloeistof (perilymfe) aanwezig tussen

242

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

vliezig labyrint (halvecirkelvormige gangen) endolymfe benige halvecirkelvormige kanalen

perilymfe

vliezig labyrint (halvecirkelvormige gangen)

bot benig labyrint (halvecirkelvormige kanalen)

cochleaire tak van NVIII utriculus cochlea vestibulum

apex van de cochlea (bevat helicotrema)

sacculus

vliezig labyrint benig labyrint

crista spiralis

vliezig labyrint (ductus cochlearis)

endolymfe ampulla

verbinding ductus cochlearis

perilymfe

ganglion spirale

vliezig labyrint benig labyrint (cochlea)

bot

Figuur 9.27 Detailweergave van verschillende anatomische onderdelen van het inwendige oor. Er zijn twee sensorische gebieden. De maculae komen voor in de utriculus en de sacculus. De maculae registreren de zwaartekracht en de beweging van de endolymfe, de vloeistof die zich in het lumen van het membraneuze compartiment (vliezig labyrint) bevindt.

beide. De perilymfe is gescheiden van de endolymfe die zich in het vliezige labyrint bevindt. De ionensamenstelling van deze twee vloeistoffen is verschillend en wordt in stand gehouden door de stria vascularis. De perilymferuimte is een voortzetting van de subarachnoïdale ruimte; de samenstelling van de perilymfe lijkt op die van de liquor cerebrospinalis. Stervormige, fibroblastachtige cellen bevinden zich in de perilymferuimte naast bundels fijne vezeltjes waaraan het vliezige labyrint plaatselijk is opgehangen. Tabel 9.1 Terminologie voor homologe delen van het benige en het vliezige labyrint Benig labyrint

Vliezig labyrint

Vestibulum

Utriculus en sacculus

Halvecirkelvormige kanalen (canales semicirculares)

Halvecirkelvormige gangen (ductus semicirculares)

(Benige) cochlea

Ductus cochlearis (scala media)

Medische context Problemen aan het vestibulaire systeem kunnen resulteren in duizeligheid, een gevoel van lichamelijke rotatie en gebrek aan evenwicht. Bij het draaien van het lichaam kan duizeligheid ontstaan doordat de crista ampullaris van de halvecirkelvormige kanalen te veel gestimuleerd wordt. Overstimulatie van de macula van de utriculus door repetitieve veranderingen in lineaire versnelling en verandering kunnen leiden tot wagen- of zeeziekte. Het vliezige labyrint bestaat uit een dun, meestal eenlagig epitheel, omgeven door een dunne laag bindweefsel. Dit epitheel is embryonaal als oorblaasje ingestulpt van het kop-ectoderm, verliest daarna contact met het oppervlak en zal zich in het mesenchym, waaruit het rotsbeen zich ontwikkelt, differentiëren tot het vliezige labyrint.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

243

statoconia gelatineuze laag

ZINTU IGEN

a

steuncellen

receptorcellen

243

zenuwen

b

Figuur 9.28 a Schematische weergave van de bouw van de macula. De macula is samengesteld uit haarcellen en ondersteunende cellen onder een gelatineuze laag en verbonden met een zenuw (VIII). Statoconia of otoliths liggen ingebed boven op de gelatineuze laag. Ze maken de macula zwaarder dan de endolymfe, zodat bij een veranderde positie in de ruimte de kinociliën gebogen worden en er een registratie van de verandering plaatsvindt. De ciliën bestaan uit twee soorten: stereociliën (met actinemicrofilamenten) en een langer kinocilium met een beetje verdikte kop (bron: J. James). b SEM-detailopname van statoconia: minerale kristallen (bron: D.J. Lim).

De ruimte achter het ovale venster is een onderdeel van het centrale vestibulum, dat gevuld is met perilymfe. Hierin monden aan de ene zijde de benige halvecirkelvormige kanalen uit en aan de andere zijde de benige cochlea. In het vestibulum komen twee onderling verbonden structuren van het vliezige labyrint voor, namelijk de sacculus en de hoger gelegen en grotere utriculus. In de utriculus monden de vliezige delen van de drie halvecirkelvormige gangen uit. Twee van de booggangen hebben een gemeenschappelijk deel, het crus commune. Elk van de booggangen heeft aan een uiteinde een verwijding (ampulla) bij de monding in de utriculus. De sacculus communiceert met de utriculus en met de ductus cochlearis door korte gangen (de ductus utriculosaccularis en de ductus reuniens). Het verbindingsstuk tussen de utriculus en de sacculus heeft de vorm van een Y, waarbij de aftakkende ductus endolymphaticus in posteromediane richting (in een eigen beenkanaaltje) naar het oppervlak van het rotsbeen verloopt. Daar eindigt deze in een blinde verwijding, de saccus endolymphaticus, die in een duplicatuur van de dura mater ligt en hierdoor als enig deel van het vliezige labyrint niet rondom door botweefsel is omgeven.

Het vliezige labyrint De wand van de sacculus en utriculus bestaat voornamelijk uit eenlagig plat plaveiselepitheel op een dunne laag bindweefsel, verbonden met het endost van het benige labyrint. Deze verbinding kan zeer los zijn, zodat er perilymfe door de mazen stroomt, maar de verbinding kan plaatselijk ook vergroeid zijn. In de wand van sacculus en utriculus liggen de maculae, waar zich neuro-epitheelcellen bevinden die geïnnerveerd worden door takken van de n. vestibularis (fig. 9.28). De maculae van de utriculus en die in de sacculus staan in een flauwe rechte hoek op elkaar (100-130 °C) en hebben een vergelijkbare structuur. In het macula-epitheel zijn receptorcellen en steuncellen aanwezig. De haarcellen (receptorcellen) zijn peervormig en worden door de afferente zenuwen omvat waarmee ze synapteren (fig. 9.29). Beide celtypen dragen stereociliën, en één langer en opvallend kinocilium met een basaal lichaampje (fig. 9.30). In het kinocilium ontbreken de twee centrale tubuli. De steuncellen tussen de receptorcellen zijn cilindrisch en hebben basaal gelegen kernen en microvilli aan hun apicale oppervlak. Over het neuro-epitheel ligt een laag van gelatineuze glycoproteïnen, waarschijnlijk gevormd door de steuncellen. In deze laag liggen de kristallen van de

244

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

stereociliën

9 Z IN T UIGEN

kinocilium

tip links haarcellen: type I type II

cuticulaire plaat

tight junction steuncel

kelk

hyperpolarisatie

depolarisatie

K+ steuncel

K+ vesikel

Ca2+

Ca2+ synaps

afferente zenuw

Ca2+ efferente zenuw

myelineschede

transmitter afferent axon

Ca2+ naar de hersenen

b

a Figuur 9.29 a In de maculae en de cristae ampullares zijn twee soorten haarcellen aanwezig: type I en type II. Het basale deel van haarcel type I is rond en wordt omsloten door een kelk (calyx) van de afferente zenuw. Aan de basis van de cel is er ook een contact met de efferente zenuw. Haarcellen van type II zijn meer cilindrisch en maken aan hun basis ook contact met de synapsen van de afferente en efferente zenuw. b Bewegingen van het hoofd veroorzaken een passieve beweging van de stereociliën in de richting van het kinocilium. Dit veroorzaakt een mechanische spanning in de verbindingen tussen de toppen van de stereociliën, hetgeen vertaald wordt in de opening van de kationkanalen. De binnenkomst van K+ depolariseert de cel. Dit opent op zijn beurt de Ca2+-kanalen in de basolaterale membraan en daardoor komen er neurotransmitters vrij. Als de beweging stopt, komt de cel weer in zijn normale, gepolariseerde toestand terug. Beweging van het kinocilium vandaan veroorzaakt een verminderde spanning in de verbindingen tussen de toppen van de stereociliën, waardoor de K+-kanalen dichtgaan. Hierdoor ontstaat een hyperpolarisatie die de release van neurotransmitter remt.

toppen ciliën

tip links

side links

Figuur 9.30 De vele stereociliën hebben in de richting van het enkele kinocilium een oplopende lengte. De toppen van de stereociliën (hier blauw gekleurd) hebben een hoeveelheid kationkanalen en speciale eiwitten die een mechanische activiteit (zoals het ombuigen van de ciliën) kunnen vertalen in elektrische signalen. De ‘tip links’ (verbindingsdraden) verbinden de toppen van de ciliën via lange cadherinen. De passieve buiging van de ciliën worden K+kanalen geopend of gesloten en wordt al dan niet een signaal aan de afferente zenuw gegeven.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

245

halvecirkelvormige kanalen ampulla cupula vestibulaire tak van zenuw (VIII)

cupula

receptorcellen

receptorcellen steuncellen

cupula endolymfe zenuwen

haarcellen crista ampullaris

a

steuncellen

vestibulaire tak van zenuw (VIII)

ductus semicircularis ampulla

rust

versnelling

Figuur 9.31 a Elke ampulla van een halvecirkelvormig kanaal heeft een crista ampullaris zoals getoond in deze figuur. De haarcellen steken uit in de proteoglucaanmassa van de cupula, die kan bewegen op grond van de eventuele stroming van de endolymfe in het halvecirkelvormige kanaal. b Schematische weergave van de bouw van de crista ampullaris. Onder: schematische weergave van de bewegingen van de cupula in de crista ampullaris bij een hoekversnelling; de pijlen geven de richting van de vloeistofbeweging aan (bron: Wersall 1956).

gehoorsteentjes of statoconia (otoconia). De statoconia zijn 3-15 μm in doorsnede, bestaan uit calciumcarbonaat (calciet) en hebben een hogere soortelijke massa (2,02,6 kg/m3) dan de endolymfe (1,03-1,05 kg/m3). De vorm van de booggangen (ductus semicirculares) komt overeen met die van de kanalen van het benige labyrint (canales semicirculares). De receptorcellen bevinden zich in de ampullae in een plooi die de crista ampullaris wordt genoemd. Receptor- en steuncellen hebben een structuur die overeenkomt met de overeenkomstige cellen in de maculae, maar in plaats van de zware massa otoconia bevindt zich hier een geleiachtige massa, de cupula (fig. 9.31b). Deze reikt tot de overzijde van de ampulla en deelt de ruimte binnen de ampulla in tweeën. De stereociliën die in de cupula

uitsteken, zijn langer dan die van de receptorcellen van de maculae. Door het hoge watergehalte van de cupula is deze in histologische preparaten vaak sterk geslonken, waardoor ze niet meer tot het dak van de ampulla reikt. Dit deel van het labyrint is gespecialiseerd in de perceptie van de stand van het lichaam in de ruimte en met evenwicht. De ductus en saccus endolymphaticus zijn bekleed met een eenlagig plat epitheel, dat in de richting van de saccus endolymphaticus geleidelijk hoogcilindrisch wordt en dan twee celtypen bevat. Het ene celtype heeft microvilli, veel pinocytoseblaasjes en vacuolen, het andere celtype heeft deze structuren niet. Het eerste celtype resorbeert endolymfe, die door het vliezige labyrint circuleert, en verwijdert vermoedelijk ook celresten.

b

246

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

Ductus cochlearis De ductus cochlearis is een uitgroeisel van de sacculus en is omgeven door perilymfe. Dit deel van het labyrint is gespecialiseerd in de perceptie van geluid. De gespiraliseerde cochlea windt zich tweeënhalf keer rondom een kegelvormige conus van spongieus bot, de modiolus, waarin zich kanalen bevinden voor zenuwen en bloedvaten. In de modiolus ligt ook het ganglion spirale cochleae (fig. 9.34), dat bipolaire zenuwcellen bevat. Aan de periferie van de modiolus bevindt zich een spiraalsgewijs verlopende spitse beenrand, de lamina spiralis ossea. De modiolus en lamina spiralis vormen een conisch toelopende schroefvormige structuur. Een coupe door de cochlea laat zien dat de ductus cochlearis bij een dwarsdoorsnede driehoekig is, waarbij de scherpste hoek gehecht is aan de lamina spiralis ossea. De ductus cochlearis deelt de ruimte in drie compartimenten in (fig. 9.32 en fig. 9.33): 1 een bovenste deel, de scala vestibuli; 2 het middendeel, dat bestaat uit de ductus cochlearis (hier ook scala media genoemd); 3 het onderste deel, de scala tympani. De scala vestibuli en tympani zijn met perilymfe gevulde ruimten. De scala vestibuli staat in open verbinding met het vestibulum, de scala tympani niet. De scala tympani communiceert met de middenoorholte door het ronde venster, dat door de dunne en elastische membrana tympani secundaria wordt afgesloten. Aan het andere uiteinde communiceert de scala tympani met de scala vestibuli door een smalle opening, het helicotrema. De met endolymfe gevulde ductus cochlearis communiceert met de sacculus dicht bij het blinde begin via een dun kanaaltje (ductus reuniens), dat blijkbaar toch circulatie van endolymfe toelaat. De laterale wand van de ductus cochlearis is bekleed met een gevasculariseerd epitheel: de stria vascularis. De basale celmembraan van deze cellen wordt gekenmerkt door sterke plooiingen en veel mitochondriën en toont het karakteristieke beeld van ionentransporterende cellen. Hier komen veel capillairen voor tussen de epitheelcellen, een unieke situatie. De epitheelcellen van de stria vascularis produceren de endolymfe, die van hier via de ductus reuniens door het vliezige labyrint circuleert. De twee lange zijden van de ductus cochlearis worden gevormd door een vliesdun ‘dak’, de membrana vestibularis of membraan van Reissner, en een ‘basale’ epitheellaag, waarin zich het orgaan van Corti bevindt.

De endolymfe heeft een hoog kalium- en een laag natrium-gehalte, overeenkomstig een intracellulaire vloeistof, tegengesteld aan de gehalten in het bloed. De perilymfe daarentegen komt overeen met de extracellulaire vloeistof elders in het lichaam. De endolymfe bevat verder nogal wat hyaluronzuur en weinig eiwitten, waardoor de vloeistof viskeuzer is dan de perilymfe.

Het orgaan van Corti De basale epitheellaag van de ductus cochlearis wordt gesteund door een vlies van collagene en elastische vezels met enkele fibroblasten, die membrana basilaris wordt genoemd. Aan de mediane zijde van het orgaan van Corti is een gebied van losmazig bindweefsel met bijzondere epitheelcellen, de limbus spiralis, van waaruit een afdakvormige structuur uitsteekt die over het orgaan van Corti reikt: de membrana tectoria. Deze laag is vrij stevig door een hoge concentratie keratinefilamenten en is een product van de epitheelcellen van de limbus spiralis. Deze membraan ligt zodanig ten opzichte van het orgaan van Corti dat ze juist contact maakt met (of raakt aan de toppen van) de zintuigharen van de receptorcellen. In een histologisch preparaat is de tectoriale membraan ten gevolge van schrompeling vaak verplaatst. Het orgaan van Corti bestaat uit: (1) hoge epitheelcellen die een steunfunctie vervullen en waaruit (2) de receptorcellen met stereociliën oprijzen (fig. 9.35). Twee rijen pilaar- of pijlercellen zijn in een schuine hoek ten opzichte van elkaar geplaatst en vormen een soort langgerekte tent waardoor de inwendige tunnel (tunnel van Corti) wordt ingesloten. Deze pijlercellen bevatten zeer veel microtubuli in hun cytoplasma en hebben kennelijk een draagfunctie voor het ernaast gelegen zintuigepitheel met steuncellen. Het orgaan van Corti wordt omgeven door de falanxcellen. Zoals in figuur 9.32 te zien is, bevindt zich aan de mediane zijde een rij binnenste haarcellen. Aan de andere zijde liggen drie tot vijf rijen buitenste haarcellen, met evenzoveel falanxcellen. De stereociliën (‘zintuigharen’) van al deze receptorcellen steken door de deklaag van het orgaan van Corti, de zogenoemde membrana reticularis, en raken zo aan de membrana tectoria. De stereociliën tonen bij ‘bovenaanzicht’ (bijvoorbeeld met een SEM) een zeer typische configuratie. De receptorcellen zijn homoloog met de type I-cellen in de maculae; het kinocilium ontbreekt. De binnenste haarcellen hebben een sensorische functie. Als de stereociliën in de juiste richting worden afgebogen, ontstaat een depolarisatie. Dit signaal wordt doorgegeven aan de gehoorzenuwen.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

247

benige cochleaire wand scala media

membrana vestibularis membrana basilaris scala vestibuli membrana vestibularis

scala vestibuli ductus cochlearis

membrana tectorialis

scala tympani ganglion spirale

membrana memb mem brana brana a ba bas basilaris asililaris a is

cochleaire tak hersenzenuw VIII

modiolus

scala tympani

a Doorsnede cochlea stereociliën membrana tectorialis

steuncellen

cochleaire tak hersenzenuw VIII

ganglion spirale

orgaan van Corti

b Detail cochlea

inwendige tunnel membrana basilaris buitenste haarcellen buitenste falanxcellen binnenste haarcellen pijlercellen cochleaire tak hersenzenuw VIII

scala tympani

c Orgaan van Corti

ductus cochlearis

membrana tectorialis buitenste haarcellen binnenste haarcellen steuncellen cochleaire tak hersenzenuw VIII membrana basilaris scala tympani

d Orgaan van Corti

Figuur 9.32 Het hoorgedeelte van het binnenoor is gelegen in de cochlea (a), die de vorm heeft van een spiraalvormig slakkenhuis. In het vliezige labyrint zijn er drie parallelle compartimenten: de scala tympani, de scala media en de scala vestibuli (b). Deze kanalen zijn gevuld met endolymfe. Het orgaan van Corti (c en d) rust op de membrana basilaris, wordt overdekt door de membrana tectoria en wordt zelf opgebouwd door cilindrische epitheelcellen met verschillende functies: eerst de steuncellen, daarna de buitenste haarcellen en de binnenste haarcellen, waarbij de twee laatstgenoemde categorieën gelegen zijn aan weerszijden van de inwendige tunnel.

248

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

9 Z IN T UIGEN

b

a

Figuur 9.33 a Overzichtsopname van de cochlea waarin de verschillende onderdelen goed te zien zijn. 25 ×. b Detail van de middelste cochleawinding. Rechtsboven is een groep van ganglioncellen te zien, waarlangs de gehoorzenuw loopt. 200 × (opnamen: E. Wisse).

Figuur 9.34 LM-opname van het spiraalganglion, een groep van bipolaire neuronen die het tussenstation vormen. Het spiraalganglion maakt via dendrieten verbinding met de sensorische cellen in de cochlea en geeft via axonen signalen door aan de hersenen. Rechts naar boven lopen de efferente zenuwvezels. 400 × (opname: E. Wisse).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

249

door de falanxcellen. Het blijkt dat de meerderheid van de zenuwvezels die uit het orgaan van Corti komen, afkomstig is van de binnenste haarcellen. Het gaat hoofdzakelijk om afferente vezels waarvan het cellichaam gelegen is in het ganglion spirale. Merkwaardig genoeg is 95% van de vezels van de buitenste haarcellen efferent, zodat deze cellen geen directe rol spelen bij de geluidsperceptie. Deze cellen hebben echter een motorische functie. Het afbuigen van de stereociliën leidt tot een verandering in lengte, die de beweging van de basilaire membraan versterkt. Verlies van de buitenste haarcellen is een belangrijke oorzaak van hardhorendheid.

Histofysiologie

Figuur 9.35 SEM-opname van stereociliën. Bovenaanzicht van het orgaan van Corti na verwijdering van de membrana tectoria in de middelste winding van de cochlea van een kat. 2700 × (opname: B. Kachar en L. Andrade).

Medische context Doofheid kent vele oorzaken en kan in twee categorieën worden onderverdeeld, namelijk het geleidende gehoorverlies en de perceptieve doofheid. Het geleidende gehoorverlies betreft verschillende problemen van het middenoor, waardoor de vibraties minder goed geleid kunnen worden, bijvoorbeeld otosclerose of otitis media. Perceptieve doofheid kan congenitaal of verworven zijn en betreft een defect in een structuur of cel van de cochlea tot de auditieve centra van de hersenen. Meestal is de oorzaak het verlies van haarcellen of zenuwdegeneratie.

De buitenste en binnenste haarcellen synapteren met zenuwuiteinden in ruimten die daartoe zijn opengelaten

Vergroting of verkleining van de draaisnelheid van het hoofd (hoekversnelling) veroorzaakt, door de traagheid van de vloeistof, een stroming van de endolymfe in de booggangen. Hierdoor wordt de cupula (vanwege zijn geringe massa) verplaatst, met als gevolg een buiging van de zintuigharen. Het gaat hier om minuscule bewegingen. Er zijn ook aanwijzingen dat de cupula vastzit aan het dak van de ampulla. Als alternatief zou de beweging van de stereociliën in de geleiachtige massa van de vervormende cupula de prikkels moeten genereren. Metingen hebben aangetoond dat beweging van de cupula in één richting de receptoren prikkelt, zodat de ontladingsfrequentie in de n. vestibularis toeneemt. Beweging in de tegengestelde richting verlaagt de rustfrequentie. Als de vertraging of versnelling van de beweging van het hoofd stopt, komt de cupula terug in de oorspronkelijke stand. Elke hoekversnelling wordt steeds in drie richtingscomponenten ontleed door het systeem van de halvecirkelvormige kanalen. Dit systeem is overigens niet gevoelig voor de zwaartekracht, omdat de cupulae een gelijke soortelijke massa hebben als dat van de endolymfe. De maculae zijn gevoelig voor krachten die inwerken langs een rechte lijn, waaronder de zwaartekracht. Hierbij gaat het om verplaatsing van de statoconia (met hun hogere soortelijke massa dan de endolymfe) ten opzichte van de receptorische stereociliën en kinociliën, waardoor deze worden afgebogen. Ook in de maculae is er een richtingsgevoeligheid van de receptorcellen, waarbij, net als bij de cristae, de kinociliën een rol spelen. In de cochlea worden mechanische geluidstrillingen omgevormd tot actiepotentialen. Door de n. cochlearis worden deze naar het CZS vervoerd. De gehoorbeentjes zetten de geluidstrillingen in de lucht om in drukgolven in vloeistof (fig. 9.36 en fig. 9.37). De voetplaat van de stijgbeugel

250

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

uitwendig oor

9 Z IN T UIGEN

middenoor

druk

hoge druk (luid)

lage druk (minder luid)

amplitude

versterking in middenoor

richting van geluidsgolven

membrana tectorialis

gehoorbeentjes haarcellen

stapes

malleus incus

cochleaire tak hersenzenuw VIII membrana basilaris ovaal venster scala vestibuli helicotrema 2

3 ductus cochlearis

gehoorgang

membrana vestibularis

5

1

orgaan van Corti

4

membrana basilaris

scala tympani

trommelvlies rond venster

buis van Eustachius

Figuur 9.36 Geluidsgolven komen het oor binnen (1). Het trommelvlies resoneert en geeft de trillingen door aan de gehoorbeentjes (2). De stapes (stijgbeugel) beroert het ovale venster en genereert drukgolven in de scala vestibuli (3). Deze drukgolven planten zich daar voort en brengen dan een bepaald gebied van de lamina basilaris in beweging (4). Daardoor wordt het orgaan van Corti vervormd en zullen de haarcellen ter plaatse een impuls genereren. Resttrillingen zullen via de scala tympani worden afgevoerd naar het ronde venster (5).

draagt deze drukgolven over op de perilymfe van het binnenoor. Voor een goede hoorfunctie is de beweeglijkheid van de stapesvoetplaat in het ovale venster essentieel. Ook het ronde venster moet kunnen bewegen. Contractie van de kleine spiertjes die aan de gehoorbeentjes zijn bevestigd (de m. stapedius en de m. tensor tympani), kan de overbrenging van trillingen dempen. Wanneer door een geluidstrilling de voetplaat van de stapes in het ovale venster beweegt, gebeurt het volgende. 1 Een drukgolf ontstaat in de perilymfe en verplaatst zich via het vestibulum en de scala vestibuli

2

en dan via het helicotrema naar de scala tympani. Uiteindelijk laat de drukgolf de membrana tympani secundaria in het ronde venster heen en weer gaan. Een trager lopende golf ontstaat in de richting van de punt (apex) van de ductus cochlearis. De membrana basilaris is soepel genoeg om de lopende golf goed te laten verplaatsen. Doordat de membrana basilaris naar de apex steeds breder, slapper en lichter wordt, zal de lopende golf ergens in deze membraan een grotere amplitude krijgen. Hoe lager de frequentie, hoe dichter deze plek bij de apex gelegen is. Voorbij deze plaats loopt de golf dood. Ter

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

9 ZINTU IGEN

251

ovaal venster hoogfrequente geluiden scala vestibuli helicotrema orgaan van Corti scala tympani membrana ductus membrana vestibularis cochlearis basilaris

middenfrequente geluiden

laagfrequente geluiden

apex

basis hoge frequentie middenfrequentie lage frequentie

20.000 Hz (hoge frequentie)

relatieve breedte van verschillende gebieden van de membrana basilaris

1500 Hz

500 Hz

lage frequentie

Figuur 9.37 In deze tekening is de cochlea ‘denkbeeldig’ rechtgetrokken om de perceptie van hoge en lage tonen gemakkelijker in beeld te kunnen brengen. Geluidsgolven met een hoge frequentie zullen direct aan de basis van de cochlea, bij het ovale venster, worden geregistreerd. Middelhoge tonen zullen ergens in het midden van de cochlea worden geregistreerd, terwijl bastonen aan de apex (het helicotrema) worden geregistreerd.

plaatse van de grootste amplitude (1,5 nanometer) van de lopende golf wordt het steunapparaat met de haarcellen bewogen in een richting loodrecht op de

basilaire membraan. Hierdoor worden de binnenste haarcellen in het betreffende segment van het orgaan van Corti geprikkeld.

252

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

SAMENVATTING

r

r

HOOFDSTUK 9

9 Z IN T UIGEN

ZINTUIGEN

Het CZS registreert veranderingen in de buitenwereld door middel van exteroceptieve receptoren. Waarnemingen in het lichaam worden geregistreerd via de proprioceptieve receptoren. Registratie gebeurt op een vrij axonuiteinde, een gespecialiseerd zintuigepitheel of een neuron.

Het oog r

Tast en druk r

r

r r r

De lichaampjes van Vater-Pacini liggen in de dermis en bestaan uit een bol van afgeplatte fibroblasten rond een dendriet, die snelle vibraties registreert. De lichaampjes van Meissner liggen in de dermispapillen en bestaan uit een opstapeling van gemodificeerde Schwann-cellen die een centrale dendriet omhullen. Ze registreren langzame vibraties en bewegingen over de huid. De cellen van Merkel liggen in de epidermis en zijn verantwoordelijk voor het fijne tastgevoel. De lichaampjes van Ruffini komen voor in de huid en andere organen en registreren druk en spanning. Spierspoelen en peeslichaampjes van Golgi zijn langgerekte lichaampjes met sensorische zenuwuiteinden in spieren, pezen en gewrichtskapsels. Zij spelen een rol in de lichaamshouding en de coordinatie van spieractiviteit.

r

r

r

r r

Smaak r

De smaakgewaarwording is gelegen in de smaakknoppen van de tongpapillen. Deze smaakknoppen zijn opgebouwd uit een aantal smaakcellen, die als partjes van een sinaasappel bijeen liggen. Kliertjes van von Ebner spoelen de cellen, zodat ze vrij zijn voor nieuwe smaakgewaarwordingen.

r

Reuk r

Het reukepitheel is een deel van de mucosa in het dak van de neusholte, bestaande uit reukcellen (bipolaire neuronen) en steuncellen. De reukcellen dragen sensorische ciliën, die zich uitspreiden over het epitheel. Hier houden kliertjes het reukepitheel vochtig en verversen de vloeistof op het reukoppervlak.

r

De oogwand heeft drie lagen: – de tunica fibrosa, aan de voorzijde continu verbonden met de cornea, aan de achterzijde de sclera; – de tunica vasculosa, bestaande uit de choroidea, het corpus ciliare en de iris; – de tunica interna, bestaande uit de retina. De transparante cornea bevat vijf lagen: een meerlagig plaveiselepitheel, de membraan van Bowman, het stroma zonder bloedvaten, de membraan van Descemet en het endotheel. Achter de cornea vindt men de voorste oogkamer en achtereenvolgens de iris, de achterste oogkamer, de lens en het corpus vitreum of glasachtig lichaam. De oogkamers zijn gevuld met kamerwater. Dit kamerwater wordt uitgescheiden door het corpus ciliare en wordt na doorstroming door de kamers gedraineerd door de sclerale veneuze sinus of het kanaal van Schlemm. Het stroma van de iris bevat melanocyten en gladde spiercellen en myo-epitheliale cellen die het sluiten en openen van de pupil verzorgen. De biconvexe, elastische lens bestaat uit een strikte stapeling van epitheliale, kernloze, prismatische lensvezels, die door het kamerwater verzorgd worden. Het lenskapsel, een gespecialiseerde basaal membraan, sluit de lens af. Het achterste deel van de retina is lichtgevoelig en bevat een tiental lagen, van buiten (de sclera) naar binnen (corpus vitreum): 1 pigmentepitheel; 2 laag met de staafjes en de kegeltjes; membrana limitans externa; 3 4 buitenste korrellaag; 5 buitenste plexiforme laag; 6 binnenste korrellaag; 7 binnenste plexiforme laag; 8 ganglionaire laag; 9 laag met vezels van de n. opticus; 10 membrana limitans interna. De cellen van het pigmentepitheel absorberen verstrooid licht, vormen mede de bloed-retinabarrière, regenereren verestering van vitamine

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

r

r

r

r

A, fagocyteren stukjes van de afgestoten staafjes en ondersteunen de staafjes en de kegeltjes. De staafjes zijn fotoreceptoren die de lichtintensiteit registreren via rodopsine en retinal in hun buitensegment. De kegeltjes registreren meer de kleuren en zijn minder in aantal. De buitenste plexiforme laag bevat de axonen die afkomstig zijn van de fotoreceptorcellen en verbindt deze door met dendrieten van integrerende neuronen in de binnenste plexiforme laag. Deze integrerende neuronen verbinden weer door met de neuronen in de ganglionaire laag die verbonden zijn met de laag waarin vezels van de n. opticus aanwezig zijn. De oogleden zijn een huidplooi die bekleed is met een gelaagd epitheel. Verschillende soorten kliertjes, met verschillende secretieproducten, monden in dit epitheel uit. De traanklieren scheiden een vocht af dat de oogbol vochtig houdt. Het vocht wordt gedraineerd via de traanbuizen naar de neusholte.

r r

r r

r

r

Het gehoor- en evenwichtsorgaan r r

r

r

De oorschelp bestaat uit elastisch kraakbeen, bedekt door een dermis en epidermis. De gehoorgang loopt door het os temporale naar het trommelvlies en bevat cerumenklieren. Deze klieren produceren oorsmeer (cerumen), dat smerende en antimicrobiële eigenschappen heeft. In het middenoor verbinden de hamer, het aambeeld en de stijgbeugel het trommelvlies mechanisch met het ovale venster van het inwendige oor. Het middenoor is via de buis van Eustachius verbonden met de nasofarynx.

r r

9 ZINTU IGEN

253

Het inwendige oor bestaat uit een vliezig labyrint uitgespaard in het os temporale (het benige labyrint). De eerste ruimte in het inwendige oor is het vestibulum, dat uitgeeft op de twee complexe structuren van de utriculus met de drie halvecirkelvormige kanalen en de sacculus en cochlea. De utriculus en de sacculus hebben in hun macula sensorische haarcellen met synaptische verbindingen naar sensorische zenuwen. Stijve stereociliën en een kinocilium staan op de apicale membraan van de haarcellen. Ze worden omgeven door de gelatineuze endolymfe waarop gemineraliseerde kristallen liggen, de statoconia. Bewegingen van het hoofd zetten de gelatineuze endolymfe in beweging, waardoor de apicale ciliën van de receptorcellen gedeformeerd worden en een impuls opwekken. De halvecirkelvormige kanalen zijn elk 90 graden ten opzichte van elkaar geplaatst, zodat in de terminale ampulla de drie cupula’s een 3D-beweging kunnen registreren via hun haarcellen. Sensorische registratie in de utriculus, sacculus en halvecirkelvormige kanalen bepaalt na registratie en integratie de evenwichtsgewaarwording. Geluidsgolven die aan het ovale venster worden doorgegeven, produceren drukgolven in de cochleaire perilymfe. Daarmee vervormen deze de membrana basilaris van het orgaan van Corti en geven zo de haarcellen de gelegenheid impulsen door te geven aan de hersenen voor een geluidsgewaarwording.

Kijk voor oefenvragen en samenvattingen op www.studiecloud.nl


4QJFSXFFGTFM

*/-&*%*/(

Spiercellen bevatten actine- en myosinefilamenten, die tijdens hun interactie hun lengte verkorten en een kracht uitoefenen op de uiteinden. De meeste spiercellen zijn verenigd in spieren. Door aanhechting op het skelet kunnen spieren het lichaam bewegen. Zoogdieren hebben drie soorten spierweefsel (fig. 10.1). 1 3KELETSPIERWEEFSEL bestaat uit evenwijdig gerangschikte, veelkernige, dwarsgestreepte spiercellen met een snelle, krachtige wilsafhankelijke contractie. 2 (ARTSPIERWEEFSEL bestaat uit eenkernige, dwarsgestreepte, vertakte cellen waarvan de contractie synchroon, ritmisch, krachtig en autonoom is. 3 'LADDESPIERCELLENzijn spoelvormig en tonen geen dwarse streping; hun contractie is langzaam en niet onderworpen aan de wil. Onderdelen van spiercellen worden aangeduid met het voorvoegsel ‘SARCO’.Het SARCOPLASMA, het SARCOPLASMA TISCHRETICULUMen het SARCOLEMMAzijn de namen voor respectievelijk het cytoplasma, het ER en de celmembraan van de spiercel. Spiercellen worden omgeven door een LAMINABASALIS, die aansluit op een omgevend netwerk van collagene vezels. 4,&-&541*&38&&'4&-

De dwarsgestreepte SKELETSPIERCELLEN of SPIERVE ZELS (fig. 10.2 en fig. 10.3) zijn lange, cilindervormige VEELKERNIGE REUSCELLEN. De lengte van individuele spiervezels varieert tussen 1 mm (zoals in de trommelholte) en 30 cm (bij de m. sartorius), terwijl de diameter ligt tussen 10 en 100 μm. Binnen één spier is de diameter tamelijk constant. Spiervezels ontstaan uit mesoderm, waarin eenkernige stamcellen, de MYOBLASTEN,door deling en fusie een veelkernig SYN CYTIUM,de SPIERCEL,vormen. Deze fusie begint bij de mens voor het 10 mm-stadium. In het hierop volgende

myotubusstadium gaan de kernen achter elkaar in een centrale kolom in het cytoplasma liggen. Deze toestand is blijvend bij SPIERSPOELEN,die het sensorische apparaat van de spieren vormen. Bij de skeletspieren komen de kernen direct onder het sarcolemma te liggen, terwijl de myofibrillen het centrale deel van de cel innemen. Mitochondriën komen verspreid in het sarcoplasma voor. Tussen de myofibrillen liggen ze in rijen achter elkaar. Andere organellen, zoals ER en Golgi-complex, liggen in de buurt van de kernen. Het aantal spiervezels (spiercellen) neemt bij de mens niet meer toe na het 150 mm-stadium. Verdere groei vindt plaats door vergroting van de bestaande spiervezels. Oefening laat de omvang van de spiercellen en het aantal myofibrillen toenemen (HYPERTRO¹E). Toename van het aantal cellen (HYPERPLASIE)of herstel van het aantal na verlies (regeneratie) komt niet voor bij hartspierweefsel, in zeer beperkte mate bij skeletspierweefsel (vanuit satellietcellen), maar wel bij glad spierweefsel. Dit is een belangrijk verschil in groei- en regeneratievermogen van de verschillende spiertypen. Bij langdurige immobilisatie van een spier treedt verkleining van het celvolume op (ATRO¹E), doordat het aantal myofibrillen afneemt. Ook kan het aantal spiervezels afnemen, wat het geval is bij veroudering (ouderdomsspieratrofie). De lamina basalis en het bindweefsel dat individuele spiercellen omringt, noemt men ENDOMYSIUM. Een bundel van spiercellen wordt omgeven door een PERIMYSIUM, waarin bloedvaten en zenuwen worden aangetroffen (fig. 10.4-10.6). Het EPIMYSIUM bekleedt de buitenzijde van de spier en zet zich voort in pezen of aponeurosen (peesplaten), die de spierkracht overdragen op hun aanhechtingsplaats. Collagene vezels uit de spierpeesaanhechting kunnen zich tussen de spiervezels voortzetten. De overdracht van de contractiekracht gebeurt dus via de lamina basalis naar het endomysium, het perimysium, het epimysium en de pees. Wanneer door een te grote kracht de pees scheurt, kan ook een

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_10, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

spiertypen

activiteit

skeletspier

dwarsdoorsnede sterke en vlugge willekeurige contractie

B kernen

hartspier

sterke en vlugge onwillekeurige contractie

C gladde spier

intercalaire schijven trage, zwakkere onwillekeurige contractie

D

E

F

G

'JHVVS
 Presentatie van drie soorten spierweefsel, de bovenste drie links in lengtedoorsnede en rechts in dwarsdoorsnede. B 4LFMFUTQJFSDFMMFO bestaan uit meerkernige, dwarsgestreepte, zeer grote en lange cellen die ontstaan uit de fusie van myoblasten. De cellen (spiervezels) bevatten verschillende kernen, die soms op een rij perifeer (dat wil zeggen: tegen de celmembraan) zijn gelegen. C )BSUTQJFSDFMMFO zijn kleine, niet-gefuseerde, soms vertakte cellen, meestal met één kern die centraal in de cel ligt. Rond de kern bevindt zich een kleine hoeveelheid cytoplasma (hier geel gekleurd) met de overige organellen van de cel. De korte cellen zijn met speciale celcontacten aan elkaar verbonden, die als verspringende intercalaire schijven te zien zijn. D (MBEEF
TQJFSDFMMFO zijn spoelvormige cellen, die door een dunne laag bindweefsel bijeen worden gehouden en zo een gladde spier vormen. E LM-opname van skeletspierweefsel. F LM-opname van hartspierweefsel. G LM-opname van gladde spiercellen.

stukje bot bij de aanhechting worden afgerukt. Zelden scheurt de aanhechting tussen spier en pees. Bloedvaten dringen via het perimysium de spier binnen en vormen een anastomoserend net van capillairen, die evenwijdig aan de spiervezels verlopen.

"DUJOF
FO
NZPTJOFmMBNFOUFO
Met de lichtmicroscoop is een dwarse bandering te zien, die perfect aansluit bij de bandering van naburige spiervezels (fig. 10.7 en fig. 10.8). De donker kleurende ! BANDENworden afgewisseld met lichtere ) BANDEN. De

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

10 SPIERWEEFSEL



'JHVVS

Opname van een dwarse coupe van een skeletspier bij lage vergroting (50 t; opname: E. Wisse). De afzonderlijke spiercellen zijn nog net te zien als kleine, rode veelhoekige structuren. De spiercellen worden door dunne lagen bindweefsel (endomysium) tot bundels verenigd, die op hun beurt weer door dikkere bindweefselschotten (perimysium) met bloedvaten en zenuwen worden omgeven. Zie figuur 10.6 voor een hogere vergroting.

A staat voor anisotroop (dubbelbrekend); de I-banden zijn isotroop: in een polarisatiemicroscoop verwisselen de lichte en donkere banden van contrast. In het midden van de I-band is in een TEM-beeld een donker kleurende : LIJNte zien. In de lengterichting van de cel liggen de myofibrillen evenwijdig naast elkaar, terwijl hun bandenpatroon exact in register ligt. Hierdoor strekt de dwarse streping zich over de hele breedte van de cel (en zelfs daarbuiten) uit. Ook op een dwarsdoorsnede kan men de myofibrillen goed onderscheiden. De donkere A-band van de myofibril bestaat uit een precieze opeenstapeling van een groot aantal 15 nm dikke MYOSINE¹LAMENTEN. Aan beide uiteinden

overlappen deze gedeeltelijk met 8 nm dunne ACTINE¹ LAMENTEN.Een centraal deel van de A-band, de ( BAND, bestaat uit dat deel van de myosinefilamenten dat niet door de actinefilamenten wordt overlapt. In het midden van de H-band vindt men de M-lijn, waar myomesine de myofilamenten op hun plaats houdt. Daar vindt men ook creatinekinase, dat assisteert in het vrijmaken van ATP voor de contractie. Bij contractie wordt deze band smaller. De actinefilamenten zijn aan het andere uiteinde aan de Z-lijnen gehecht. De Z-lijn die in het midden van de lichte I-band ligt, zendt naar twee zijden actinefilamenten uit. In de I-band overlappen de myosinefilamenten niet met de actinefilamenten.



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

'JHVVS

Een lengtecoupe door een skeletspier bij 630 t initiële vergroting. De dwarse streping van de meerkernige spiercellen is hier en daar nog te zien. Wat duidelijk opvalt, is de perifere positie van de kernen (opname: E. Wisse).

Het deel van de myofibril tussen twee Z-lijnen noemt men een SARCOMEER.Bij contractie schuiven de actinefilamenten van weerszijden naar het midden van de A-band, zodat de afstand tussen twee Z-lijnen afneemt. De I-band wordt hierbij smaller en de H-band verdwijnt vrijwel geheel, maar de A-band blijft gelijk. Het ineenschuiven van de filamenten, als basisactie van de spiercontractie, werd door de gebroeders (UXLEYin 1954beschreven als het ‘SLIDING ¹LAMENT MODEL’. Dit model verklaarde het werkingsmechanisme van de spieren. Myosine en actine vormen meer dan de helft van de eiwitmassa van de skeletspiercel. & ACTINE (F staat voor filamentair) bestaat uit twee spiraalvormig gewonden ketens van

gepolymeriseerd G-actine (G staat voor globulair). Elk actinemonomeer (G-actine) heeft mmNBINDINGSPLAATSvoor myosine. Actinefilamenten (F-actine) zijn gepolariseerd met een pluspool (aan de Z-lijn) en een minpool (het vrije uiteinde). In de Z-lijn zorgen DESMINE en VIMEN TINEvoor de cohesie van aangrenzende sarcomeren. Het B ACTININEin de Z-lijn verankert het actinefilament (fig. 10.8-10.11). Het langgerekte TROPOMYOSINE en het globulaire TROPONINE (waarvan drie varianten bestaan: TnT, TnC en TnI) binden zich aan actine. Het TnT hecht zich aan tropomyosine, het TnC bindt calcium en het TnI speelt een rol bij de actine-myosine-interactie.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

10 SPIERWEEFSEL



sarcolemma (celmembraan) spiervezel (spiercel)

myofibrillen

perimysium

epimysium

endomysium (rond de spiervezels)

epimysium

collagene vezels

'JHVVS

Schematische weergave van de opbouw van een dwarsgestreepte spier. De spiercellen (= spiervezels) bezitten een TBSDPMFNNB (= celmembraan). Dit wordt omgeven door een FOEPNZTJVN bestaande uit een lamina basalis en bindweefsel met daarin capillairen. Een groepje spiervezels vormt samen een GBTDJDVMVT, die op zijn beurt wordt omgeven door een QFSJNZTJVN bestaande uit een dunne laag bindweefsel. Binnen en ook buiten de fasciculus is de dwarse streping van alle spiervezels in register: alle banden liggen op dezelfde hoogte. Om de spier ligt een bindweefselkapsel, het FQJNZTJVN. In de bindweefselkapsels liggen de aan- en afvoerende verzorgende elementen, zoals bloedvaten, zenuwen en lymfevaten (niet getekend).

-YOSINE bestaat uit TWEE ZWARE KETENS, die als een spiraal gewonden zijn over een lengte van 150 nm. Aan het N-einde zijn beide ketens geknikt (‘hinge region’) en steekt een excentrische kop naar buiten. Hier zijn VIER LICHTE KETENS met het dimeer geassocieerd. Door lichte hydrolyse kunnen ze worden afgesplitst. De uitstekende myosinekoppen vormen de bindingsplaats met het actinefilament, en hier vindt ook !40 HYDROLYSEplaats. In de A-band liggen de dikke myosinefilamenten. Deze bestaan

uit enkele honderden myosinemoleculen; hun koppen steken in een bepaald patroon naar buiten. In de H-band zijn geen koppen aanwezig. Het belangrijkste eiwit van deze M-schijf is CREATINEKINASE. Creatinekinase katalyseert de overdracht van een fosfaatgroep van fosfocreatine naar ADP en levert zo ATP, dat nodig is voor de spiercontractie. EM-studie van myosine- en actinefilamenten in de sarcomeren heeft aangetoond dat de koppen van het myosine dwarsverbindingen vormen met het actine.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

P

En E

P

B

C 'JHVVS
 B Dwarse coupe door een skeletspier. De kernen van de cellen en de extracellulaire matrix zijn te zien. Het FOEPNZTJVN (En) omhult de enkele spiercellen, het QFSJNZTJVN (P) doet dat met een groepje cellen en vormt daarmee een spierbundel, ook wel GBTDJDVMVT genoemd. Het dikkere FQJNZTJVN (E) omgeeft de spier als geheel. Het collageen dat hierbij betrokken is, is van het type I en type III (reticuline). HE-kleuring, 200 t. C Een naburige coupe door hetzelfde weefsel is hier immunocytochemisch aangekleurd voor MBNJOJOF, dat de basale lamina van cellen, die deel uitmaakt van het endomysium, specifiek aankleurt. 400 t.

$POUSBDUJFDZDMVT
In rusttoestand overlappen myosine- en actinefilamenten elkaar gedeeltelijk. Tijdens een contractie veranderen de filamenten niet in lengte of in diameter, maar verplaatsen ze zich ten opzichte van elkaar (‘SLIDING FILAMENTS’). Hierbij schuiven de myosinefilamenten tussen de actinefilamenten, zodat tijdens

de contractie het hele pakket van myosine- en actinefilamenten van een sarcomeer in elkaar geschoven wordt. Dit proces speelt zich af in de A-band, waar myosine en actine elkaar overlappen. Hulpeiwitten houden de myosinefilamenten bijeen in de M-schijf, terwijl de actinefilamenten in de Z-lijn met elkaar verbonden zijn.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

10 SPIERWEEFSEL



'JHVVS

Dwarsdoorsnede van een skeletspier. Waarschijnlijk als gevolg van de preparatieve procedure zijn de individuele spiercellen gekrompen en hebben ze losgelaten van het endomysium. De kernen van de spiercellen, maar ook de kernen van het bindweefsel in het endomysium en perimysium zijn goed te zien. 400 t (opname: E. Wisse).

In de rustende spier wordt de bindingsplaats tussen myosine en actine geblokkeerd door het TROPONINE TRO POMYOSINECOMPLEX op het actinefilament. Wanneer Ca2+-ionen zich binden aan de TnC-subeenheden van het troponine, veranderen de structuur en de ligging van de troponinesubeenheden, zodat de bindingsplaatsen op de G-actine-eenheden meer naar buiten komen en met de koppen van het myosine reageren. Er wordt dan !40 gesplitst, waardoor de kop plus het aangrenzende staafvormige deel van het myosine worden omgebogen en het actinefilament langs het myosine wordt getrokken. Als het myosine een nieuw ATP-molecuul heeft gebonden, wordt de verbinding verbroken en kan de cyclus worden herhaald. Elk myosinefilament bevat honderden koppen en wordt door zes actinefilamenten omgeven.

Eén cyclus, die maar een fractie van een seconde duurt, geeft slechts een geringe verkorting en moet dus voor elke contractie vele malen herhaald worden. De maximale verkorting van een sarcomeer is ongeveer 50%. Hierbij worden de I- en H-banden smaller en ze kunnen zelfs verdwijnen. Als er geen nieuw ATP beschikbaar is, blijft het myosine-actinecomplex geblokkeerd, zoals gebeurt bij RIGOR MORTIS (lijkstijfheid). Bij extreme rekking, waarbij dunne en dikke filamenten volledig uiteengaan en het contact verliezen, is contractie niet meer mogelijk. De Z-schijven van een myofibril zijn onderling verbonden met het langgerekte eiwit TI TINE,dat een verende bescherming vormt tegen te sterke uitrekking van de sarcomeren. Titine – of ook wel connectine – is een van de grootste eiwitten in het lichaam.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

B I sarcomeer A Z

H

Z

sarcoplasmatisch reticulum

T-tubulus Z triade

triade

C

'JHVVS
 B Dwarsgestreepte spier bij de hoogste LM-vergroting, waarbij de dwarse streping vanwege afwisselende A- en I-banden zichtbaar wordt. Binnen de A-band is ook de lichtgekleurde H-band nog te zien. 630 t (opname: E. Wisse). C TEM-opname van enkele overlangs getroffen sarcomeren, onderdeel van myofibrillen uit een skeletspier van een kikkervisje. Het TBSDPNFFS kan worden onderverdeeld in de A-, I- en H-banden en de Z-lijn. De bandering komt tot stand door de overlapping (in de A-band) of de afwezigheid van overlapping (in de H- en I-band) van dunne actinefilamenten en dikke myosinefilamenten, zoals onderaan aangegeven. In dit spierweefsel van een amfibie liggen de USJBEFO geassocieerd met de Z-lijn; bij zoogdieren liggen de triaden bij elke overgang van een A/I-band. 42.000 t (opname: K. Porter).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

10 SPIERWEEFSEL



D

'JHVVS

7FSWPMH D TEM-opname van een humane skeletspier. De verschillende banden zijn duidelijk waarneembaar. Mitochondriën en glycogeen liggen tussen de myofibrillen. De sarcomeren liggen, waarschijnlijk ten gevolge van een fixatie-effect, niet exact in register (opname: F. Verheyen).

Het kan een lengte van 1 μm bereiken en bestaat uit meer dan 30.000 aminozuren. Titine bindt ook de dikke myofilamenten aan de Z-schijf. Een ander eiwit, NEBULINE, bindt lateraal aan de actinefilamenten en ondersteunt de binding aan het α-actinine. Nebuline bepaalt de lengte van de actinepolymerisatie tijdens de myogenese. Dwarsgestreepte spieren werken meestal volgens hun lengteas. De complexe 3D-vormen die ontstaan als gevolg van verschillende oriëntaties van de spiervezels in dwarsgestreepte spieren maken ingewikkelde bewegingen mogelijk, bijvoorbeeld in de tong (fig. 10.12).

4BSDPQMBTNBUJTDI
SFUJDVMVN Het SARCOPLASMATISCHRETICULUM(SR) is een variant van het glad endoplasmatisch reticulum (SER) en bestaat uit vertakte cisternen die de myofibrillen omgeven. Het SR verwijdt bij elke overgang van A- naar I-band en ligt daar tegen een buis van het 4 BUIZENSYSTEEM (‘transverse tubule system’) (fig. 10.13). Dit T-buizensysteem

bestaat uit diepe, buisvormige invaginaties. Deze invaginaties bevinden zich loodrecht op de celmembraan en vormen een netwerk rond de myofibrillen. De T-tubuli liggen bij elke overgang tussen A- en I-band. Samen met twee cisternen van het SR vormen ze daar een TRIADE(bij de skeletspier) of een DIADE(bij de hartspier). Er zijn dus twee triaden per sarcomeer in de skeletspier. Bij de hartspier is de situatie anders.

5CVJ[FOTZTUFFN
De impuls van een motorische zenuwvezel wordt via een SYNAPS « bij een spiervezel is dat de MOTORISCHE EINDPLAAT « omgezet in een DEPOLARISATIE van het sarcolemma. De membraandepolarisatie wordt via het T-buizensysteem tot op het niveau van de myofibrillen gebracht. Dit is nodig vanwege de grote diameter van de spiervezel. In de triaden activeert de depolarisatie van het T-buizensysteem de membraan van het SR, zodat hieruit CALCIUMIONEN vrijkomen. Deze binden



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

dun filament connectinefilamenten titinefilament dik filament dik filament dun filament

I-band A-band

myofibrillen Z-lijn

M-lijn

b

Z-lijn

I-band

M-lijn

H-band

A-band

Z-lijn

H-band sarcomeer A

a

sarcomeer dun filament

M-lijn

H-band I

Z-lijn titine I-band

dik filament A-band

Z-lijn I-band

d

c

'JHVVS
 Deze tekening toont de positie van de myofibrillen in een spiercel (links). Zo’n NZPmCSJM is dus een lineaire verzameling van sarcomeren die in elkaars verlengde liggen. Als je de myofibril op verschillende plaatsen doorsnijdt, krijg je een dwarsdoorsnede van de achtereenvolgende banden van het sarcomeer te zien. Het resultaat wordt bij b getoond (Z-lijn - A-band). Bij c is de structuur van een sarcomeer weergegeven met de verschillende filamenten en het filamentaire eiwit UJUJOF. Dit elastische kurkentrekkerachtige eiwit zorgt voor de passieve elasticiteit van de spiercel. Bij d zien we een ietwat scheve dwarsdoorsnede van een spiercel waarin een A-band (A) en een I-band (I) min of meer dwars zijn getroffen. De NZPmMBNFOUFO zijn hier dus niet in nette, ronde myofibrillen gerangschikt, zoals getekend is in a.

zich aan het troponine om de brugvorming tussen actine en myosine tot stand te brengen. Hierna worden de calciumionen weer opgenomen in het SR en treedt verslapping op. Er bestaat geen directe verbinding tussen het SR en het T-buizensysteem. Wel liggen de membranen dicht tegen elkaar en zijn ze voorzien van NEXUSVERBINDINGEN.

*NQVMTPWFSESBDIU
De IMPULS van een gemyeliniseerde, motorische zenuw start de contractie van een spiervezel. Motorische zenuwen vertakken in het perimysium en bereiken via het endomysium de spiervezels. Bij de SYNAPS verliest het axon zijn myelineschede (fig. 10.14 en fig. 10.15). Het wordt nog wel bedekt met een

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

10 SPIERWEEFSEL



myosinemolecuul koppen bindingsplaats voor actine bindingsplaats voor ATP en ATP'ase

staart

excentrische koppen

a Dik filament troponine Ca2+-bindingsplaats

tropomyosine

G-actine F-actine

bindingsplaats voor myosine

b Dun filament

'JHVVS
 Tekening van de polymere opbouw van de dikke NZPTJOFmMBNFOUFO (a) en dunne BDUJOFmMBNFOUFO (b) die deel uitmaken van de myofibrillen. Het dikke myosinefilament is opgebouwd uit 200-500 moleculen van monomeer myosine. Het F-actine is voorzien van de accessoire eiwitten tropomyosine en troponine.

dunne laag Schwann-cellen. Het axonuiteinde vormt een karakteristieke vertakking, die in een uitholling van het spierceloppervlak ligt. Deze structuur wordt de MOTORISCHE EINDPLAAT of myoneurale verbinding genoemd. In het axonuiteinde bevinden zich veel mitochondriën en synaptische blaasjes, gevuld met ACETYLCHOLINE. De SYNAPTISCHE SPLEET wordt enerzijds begrensd door de geplooide membranen van het axon en anderzijds door het sarcolemma (‘junctional folds’). Het sarcoplasma onder dit celcontact is vaak gespecialiseerd tot subneuraal apparaat en bevat veel kernen, mitochondriën en glycogeen. Een actiepotentiaal in de motorische eindplaat start de exocytose van ACE TYLCHOLINE in de synaptische spleet. Aanhechting van acetylcholine aan de acetylcholinereceptor op de spiercel leidt tot depolarisatie van het sarcolemma. Deze depolarisatie wordt via het T-buizensysteem doorgegeven tot op het niveau van de myofibrillen. Na depolarisatie wordt gebonden acetylcholine afgebroken door cholinesterase, dat zich in de synaptische spleet bevindt. Zo wordt voorkómen dat het acetylcholine de receptoren van het sarcolemma bezet houdt, waardoor de spiervezel refractair zou blijven. Eén zenuwvezel kan één spiervezel innerveren, maar kan zich ook vertakken en een aantal spiervezels

tegelijk, als MOTORISCHEEENHEID,innerveren. Hoe kleiner de motorische eenheden zijn, des te fijner zijn de bewegingen van een spier. In de oogspieren wordt elke spiervezel door een aparte zenuwvezel geïnnerveerd. Bij de spieren van de ledematen kan een motorische eenheid een honderdtal spiervezels omvatten. Een dwarsgestreepte spiervezel toont geen gradatie in de contractie: er is geen reactie bij een prikkel onder de drempel, terwijl hij volledig verkort als de prikkel juist sterk genoeg is: een ‘alles-of-nietsantwoord’. Gradatie in de spierkracht wordt bereikt door een wisselend aantal spiervezels dat contraheert. De grootte, het aantal motorische eenheden en de frequentie van contractie bepalen de arbeid die door een spier wordt verricht. Training of bodybuilding bewerkstelligt een volumetoename van spiercellen; het aantal spiercellen noch de innervatie ervan verandert. Zogeheten SPIERSPOELEN(fig. 10.16), samen met vergelijkbare orgaantjes in de pezen ('OLGI LICHAAMPJES) (fig. 10.17) en in de gewrichten, kapsels en ligamenten, zorgen ervoor dat we ons voortdurend bewust zijn van onze houding, positie in de ruimte en veranderingen daarin. Samen met het evenwichtsorgaan kunnen we ons op basis van deze sensorische gegevens ook tijdens snelle bewegingen oriënteren en onze motoriek aanpassen.



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

sarcomeer in rusttoestand titine

Z-lijn dik filament dun filament M-lijn

sarcomeer in rusttoestand

Z-lijn dun filament Z-lijn

H-band A-band

I-band

I-band

Z-lijn

M-lijn

H-band A-band

I-band

I-band

uscle contractie

Z-lijn

M-lijn

contractie

Z-lijn Z-lijn

keletal muscle

M-lijn

A-band

A-band

sarcomeer in maximale contractie

sarcomeer in maximale contractie

Z-lijn

'JHVVS

Tekeningen en TEM-opnamen van een sarcomeer in relaxatie (boven) en in contractie (onder). Bovenin zijn de H- en de I-band en het molecuul UJUJOF maximaal breed. Onderin is de afstand tussen de Z-banden minimaal, is de contractie op haar toppunt, is de overlapping van actine en myosine maximaal en is het molecuul titine maximaal samengetrokken.

.FEJTDIF
DPOUFYU De myoneurale overgang kan met farmaca geblokkeerd worden en kent ook ziektebeelden. De ziekte NZBTUIFOJB
HSBWJT wordt gekenmerkt door een progressieve spierzwakte en is een auto-immuunziekte waarbij de acetylcholinereceptoren door autoantilichamen worden geblokkeerd. De cel tracht zich hiertegen te verweren door de uitgeschakelde receptoren op te nemen en in lysosomen te verteren, terwijl de cel intussen nieuwe receptoren aanmaakt en aan de celmembraan toevoegt. Dit leidt echter tot een progressief ziekteproces, omdat de nieuwe receptoren in toenemende mate door antilichamen worden geneutraliseerd. Als eerste zijn meestal de extraoculaire spieren aangedaan.

&OFSHJFNFUBCPMJTNF
Skeletspiervezels beschikken over energiedepots. Ze verbruiken deze depots bij hun contractie. Het beschikbare !40 kan de behoefte van een actieve spier zelfs niet voor een seconde dekken. #REATINEFOSFAATfungeert als een energievoorraad, een soort batterij waaruit ADP tot ATP wordt omgezet door middel van creatinefosfaatkinase (fig. 10.19). Bij sterke inspanning loopt het creatinefosfaatgehalte terug. ATP moet dan uit de mitochondriën nageleverd worden. Spiercel-GLYCOGEEN is als energiebron van belang bij kortdurende prestaties (sprint). De gevormde glucose wordt afgebroken tot LACTAAT. Het verzurende effect hiervan kan spierkramp veroorzaken (anaerobe glycolyse). Spierweefsel verbruikt veel zuurstof, dat door endomysiale capillairen wordt aangevoerd. Training bevordert de doorbloeding van spieren (fig. 10.18), waardoor ook de

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

actine troponine actieve bindingsplaats geblokkeerd

10 SPIERWEEFSEL



actieve plaats calcium tropomyosine

crossbridge

actieve plaats calcium dun filament ATP

ADP + P

dik filament

'JHVVS

Deel van een contractiecyclus. De contractiecyclus begint door de binding van Ca2+ aan de TnC-eenheid van USPQPOJOF
, die de myosinebindingsplaats op het actine vrijmaakt. In een tweede stap bindt de kop van het myosine aan het actinefilament, het ATP valt uiteen in ADP en fosfaat en levert de energie voor de beweging van de kop van het myosine. Als gevolg van de vormverandering van het myosine glijdt het actinefilament langs het myosine. Dit proces wordt tijdens een contractie vele malen herhaald. Dit leidt tot een volledige overlapping van de actine- en myosinefilamenten en tot een contractie van de spier.

afvoer van afvalstoffen wordt verbeterd. Het sarcoplasma kan zuurstofbindende MYOGLOBINEbevatten, waarvan het gehalte bij de mens laag is, in tegenstelling tot de situatie bij duikende zoogdieren zoals zeehonden. Kleurverschillen op basis van myoglobine en cytochroom zijn bij de menselijke spieren niet erg uitgesproken. 2ODESPIERVEZELS(type I) contraheren langzamer dan witte spiervezels, maar kunnen een krachtige contractie lang volhouden. Voor hun energie doen ze een beroep op de oxidatieve fosforylering, waarvoor ze grote aantallen mitochondriën met veel cristae bezitten. Voorbeelden zijn de vleugelspieren van vogels, de ledematen van zoogdieren en de rugspieren van de mens, die een opgerichte houding lange tijd kunnen volhouden. In rode spiervezels zijn het SR en het T-buizensysteem minder sterk ontwikkeld dan bij witte spieren. De motorische eindplaten van de rode spieren zijn kleiner, met meer gedrongen uiteinden. 7ITTE SPIERVEZELS (type IIb) hebben minder mitochondriën, myoglobine en cytochroom. Voorbeelden hiervan zijn de borstspieren van niet-vliegende vogels en de oogspieren bij de mens. Witte vezels zijn zeer snel, maar kunnen een sterke contractie niet lang volhouden. De energie komt uit de ANAEROBEGLYCOLYSE. De

motorische eindplaten van witte spieren zijn door grote plaatvormige zenuwuiteinden gekarakteriseerd. )NTERMEDIAIRESPIERVEZELS (type IIa) hebben eigenschappen tussen die van de rode en witte vezels in en komen bij de mens veel voor. De spierkleur wordt ook bepaald door de innervatie. Wanneer de zenuwen die de vezels innerveren, worden doorgesneden en men deze gekruist laat regenereren, veranderen de spiervezels hun morfologie, kleur en fysiologie in overeenstemming met de nieuwe innervatie. De spierkleur is dus geen genetisch vastliggende eigenschap. Denervatie van een spier leidt tot verlamming en tot atrofie van de spiervezels.

.FEJTDIF
DPOUFYU %ZTUSPm
OF
is een groot actinebindend eiwit dat net binnen het sarcolemma van de skeletspiervezel gelegen is. Het zorgt voor de verbinding tussen het cytoskelet en de extracellulaire matrix (ECM). Bij de ziekte van Duchenne zijn er mutaties in het dystrofine-gen, waardoor er geen dystrofine gevormd wordt. Spiercontracties verbreken de zwakke verbindingen en er ontstaat atrofie van de spiervezels.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

'JHVVS
 Plastic coupe van de tong van een rat. Het ingewikkelde 3D-netwerk van dwarse spieren met veel contrast wordt zichtbaar gemaakt met behulp van EPOLFSWFMENJDSPTDPQJF bij een vergroting van 63 t. Boven de spiermassa is de mucosa zichtbaar, met aan de bovenzijde het meerlagig plaveiselepitheel en daaronder de lamina propria met dermispapillen. De massa spieren in de onderste helft van de opname toont een opeenvolgende lengte- en dwarsoriëntatie, die complexe en fijne bewegingen van de tong mogelijk maakt (opname: E. Wisse).

)"3541*&38&&'4&-

Tijdens de embryonale ontwikkeling leggen cellen van het viscerale mesoderm zich in longitudinale richting tegen elkaar, rondom de primitieve hartbuis. Ze differentiëren daarna tot MYO EPICARDCELLEN. Uit deze cellen ontstaan: 1 de MYOBLASTEN,die zich tot spiercellen ontwikkelen; 2 de MESOTHEELCELLENvan het epicard. De myoblasten fuseren niet tot syncytia zoals bij de skeletspier. De cellen VERTAKKENen hechten zich met de uiteinden van deze vertakkingen aan elkaar. Ter plaatse zijn de celmembranen verdikt en ze tonen sterker kleurende, dwars of trapsgewijs verlopende INTERCALAIRE SCHIJVEN (fig. 10.20-10.22). In het dwars verlopende

deel van de celmembraan bevindt zich de FASCIA AD HAERENS, waar actinefilamenten aanhechten aan de celmembraan. Hier bevinden zich ook desmosomen, die bijdragen aan de hechting van de hartspiercellen aan elkaar. In de lengterichting verlopende celmembranen bevatten ‘GAP JUNCTIONS’, die onder andere de impuls van cel tot cel doorgeven. Hierdoor is coördinatie van de contractiegolf van de hartspier mogelijk. Om de hartspiervezel ligt een dun endomysium, waarin capillairen gelegen zijn. Hartspierweefsel heeft ook een DWARSE STREPING; de sarcomeren hebben ongeveer dezelfde lengte als in een skeletspier (circa 2 μm). De hartspiercel bezit mmNOFTWEEKERNEN, die centraal gelegen zijn. Tussen de myofibrillen liggen veel grote mitochondriën, die

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

10 SPIERWEEFSEL



myofibrillen

T-tubulus I-band T-tubulus

triade SR A-band

sarcoplasmatisch reticulum (SR)

T-tubulus

lamina basalis T-tubulus sarcolemma collagene vezels

'JHVVS

Ruimtelijke illustratie van een deel van een skeletspiervezel. Het endomysium vormt met enkele collagene vezels de buitenbekleding van de cel. De cel is opengewerkt getekend door een deel van het sarcolemma (geel) en de myofibrillen weg te laten. Invaginaties van het sarcolemma vormen de holle buizen van het T-buizensysteem, dat een inwendig netwerk vormt dat elk sarcomeer op de A/I-bandovergang omhult. Tussen de T-tubuli vindt men onregelmatige cisternen van het TBSDPQMBTNBUJTDI
SFUJDVMVN (SR, blauw), die plaatselijk met de 5UVCVMJ (geel) de triaden vormen. Tussen de myofibrillen met hun A- en I-banden vindt men de mitochondriën, die het ATP voor de contractie leveren (bron: Krstić 1979).



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

axonuiteinde sarcolemma synaptische vesikels neuromusculair contact

synaptische spleet

myofibril

spierimpuls acetylcholine acetylcholinereceptor

eindplaat

sarcoplasmatisch reticulum terminale cisternen T-tubulus calcium

'JHVVS

Schematische weergave van een NPUPSJTDIF
FJOEQMBBU. Linksboven het axonuiteinde, de TZOBQT, die op een spiervezel eindigt met een grillig gevormde motorische eindplaat. Het eindplaatje is in het celoppervlak van de spiervezel als een soort voetafdruk verzonken. Bij het eindplaatje heeft het axon zijn myelineschede verloren. Het axonuiteinde en het TBSDPMFNNB vormen samen de verbindingsplooien (‘junctional folds’). In het axonuiteinde zijn synaptische vesikels aanwezig, die door exocytose hun neurotransmitterinhoud (acetylcholine) in de synaptische spleet uitscheiden. Dit veroorzaakt een verandering van de permeabiliteit van het sarcolemma, waardoor een prikkeloverdracht op de spiercel plaatsvindt. Deze prikkel zet zich als membraandepolarisatie over de celmembraan en in de T-tubuli naar het sarcoplasmatisch reticulum (SR) van de spiervezel voort, zodat de contractie van de myofibrillen tot stand komt. De contractie wordt ingeleid door de uitscheiding van $B uit het SR. Tijdens de contractie glijden de actine- en myosinefilamenten langs elkaar en verkorten de sarcomeren.

40% of meer van het celvolume kunnen innemen, tegenover niet meer dan 5% bij de skeletspier. Dit weerspiegelt de intensiteit van de AEROBESTOFWISSELING en de afhankelijkheid van zuurstof van het hartspierweefsel. De T-tubuli zijn wijd en talrijker en liggen op de grens van de sarcomeren ter hoogte van de Z-lijn, waar ze met het minder sterk ontwikkelde SR diaden vormen. Er is dus één diade per sarcomeer. De spiercellen van de ventrikels zijn sterker ontwikkeld dan die van het atrium, die kleiner zijn met minder T-tubuli. In de atriumcellen vindt men bovendien kleine granula, die het peptidenhormoon ANF (‘atrial natriuretic factor’) bevatten. ANF werkt in op cellen in de nier om de Na+-excretie en de waterbalans te beïnvloeden. Dit is dus een duidelijke endocriene functie die in de hartspier is gelegen.

De voornaamste brandstof van het hart zijn de LI POPROTEtNEN, die via het bloed worden aangevoerd. Vetzuren worden tijdelijk in vetdruppeltjes als triglyceriden opgeslagen. Hartspiercellen bevatten ook een kleine hoeveelheid glycogeen. Lipofuscine (ouderdomspigment) wordt soms in de buurt van de kernen aangetroffen.

.FEJTDIF
DPOUFYU De meest voorkomende schade aan hartspierweefsel is ten gevolge van JTDIFNJF. De coronaire arterie kan geoccludeerd zijn, door bijvoorbeeld een trombus, waardoor een gebrek aan zuurstof ontstaat. Er zijn in het hartspierweefsel geen satellietcellen aanwezig en regeneratie is dan ook niet goed mogelijk.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

10 SPIERWEEFSEL



B

C

'JHVVS
 B Zilverkleuring van een LM-preparaat van een motorzenuwuiteinde op een dwarsgestreepte spier. Aparte motoraxonen maken zich los uit de zenuw, landen op het sarcolemma van aparte spiervezels met een eigen synaps, de NPUPSJTDIF
FJOEQMBBU, en zorgen voor het neuromusculaire contact. C In de SEM blijkt de ruimtelijk gecompliceerde structuur van het motorische eindplaatje. D SEM-opname van een motorische eindplaat waarvan de zenuw verwijderd is. De vertakte ruimtelijke structuur van de afdruk van het zenuwuiteinde op het oppervlak van de skeletspier komt duidelijk naar voren (opname: M.J. van der Esch).

D

(-"%
41*&38&&'4&-

Gladde spiercellen komen op veel plaatsen in het lichaam voor, zoals de bloedvaten, de tractus digestivus, de geslachtsorganen, de urineblaas en de luchtwegen. Glad spierweefsel is opgebouwd uit spoelvormige cellen (fig. 10.23). Afhankelijk van de plaats waar ze voorkomen, kunnen ze verschillende lengten hebben, bijvoorbeeld tot 20 μm lang in de wand van kleine bloedvaten en tot 500 μm in een zwangere uterus. Op een dwarsdoorsnede zijn de cellen 5-10 μm in diameter (fig. 10.24). Elke gladde spiercel heeft een centrale, langgerekte kern, die bij samentrekking kurkentrekkerachtig oprolt. Bij de kern liggen veel mitochondriën, een goed ontwikkeld RER en een Golgi-complex. Het sarcoplasma bevat talrijke, min of meer evenwijdig verlopende myofilamenten.

In gladde spieren overlappen de spiercellen elkaar. Elke gladde spiervezel is omgeven door een LAMINA BASALIS en dunne collagene vezels, vergelijkbaar met het endomysium bij dwarsgestreepte spieren. De kracht die de spiervezel uitoefent, wordt overgebracht op deze lamina basalis en de omgevende spiervezels, waardoor individuele contracties gesommeerd worden en de spier als één geheel functioneert. Een perimysium en een epimysium worden bij gladde spieren niet gevonden. Gladde spiervezels kunnen ook collageen, elastine, proteoglycanen en een lamina basalis SYNTHETISEREN. Bij sterke synthese nemen het RER en het Golgi-complex in omvang toe. Het volume van de EXTRACELLULAIRE MATRIX, gesynthetiseerd door de gladde spiervezels,kan van enkele procenten (bijvoorbeeld in de media van arteriën)



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

SC MA

MF

MF

MF bindweefselkapsel

afferente zenuwvezels

sensorische receptor

spierspoel

intrafusale vezels

MF

extrafusale vezels

Golgi-lichaam (peeslichaampje) pees

'JHVVS
B Tekening van een TQJFSTQPFM, een sensorisch lichaampje dat ingebed is in een dwarsgestreepte spier en een peeslichaampje. De spierspoel bestaat uit een bindweefselkapsel, waarbinnen vloeistof en intrafusale vezels gelegen zijn. De intrafusale vezels zijn gemodificeerde spiervezels. Deze spierspoelen registreren via afferente zenuwen de verschillen in de lengte en tonus van de spieren. De QFFTMJDIBBNQKFT geven informatie door over de spanning die spieren op een pees uitoefenen. Ze komen voor op de plaats waar de spier aan een pees is aangehecht. Peeslichaampjes helpen bij het doseren van krachten voor een bepaald doel en ze voorkomen overbelasting door extreme contracties.

oplopen tot meer dan 50% in bepaalde viscerale organen. Gladde spiervezels kennen soms een strikte oriëntatie. In het spijsverteringskanaal staan de vezelrichtingen van verschillende lagen van gladde spiervezels loodrecht op elkaar. In de prostaat en de vesicula seminalis verlopen de gladde spiervezels daarentegen in allerlei richtingen in het bindweefsel tussen de klierelementen.

SC

C

'JHVVS
C Deze TEM-opname van een spierspoel toont een kapsel (C), een axon (MA) en de intrafusale spiervezels (MF). Deze vezels bevatten maar weinig myofibrillen; hun kernen liggen in serie, maar ze kunnen ook centraal liggen. Tevens komen op deze opname satellietcellen (SC) voor. 3600 t.

De contractie van de gladde spier verloopt langzaam, maar kan geruime tijd volgehouden worden (TONUSSPIEREN). De contractie van de gladde spier berust ook op het langs elkaar verplaatsen van actineen myosinefilamenten (‘sliding filament’). Actine- en myosinefilamenten zijn niet zo strikt geordend als in een skeletspier. De actinefilamenten bevatten geen troponine, maar gebruiken daarvoor in de plaats het calmoduline en Ca2+-gevoelig myosine-lichteketen-kinase (‘myosin light-chain kinase’, -,#+). De filamenten vormen een ruitvormig netwerk van bundels, die min of meer evenwijdig aan de lengteas van de cel verlopen. Door het ontbreken van sarcomeren glijden de filamenten over een grotere afstand langs elkaar. Bij een contractie kan het hele netwerk van de myofilamenten gelijktijdig samentrekken. Of de contractie kan zich als een golf over de vezel verplaatsen. Aan de cytoplasmatische kant van het sarcoplasma en ook elders in het cytoplasma komen ‘DENSEBODIES’ voor, die verbonden zijn met de myofilamenten en met de ook aanwezige intermediaire filamenten. Deze donkere lichaampjes bevatten B ACTININE en lijken daardoor in hun functie enigszins overeen te komen met de Z-lijnen in een skeletspiercel. ‘Dense bodies’

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

pees

diepe fascie epimysium skeletspier

arterie vene zenuw

perimysium bundel

endomysium spiervezel

'JHVVS

Deze figuur toont de aanhechting van een spier via het epimysium naar een QFFT die aan het bot is gehecht. Er is wel een samenhang tussen het endomysium en perimysium, die samen met het epimysium de krachten die door de spiervezels zijn opgeroepen, bundelen en overdragen op het bot.

dragen de contractiekracht uiteindelijk over op de celmembraan. Daarnaast komen in het sarcoplasma niet-contractiele, 10 nm dikke DESMINE- of VIMENTINE ¹LAMENTEN voor, die ook verbonden zijn met de ‘dense bodies’. Het SR is in gladde spiervezels weinig ontwikkeld; slechts enkele cisternen liggen verspreid tussen de myofilamenten. Pinocytoseachtige instulpingen van de celmembraan, de CAVEOLAE, zouden een rol spelen bij de impulsoverdracht naar de myofilamenten en zouden dus een analogon kunnen zijn van het T-buizensysteem.

10 SPIERWEEFSEL



De contractie van gladde spiercellen wordt bepaald door de concentratie van #A IONEN rond de myofilamenten. Hierbij speelt het Ca2+-bindende eiwit CALMODULINE een rol, dat diffuus in de spiercel aanwezig is. De langzame, langdurige contractie van de gladde spiercel kent een relatief laag ATPverbruik. Behalve door Ca2+-ionen kan de contractie door hormonen via het cyclisch AMP (cAMP) gereguleerd worden. Glad spierweefsel wordt zowel door ortho- als door parasympathische vezels van het autonome systeem geïnnerveerd. De SYNAPSSTRUCTUREN zijn veel eenvoudiger dan de motorische eindplaat van de skeletspier, synaptische axoneinden liggen zonder verdere structuren gewoon tegen het sarcolemma van de gladde spiercel. Bij het viscerale gladde spierweefsel van grotere organen, zoals het spijsverteringskanaal, de uterus en de ureter, zijn de gladde spiercellen spaarzaam geïnnerveerd. Gladde spieren kunnen spontaan actief zijn zonder nerveuze stimulatie. De axoncontacten dienen meestal voor modulatie en niet voor initiatie van een activiteit. Gladde spiercellen ontvangen zowel adrenerge als cholinerge contacten, die antagonistische capaciteit hebben – dat wil zeggen dat ze ofwel stimulerend ofwel remmend kunnen werken. In sommige organen is de werking van beide zenuwuiteinden juist omgekeerd. Talrijke NEXUSVERBINDINGENzorgen dan toch voor een goede, synchrone prikkeloverdracht. Spieren die op deze manier functioneren, worden viscerale of unitaire gladde spieren (‘single unit’) genoemd. Multipele gladde spieren (‘multi unit’) hebben een rijkere innervatie, die nauwkeurige bewegingen mogelijk maakt, zoals de irismusculatuur van het oog. Visceraal glad spierweefsel kan spontaan ritmische actiepotentialen genereren zonder extrinsieke stimulatie. Ook kan het tot contractie komen door REKKING. De innervatie heeft daardoor meer als taak het niveau van activiteit te regelen dan deze op te wekken. De gladde spiercellen van kleine arteriolen zijn slechts spaarzaam geïnnerveerd en reageren op de O2-spanning. #HOLINERGE en ADRENERGE prikkels werken op de gladde spieren ANTAGONISTISCH. Bij sommige gladde spieren is de cholinerge prikkel stimulerend, bij andere de adrenerge prikkel. Dit hangt af van de gebeurtenissen na de receptorbinding.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

B

C 'JHVVS
 B 4LFMFUTQJFSFO zijn goed doorbloed, hetgeen blijkt wanneer de vaten en de capillairen worden opgevuld met een donkergekleurd plastic, dat na perfusie verhardt. Na de fixatie, het maken van coupes en de kleuring (Giemsa-kleuring) komt het uitgebreide en dichte netwerk van capillairen tussen de spiercellen goed tot uiting. C Dunne plastic coupe door een IBSUTQJFS, gekleurd met toluïdineblauw. Ook de hartspier, die in dit geval met perfusie van het fixatief gefixeerd is, toont zeer veel open en lege capillairen, wat aantoont dat de hartspier zeer goed doorbloed is. De donkere cellen zijn de weinige achtergebleven erytrocyten. De centraal gelegen kernen van de hartspiercellen zijn lichtgrijs gekleurd en moeilijk te zien bij deze vergroting. De donkere granula in de hartspiercellen zijn de mitochondriën. 200 t (opname: E. Wisse).

I S

I F S

S S F

F

I

'JHVVS

Dwarsdoorsnede van een dwarsgestreepte spier, gekleurd met een techniek waarmee het enzym myosine"51BTF wordt aangetoond. Met deze kleuring zijn drie soorten vezels in de spier waarneembaar. Rode spiervezels (type I) kleuren donker in deze afbeelding door hun hoge ATP’aseactiviteit (S voor ‘slow’). De witte vezels (type IIb) zijn lichtgekleurd door hun lage ATP’aseactiviteit (F voor ‘fast’), terwijl de intermediaire vezels (type IIa) verscheidene tinten grijs tonen (I voor ‘intermediate’). 40 t.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

intercalaire schijf

10 SPIERWEEFSEL

openingen van T-buizensysteem



intercalaire schijf

desmosoom

gap junction

hartspiercel sarcolemma kern mitochondrion

'JHVVS

Schematische weergave van de structuur van een hartspiercel. Tijdens hun ontwikkeling fuseren de cellen niet, zodat ze kleiner zijn en slechts één (centrale) kern bevatten, in tegenstelling tot skeletspieren. Bovendien tonen de hartspiercellen een neiging tot vertakken. Omdat de cellen kleiner en korter zijn, zijn er meer celcontacten te zien. Deze celcontacten houden rekening met de positie van de sarcomeren, maar verspringen wel. Dit geeft aanleiding tot de karakteristieke JOUFSDBMBJSF
TDIJKWFO (‘intercalated discs’), zoals ook te zien in figuur 10.21. Deze celcontacten bevatten veel desmosomen. Op de laterale celmembranen (tussen naburige cellen) zijn er veel ‘gap junctions’. Door het hoge energieverbruik hebben de hartspiercellen grotere mitochondriën.

B

C 'JHVVS
 B LM-opname van een lengtedoorsnede van een hartspier. Hartspiercellen zijn kleiner dan skeletspiercellen en bevatten meestal slechts één kern, die centraal in de cel gelegen is. De spiercellen zijn in de lengterichting zeer goed met elkaar verbonden door middel van JOUFSDBMBJSF
TDIJKWFO, die hier als donkere, dwarse celmembranen in de coupe zichtbaar zijn. Bovendien is er de trapsgewijze opbouw, die overeenstemt met de periodiciteit van de sarcomeren. De goede bloedcirculatie van de hartspier wordt geïllustreerd door de aanwezigheid van veel capillairen met rode bloedcellen (na een immersiefixatie). 630 t. C LM-opname van een dwarsdoorsnede van een hartspier. De centrale ligging van de celkern in de kleine hartspiercellen is duidelijk te zien (zie ook figuur 10.6 bij 400 t). 630 t (opnamen: E. Wisse).



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

M

M

collagene vezels

intercalaire schijf

'JHVVS

TEM-opname van een lengtedoorsnede van delen van twee hartspiercellen. De JOUFSDBMBJSF
TDIJKG bestaat uit een donker kleurende celmembraan, de GBTDJB
BEIBFSFOT, waarin talrijke desmosomen voorkomen. Deze fascia verspringt, maar houdt rekening met de sarcomeren en gaat altijd op de plaats van een Z-band liggen. De overlangs verlopende celmembranen zonder fascia (pijlen) bevatten ‘gap junctions’. Mitochondriën (M) zijn groot en talrijk. Ze liggen in serie tussen de myofibrillen of in ‘hoekjes’ van het cytoplasma. Tussen de twee cellen komen dunne collagene vezels voor, die een endomysium vormen. 18.000 t (bron: Junqueira & Salles 1975).

3&(&/&3"5*&

Tijdens de kinderleeftijd moeten de spieren de groei van het skelet bijhouden, terwijl ze ook in omvang toenemen. Men gaat ervan uit dat spieren groeien door vergroting van cellen. De lengtegroei vindt plaats aan de

uiteinden van de spiercellen, zoals is aangetoond met autoradiografie. De mitosen die men soms in skeletspiervezels vindt, zijn delingen van SATELLIETCELLEN: eenkernige spoelvormige stamcellen (MYOBLASTEN), die in ondiepe

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

10 SPIERWEEFSEL



'JHVVS

LM-opname van een bundel gladde spiercellen die tot een gladde spier gebundeld zijn. De cellen zijn spoelvormig en worden omgeven door bindweefsel. Ze maken beide deel uit van de wand van de blaas. 250 t (opname: E. Wisse).

uithollingen aan het oppervlak van de spiervezel liggen. Wanneer deze cellen delen, kunnen ze versmelten met de spiercel of met elkaar. Ze houden hun populatie in stand, zoals stamcellen betaamt. Bij de geboorte zijn deze cellen talrijk, soms 30% van de cellen. Later daalt het percentage tot enkele procenten of nog minder. Door intensieve oefening HYPERTRO¹pREN de skeletspieren, waarbij ook het aantal kernen aanzienlijk toeneemt. Hierbij treedt ook LONGITUDINALESPLITSINGvan de spiervezels op. Dit gebeurt ook bij de groei vóór de puberteit, wanneer de toename van de spiermassa zeer groot is. Op oudere leeftijd nemen het aantal myofibrillen en het aantal spiervezels af (OUDERDOMSATRO¹E), zoals bij verlamde of ongebruikte spieren. In HARTSPIERWEEFSEL komen geen satellietcellen voor. Groei treedt op door vergroting van bestaande cellen, al wijst het vóórkomen van tweekernige cellen op delingen in de groeifase. Meer dan de helft van de

kernen in het myocard van een volwassen mens is TE TRAPLOtDE. 'LAD SPIERWEEFSEL kan ook hypertrofiëren, bijvoorbeeld in de zwangere UTERUS, waar ook polyploïde kernen ontstaan. Gladde spiercellen kunnen delen en verdwenen spiercellen vervangen, waarbij ook bindweefsel wordt gevormd. Bij hypertrofie door een hartgebrek of bij een sterk verhoogde bloeddruk nemen het volume van de cellen en het aantal OCTOPLOtDE (8N) en  PLOtDE kernen sterk toe. Hartspierweefsel heeft, behalve op zeer jeugdige leeftijd, een zeer gering regeneratievermogen. Beschadigingen met weefselverlies, zoals bij een HARTIN FARCT,kunnen worden hersteld door bindweefsel, zodat een litteken ontstaat. Het littekenweefsel contraheert echter niet, zodat de contractiekracht afneemt. Training tijdens de genezing van een infarct is gunstig voor een zo goed mogelijk functieherstel.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 0 SP IERW EEFSEL

M

N DB

M C N

B

C

'JHVVS
 B TEM-opname van een dwarsdoorsnede van glad spierweefsel. De cellen tonen kleine pinocytoseblaasjes (caveolae) aan de celmembraan. Er is slechts een gering aantal kleine mitochondriën (M) aanwezig. De kern ligt centraal. Langs de cellen ziet men een dunne lamina basalis en tussen de cellen zijn er dunne collagene fibrillen met verschillende oriëntatie. Middenonder is een kleine ongemyeliniseerde zenuw waarneembaar, waarin axonen te zien zijn die ingebed zijn in het cytoplasma van een Schwann-cel (N). Verkleind van 7500 t. C TEM-opname met een lengtedoorsnede van een gladde spiercel. Gladde spiercellen bevatten geen sarcomeren; desalniettemin berust de contractie op de ‘sliding’ van actine- en myosinefilamenten. De dunne en dikke microfilamenten van myosine en actine liggen door elkaar. De filamenten zijn wel gekit door ‘dense bodies’ (DB), die ook wel aan de celmembraan gezien kunnen worden. De celmembraan bevat caveolae (C) en tevens is er een kern (N) herkenbaar. 9000 t.

4".&/7"55*/(


)00'%456,



41*&38&&'4&-

r

r r

r

Er bestaan drie soorten spierweefsel: o

skeletspierweefsel of dwarsgestreept spierweefsel; o
hartspierweefsel; o
glad spierweefsel. Skeletspieren zijn lange, veelkernige vezels, langgerekt en spoelvormig met een diameter tot 100 μm. De plasmamembraan van een spiervezel wordt sarcolemma genoemd. Celonderdelen van spieren worden vaak aangeduid met het voorvoegsel ‘sarco’. De spiervezels zijn aan elkaar gehecht door een dunne laag bindweefsel: het endomysium, waarin zich capillairen en zenuwen bevinden.

0SHBOJTBUJF
WBO
FFO
TQJFS r

Spiervezels, omgeven met een ENDOMYSIUM, zijn gegroepeerd in bundels, de FASCICULI, die door een bindweefselkapsel omgeven zijn, het PERIMYSIUM. De totale spier wordt omgeven door een EPIMYSIUM.

r

r

r

r

In de spiervezel vindt men parallelle myofibrillen die in een strikt patroon zijn opgebouwd uit filamentair MYOSINE en ACTINE. Deze vormen de contractiele elementen, de SARCOMEREN, waarin de spierkracht wordt opgewekt door het langs elkaar verplaatsen van de actine- en myosinefilamenten (‘SLIDING¹LAMENT’) onder het verbruik van !40. Bijkomende moleculen die hierbij een rol spelen, zijn TROPOMYOSINE en TROPONINE, die werkzaam zijn in een karakteristieke configuratie met myosine en actine. De lineair achter elkaar gerangschikte sarcomeren tonen een karakteristiek BANDENPATROON, dat in register ligt met het patroon van alle naburige myofibrillen in de spiercel en zelfs bij de naburige cellen. De sarcomeren zijn aan elkaar verbonden via de donkere : BAND, die ook de lichte ) BANDEN (met de dunne actinefilamenten) van elkaar scheidt. Tussen de I-banden vindt men de donkere ! BAND (met de dikkere myosinefilamenten). Zo wisselen lichte en donkere banden elkaar in een strak ritme af.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

4BSDPQMBTNBUJTDI
SFUJDVMVN
FO
IFU
5CVJ[FOTZTUFFN r

r

r

Het SARCOPLASMA (cytoplasma) tussen de myofibrillen bevat MITOCHONDRIpNvoor de ATP-productie en het SARCOPLASMATISCHRETICULUM (32) voor de opslag en het vrijlaten van #A IONEN. Tegen elk sarcomeer, op de grens van de A-band (‘dark’) en I-band (‘light’), legt zich een buis van het 4 BUIZENSYSTEEM, die verbonden is met het sarcolemma en die de contractie-impuls tot op de myofibril brengt. Ter plaatse wordt de T-buis geflankeerd door twee cisternen van het SER, samen de TRIADE vormend die bij een impuls het Ca2+ vrijzet dat op zijn beurt het contractiemechanisme in werking zet.

r

Fysiologisch kan men drie typen skeletspiervezels onderscheiden: o

langzame, oxidatieve spiervezels (rode spiervezels, type I); o
snelle, intermediaire spiervezels (type IIa); o

snelle, glycolytische spiervezels (witte spiervezels, type IIb).

)BSUTQJFSXFFGTFM r

Hartspiervezels zijn dwarsgestreept. Ze zijn kleiner en VERTAKT. Er is maar mmN KERN (of er zijn hoogstens twee kernen), centraal in de cel liggend. Er zijn veel ‘GAP JUNCTIONS’ tussen de cellen, verstevigd met een ‘INTERCALATED DISC’.

(MBE
TQJFSXFFGTFM

r

r

r

r r

r

r r

r r

r r

Sensorische axonen kunnen in spieren en pezen PROPRIORECEPTOREN vormen. Deze SPIERSPOELEN en PEESLICHAAMPJES zijn belangrijk voor het registreren en handhaven van de lichaamshouding en het bewegen (zitten > lopen).

Gladde spiervezels hebben één kern en een niet zo strikt georganiseerd contractieapparaat als skeletspiervezels, maar dit is wel gebaseerd op actine en myosine. De cellen zijn samengekit door een ENDOMYSIUM (bindweefsel) en houden contact met elkaar via ‘GAPJUNCTIONS’. Op verschillende plaatsen zijn de actinefilamenten samengekit door ‘DENSEBODIES’. Deze ‘dense bodies’ bevatten B-actinine en komen verspreid door de cel en ook aan de celmembraan voor. Gladde spiercellen hebben geen sarcoplasmatisch reticulum, geen T-buizensysteem en geen troponine. Bij de contractie spelen andere moleculen een rol, zoals myosine-lichte-keten-kinase (-,#+) en CALMODULINE.

3FHFOFSBUJF
FO
HSPFJ r

4QJFSTQPFMFO
FO
QFFTMJDIBBNQKFT r



5ZQFO
TLFMFUTQJFSDFMMFO

$POUSBDUJFNFDIBOJTNF Ca2+ bindt aan TROPONINE. Hierdoor verandert het TROPOMYOSINE van vorm, waardoor de MYOSI NEKOPJES aan het actine binden. De myosinekopjes kantelen onder verbruik van ATP, waardoor de actinefilamenten langs de myosinefilamenten worden getrokken: het ‘sliding-filament’-principe. In aanwezigheid van Ca2+ en ATP herhaalt deze handeling zich in de CONTRACTIECYCLUS, waarbij het sarcomeer zich elke keer meer verkort. Als de membraandepolarisatie stopt, wordt Ca2+ weer opgeslagen in het SER, waarmee de contractie stopt en de sarcomeren en de spier zich ontspannen en weer langer worden. Een motorisch axon landt, al dan niet na een terminale vertakking, op verschillende spiervezels en maakt daar speciale synapsen: de MOTORISCHE EINDPLAATJES, ook wel neuromusculaire contacten genoemd. De spiervezels die door een enkel motorisch axon worden bediend, vormen een MOTORUNIT. De NEUROTRANSMITTER is ACETYLCHOLINE.

10 SPIERWEEFSEL

r

Skeletspieren kunnen regenereren door de aanwezigheid van SATELLIETCELLEN: deze kunnen delen, fuseren en nieuwe spiervezels maken. Dit is echter niet of nauwelijks het geval bij de hartspier. Gladde spieren regenereren en prolifereren gemakkelijker door de relatief geringe omvang van de cellen en de minder gedifferentieerde staat. Hierdoor kan regeneratie door mitose na een verwonding eerder plaatsvinden.

,JKL
WPPS
PFGFOWSBHFO
FO
TBNFOWBUUJOHFO
PQ
XXXTUVEJFDMPVEOM


)BSU
FO
CMPFEWBUFO

*/-&*%*/(

De bloedvaten vervoeren bloed met bloedcellen, serum, zuurstof en allerlei (voedings)stoffen naar de weefsels, terwijl afvalstoffen worden afgevoerd. Ook functioneert het bloed als een communicatiesysteem, dat signalen (hormonen, cytokinen en dergelijke) vervoert en daarmee de coördinatie tussen cellen en weefsels, soms op grote afstand van elkaar, via het transport van signaalmoleculen verzorgt. Een mens van 75 kg bestaat voor 60% uit water (dus 45 liter), heeft ongeveer zestien liter EXTRACELLULAIREVLOEISTOF,vijf liter BLOEDen een kleine hoeveelheid LYMFE.De vijf liter bloed bestaat uit ongeveer drie liter plasma en twee liter bloedcellen, voornamelijk erytrocyten. De helft van het bloed bevindt zich in het VENEUZEsysteem, een derde in het ARTERIpLE systeem, 12% in het hart en de longen en 5% in de capillairen. De bloedsomloop speelt ook een belangrijke rol bij de WARMTEHUISHOUDING. De circulatie kan onderverdeeld worden in twee systemen: de PULMONAIRE CIRCULATIE (LONGCIRCULATIE) (‘kleine bloedsomloop’) en de SYSTEMISCHE CIRCULATIE (‘grote bloedsomloop’) (fig. 11.1). Daarnaast is er een onderverdeling op basis van de diameter van de bloedvaten: MICROCIRCULATIE (< 0,2 mm) en MACROCIRCULATIE (> 0,2 mm). )&5
)"35

Het hart is een holle spier die ritmisch contraheert en daardoor het bloed in de circulatie rondpompt. De HART SPIERWAND heeft aan de binnenzijde een bekleding in de vorm van het ENDOCARD,grenzend aan het MYOCARD en het EPICARD.Het hart heeft een HARTSKELETvan dicht bindweefsel, dat de beide boezems (atria) en kamers (ventrikels) scheidt, waaraan bundels hartspiervezels aanhechten en waaraan ook de HARTKLEPPEN vastzitten (fig. 11.2 en fig. 11.3). Het ENDOCARD,dat homoloog is met de intima van de vaten, is bekleed met ENDOTHEEL, waaronder een dunne laag losmazig bindweefsel. Hierop aansluitend

vindt men een myo-elastische laag van gladde spiercellen en bindweefsel, en een diepere laag van bindweefsel – de subendocardiale laag die aansluit op het myocard. Deze lagen bevatten ook venen, zenuwen en het impulsgeleidende systeem dat bestaat uit veranderde hartspiercellen die zich gespecialiseerd hebben in prikkeloverdracht, de 0URKINJE VEZELS. Het MYOCARD bestaat uit hartspiervezels, die gerangschikt zijn in complexe spiralen. In een histologische coupe ziet men deze vezels in allerlei richtingen door elkaar liggen, te midden van bindweefsel dat zeer rijk is aan capillairen. De wand van de ventrikels is veel dikker dan de wand van de atria, omdat ze de zware pompwerking van het hart voor hun rekening nemen. De ATRIALE HARTSPIERCELLEN zijn kleiner dan de hartspiercellen in de ventrikels. Het 4 BUIZENSYSTEEMis nauwelijks ontwikkeld, nexusverbindingen komen frequenter voor en ze bevatten ATRIUMGRANULAmet natriuretische factor (ANF). De ANF heeft een effect op de bloeddruk en de elektrolytenhuishouding. Het hart ligt ingebed in vliesachtig weefsel, het PERI CARD(hartzakje). Het pericard is een driedubbel vlies dat is opgebouwd uit: het viscerale pericard oftewel EPICARD, de PERICARDIALERUIMTE en het PARIpTALEPERICARD. Het EPI CARDis de sereuze membraan van het hart waarmee het vergroeid is. Het epicard bestaat uit een mesotheel, gesteund door een dunne laag bindweefsel. Hierin komen ook coronairvaten en zenuwen met ganglia voor. Het vetweefsel aan de buitenzijde van het hart is eveneens in deze laag geconcentreerd. Het mesotheel van het pariëtale blad van het pericard is verantwoordelijk voor de productie van een vloeistof die als smeermiddel dienstdoet en wrijving tussen het viscerale en pariëtale blad voorkomt. Het AEROBEMETABOLISMEvan hartspiercellen bij de mens wordt geïllustreerd door het feit dat 22-37% van het celvolume wordt ingenomen door MITOCHONDRIpN, in tegenstelling tot de 5-8% in skeletspierweefsel. Hiermee hangt de grote gevoeligheid van hartspierweefsel voor

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_11, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

11 HART EN BLOEDVATEN

long capillairen

Longcirculatie

longvenen longarteriën rechteratrium

linkeratrium linkerventrikel van aorta naar Systemische systemische circulatie arteriën systemische venen

rechterventrikel

vaten transporteren geoxygeneerd bloed vaten transporteren gedeoxygeneerd bloed

capillairen

vaten betrokken bij de gasuitwisseling

Bloedsomloop

'JHVVS

De componenten van de bloedsomloop staan aangegeven in deze tekening: het gaat om het hart, de arteriën en de venen – alle behorend tot de NBDSPDJSDVMBUJF – en de netwerken met capillairen van de NJDSPDJSDVMBUJF. De longarteriën vertrekken van het rechterventrikel en zijn gevuld met (relatief) zuurstofarm bloed, terwijl de longvenen het geoxygeneerde bloed terugbrengen naar het linkeratrium van het hart. De aorta vertrekt uit het linkerventrikel. De bovenste en onderste holle ader brengen het zuurstofarme bloed weer terug naar het rechteratrium. De volumes die de systemische circulatie, de longcirculatie en het hart innemen, zijn in rusttoestand respectievelijk zo’n 70%, 18% en 12% van het totaal.

zuurstoftekort samen, dat kan optreden bij stoornissen van de coronaire circulatie. Het EPICARDis de sereuze membraan van het hart. Deze membraan vormt het viscerale blad van het PERI CARD (hartzakje). Aan de buitenzijde is het bedekt met een eenlagig MESOTHEEL, gesteund door een dunne laag bindweefsel (fig. 11.3). Hierin komen ook coronairvaten en zenuwen met ganglia voor. Het vetweefsel aan de buitenzijde van het hart is in deze laag geconcentreerd. Het HARTSKELETbestaat uit dicht bindweefsel. De belangrijke componenten zijn de annuli fibrosi, de trigona fibrosa en het septum membranaceum. Deze structuren bestaan alle uit dicht, vezelrijk bindweefsel, met

dikke collagene vezels, die in allerlei richtingen verlopen. Op sommige plaatsen komt VEZELIG KRAAKBEEN voor. Hartkleppen bestaan uit een kern van dicht vezelig bindweefsel, dat via een dunne laag van losser bindweefsel verbonden is met het endotheel dat de hartkleppen bekleedt. De septa in het hart hebben ook een kern van fibreus, dicht bindweefsel en maken deel uit van het hartskelet. Deze septa vormen de aanhechtingsplaats voor de hartkleppen en de daarmee verbonden CHORDAETENDINEAE. Het prikkelvormende GELEIDINGSSYSTEEM van het hart verzorgt de coördinatie van de contractie van atria en ventrikels, zodat het hart als een efficiënte pomp

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

11 HART EN BL OED VATEN



vena cava superior rechteratrium linkeratrium sinoatriale knoop internodale banen

linker atrioventriculaire klep

atrioventriculaire knoop

interventriculair septum

bundel van His linkerventrikel klep cusp Purkinje-vezels

rechter atrioventriculaire klep chordae tendineae

linkerbundels

rechterventrikel Purkinje-vezels rechterbundel

'JHVVS

De twee atria van het hart hebben een dunnere wand dan de ventrikels. De kleppen op de grens van de atria en de ventrikels zijn opgebouwd uit een bindweefselkern die bekleed is met endocard. Ze zijn verankerd in het hartskelet, dat uit dicht vezelrijk bindweefsel bestaat (wit). De kleppen zijn via de chordae tendineae verbonden met de m. papillares, deze verhinderen dat de kleppen tijdens de hartcontracties naar de andere kant omslaan. Het geleidingssysteem van het hart is in deze schematische weergave geel gekleurd. De sinoatriale knoop en de atrioventriculaire knoop zijn opgebouwd uit hartspierweefsel dat moeilijk te onderscheiden is van het ‘gewone’ hartspierweefsel. De atrioventriculaire knoop is verbonden met de bundel van His, die via het interventriculair septum naar de hart-apex verloopt. Daar vertakt de bundel in de Purkinjevezels. Deze zijn verantwoordelijk voor een snelle prikkeloverdracht en verzorgen het hartritme en de contracties ter plaatse.

Mes A CT

C C

N

F Ep

En

CT V

M B

M

'JHVVS
 B Het hartskelet bestaat uit dicht vezelrijk bindweefsel (blauw). Dit weefsel is aanwezig in de atrioventriculaire klep, die hier is afgebeeld. De chordae tendineae (CT) zijn gedeeltelijk in de coupe zichtbaar. Deze structuren zijn bedekt met endotheel. Trichroomkleuring volgens Masson, 20 ×. A = atriumzijde; C = bindweefsel; En = endocard; M = myocard; V = ventrikelzijde C Het epicard (Ep) is bekleed met mesotheel (Mes) en vormt de buitenlaag van het myocard (M). Het bevat vetweefsel (F), bindweefsel (CT) en autonome zenuwen (N). Het mesotheel van het pariëtale pericard (niet afgebeeld) scheidt een vloeistof af die de smering levert tussen de oppervlakken van het pariëtale pericard (niet afgebeeld) en het op deze foto zichtbare viscerale pericard.

C



FUNCTIONELE HISTOLOGIE

11 HART EN BLOEDVATEN

'JHVVS

LM-opname van de bundel van His van het geleidingssysteem van het hart. Deze cellen tonen bij hogere vergroting duidelijk verwantschap met de hartspiercellen door de aanwezigheid van een centraal gelegen kern en de aanwezigheid van ijle, dwarsgestreepte bundels van myofibrillen. Het lichte gebied rondom de kernen bevat veel glycogeen, dat bij de fixatie grotendeels is opgelost. HE-kleuring, 450 × (opname: E. Wisse).

functioneert. Het geleidingssysteem bestaat uit gespecialiseerd hartspierweefsel en omvat: 1 de SINOATRIALEKNOOP(SA-knoop) of SINUSKNOOP, in de wand van het rechteratrium tussen de uitmondingen van de v. cava superior en inferior; 2 de ATRIOVENTRICULAIREKNOOP (AV-knoop), in de wand van het rechteratrium bij het septum. Het weefsel van deze knopen bestaat uit kleine hartspiercellen, met weinig myofibrillen en veel mitochondriën en glycogeen. De cellen liggen in bindweefsel met bloedvaten. De SA- en AV-knoop zijn met elkaar elektrisch gekoppeld via de internodale banen. In de AV-knoop ontspringt de atrioventriculaire

bundel, of BUNDEL VAN (IS, die zich in het septum tussen de ventrikels splitst in twee bundeltakken (fig. 11.4). De AV-bundel bestaat aanvankelijk uit dezelfde kleine cellen als die waaruit de knopen bestaan, maar na de splitsing nemen deze cellen geleidelijk in omvang toe, tot hun diameter groter wordt dan gewone hartspiercellen. Deze 0URKINJE VEZELS vormen het geleidingssysteem (fig. 11.5). De cellen hebben centraal gelegen kernen; de myofibrillen zijn schaars en liggen verspreid aan de periferie. De cel is rijk aan glycogeen. Het sarcoplasmatisch reticulum is slecht ontwikkeld, maar er zijn veel mitochondriën. De cellen zijn door nexusverbindingen elektrisch gekoppeld.

F U NCTIONEL E HISTOL OGIE

11 HART EN BL OED VATEN



B

C 'JHVVS
 B LM-opname van een dwarsgetroffen Purkinje-vezel in de buurt van bindweefsel (blauw) en hartspiercellen (rood). 450 ×. C LM-opname bij hogere vergroting (630 ×) van de gemodificeerde hartspiercellen die deel uitmaken van een Purkinjevezel. De celkernen en de ‘wandstandige’ myofibrillen zijn duidelijk te zien (opnamen: E. Wisse).

druk en bloedstroom

100

zuurstofspanning

80

60 permeabiliteit

40 aandeel elastische substantie

20

aandeel spiercellen

0

B

veneus bloed

longcapillairen

gezamenlijk oppervlak

arterieel bloed

capillairen

veneus bloed

grote arterie

middelgrote arteriole capillair arterie

venule

vene

'JHVVS
 B Zuurstofspanning in het bloed in verschillende bloedvaten. De O2-spanning is het hoogst in de longcapillairen en arteriën. De O2-spanning loopt terug in de weefselcapillairen waar uitwisseling plaatsvindt tussen bloed en weefsel, om het laagste niveau te bereiken in veneus bloed. C Diagram waarin het verloop van een aantal parameters vermeld staat voor verschillende typen bloedvaten. Naast de druk en bloedstroom worden de permeabiliteit, het aandeel van de elastische substantie, de spiercomponent en het totale binnenoppervlak van arteriën, capillairen, venulen en venen in relatieve waarden weergegeven. De maxima voor verschillende parameters worden bij verschillende typen bloedvaten bereikt.

Hartspiercellen kunnen spontaan contraheren, zonder dat ze van het zenuwstelsel impulsen ontvangen (PRIKKELGENERATIE). Ook gekweekte hartspiercellen in vitro contraheren met een eigen ritme. In situ zijn de hartspiercellen via nexusverbindingen in de laterale celmembranen gekoppeld tot functionele complexen. De

cellen die het snelst contraheren, kunnen hun contractietempo ‘opleggen’ aan de andere cellen. Normaliter fungeren de cellen van de SA-knoop als gangmaker (PACE MAKER)van de hartcontractie: direct ten opzichte van de atriale hartspiercellen, indirect door stimulatie van de AV-knoop en van de ventrikels via de Purkinje-vezels.

C



FUNCTIONELE HISTOLOGIE

11 HART EN BLOEDVATEN lamina elastica interna intima

endotheel

media

adventitia

'JHVVS

Illustratie van het bouwplan van een arterie waarin de lagen van de wand zijn aangeduid. Bloedvaten zijn aan de lumenzijde bekleed met een intima (bruin) bestaande uit een enkele laag endotheel en daaronder een dunne laag bindweefsel. Bij arteriën vindt men daaronder een lamina elastica interna (blauw), voor een belangrijk deel opgebouwd uit het eiwit elastine. De stevige dikke middenlaag, de media (geel), is opgebouwd uit gladde spiercellen en elastische vezels. De buitenlaag, de adventitia (roze), bestaat uit een laag bindweefsel van variabele dikte. Tijdens een fixatie voor microscopische studie contraheren de spiercellen in de vaatwand, zodat de lagen vaak relatief dikker lijken en het lumen kleiner.

Zowel het orthosympathische als het parasympathische deel van het AUTONOME ZENUWSTELSEL draagt bij aan de innervatie van het hart. In de gebieden dicht bij de SA- en ook de AV-knoop bevinden zich veel zenuwvezels en ganglioncellen. Deze zenuwvezels kunnen de frequentie van de hartslag beïnvloeden door een effect op de SA-knoop. Prikkeling via de parasympathicus (de n. vagus) heeft een vertraging van de hartslag tot gevolg, terwijl een prikkeling via de sympathicus het hartritme versnelt. De sensibele innervatie van het hart is gelegen in vrije, afferente zenuwuiteinden die zich tussen de vezels van het myocard bevinden. Deze zenuwuiteinden registreren de pijn in het geval van angina pectoris. Die pijn kan optreden bij een gedeeltelijke afsluiting van een coronaire arterie, die op haar beurt regionaal zuurstoftekort veroorzaakt. Daarnaast zijn er ook rekkingsgevoelige zenuwuiteinden. #-0&%7"5&/

"MHFNFFO
CPVXQMBO Het bloedvatenstelsel is een gesloten systeem. Aan de binnenzijde is het bekleed met ENDOTHEEL,zowel in het hart, de arteriën, de capillairen als de venen. De circulatie naar de longen en de systemische circulatie zijn beide aangesloten op het hart, maar apart. Ook het lymfevatensysteem bestaat uit capillairen en steeds grotere vaten. In de bloedcapillairen en de kleinste venen (venulen) wordt de wand alleen door endotheelcellen

gevormd. Bij iets dikkere vaten komen meer lagen de wand versterken. In een vaatwand kunnen de volgende lagen onderscheiden worden (fig. 11.7). 1 De TUNICAINTIMAof intima bestaat uit aaneengesloten ENDOTHEELen een LAMINABASALIS. De glycocalyx van de endotheelcellen heeft een negatieve elektrische lading, zodat bloedcellen en trombocyten, die ook een negatieve oppervlaktelading hebben, worden afgestoten. Endotheelcellen zijn zeer dun, plat en uitgestrekt. In het cytoplasma vindt men bij de celkern de normale celorganellen, zoals mitochondriën, Golgi-complex en centriolen. De wrijvingskrachten tussen het bloed en de endotheelcellen (‘shearing forces’) zijn belangrijk voor de functie en morfologie van de endotheelcellen, bijvoorbeeld de organisatie van het cytoskelet. Trombocyten kunnen snel aggregeren en hechten sterk op subendotheliaal collageen, dat bij beschadiging van de vaatwand aan het bloed kan worden blootgesteld. Dit is te beschouwen als een beschermings- en afdekkingsmechanisme (zoals een pleister). De vorming van een trombus kan echter ook nadelige effecten hebben op de doorstroming van het bloed. Bij arteriën wordt de intima van de media gescheiden door een karakteristieke lamina elastica interna. Deze lamina is samengesteld uit versmolten elastische vezels. Er blijven echter openingen in deze lamina bestaan, die de vorming van celcontacten en de uitwisseling van voedingsstoffen en metabolieten tussen de media en het lumen toelaten.

F U NCTIONEL E HISTOL OGIE

2

3

De TUNICA MEDIA bestaat uit circulair gerangschikte GLADDE SPIERCELLEN. Tussen de spiercellen bevindt zich extracellulaire matrix, die rijk is aan proteoglycanen en elastische en collagene vezels. De gladde spiercellen produceren deze extracellulaire matrix. Tussen de media en de adventitia ligt soms een LAMINAELASTICAEXTERNA. De TUNICA ADVENTITIA of adventitia bestaat uit een bindweefsel, soms met enkele gladde spiervezels, dat zonder scherpe grenzen overgaat in het omgevende bindweefsel. Bij grote bloedvaten verzorgen de VASAVASORUM(‘vaten van de vaten’) het buitenste deel van de vaatwand, dat te ver van het lumen ligt om door diffusie gevoed te worden. In arteriën komen deze vaten meestal niet verder dan de buitenlaag van de media, terwijl ze bij venen tot vrij diep in de media kunnen doordringen. In grote vaten bevinden zich in de buitenste lagen ook lymfevaten, de VASALYMPHATICAVASORUM. Ongemyeliniseerde, vasomotorische ZENUWEN vormen een netwerk in de adventitia en kunnen eindigen bij gladde spiercellen aan de buitenzijde

11 HART EN BL OED VATEN



van de media. Norepinefrine is hier vaak de neurotransmitter. ‘Gap junctions’ dragen de prikkels over naar meer lumenwaarts gelegen gladde spiercellen. Takjes van gemyeliniseerde zenuwen kunnen tot in de intima reiken. Venen zijn minder geïnnerveerd dan arteriën. Voor het transport van het bloed vanaf het hart zorgen ELAS TISCHEARTERIpN(transportarteriën), terwijl de MUSCULEUZE ARTERIpN door hun contractiele eigenschappen zorgen voor een regelbare verdeling van bloed over de verschillende regio’s of organen (distributiearteriën) (fig. 11.8 en fig. 11.12). Deze arteriën gaan over in (terminale) ARTERIO LEN, CAPILLAIREN, POSTCAPILLAIREVENULEN, VENULENen VENEN (fig. 11.8 en 11.10b). De bouw en de specifieke functies van deze vaten worden hierna besproken. Bloedvaten die met het blote oog kunnen worden waargenomen, behoren tot de MACROCIRCULATIE,terwijl de vasculatuur van de MICROCIRCULATIEmet een microscoop moet worden bestudeerd. Zoals aan het begin van dit hoofdstuk al is gezegd, wordt de grens tussen de twee bij een diameter van ongeveer 0,2 mm gelegd (tabel 11.1).

5BCFM

"MHFNFOF
LFONFSLFO
WBO
EF
WFSTDIJMMFOEF
CMPFEWBUXBOEFO Musculeuze arterie

Arteriole

Capillair

Doorsnede

Elastische arterie (met uitzondering van aorta) 5-15 mm

Postcapillaire venule 10-30 μm

Musculeuze venule 100-300 μm Continu

Venen (met uitzondering van v. cava) 0,1-10 mm

1-10 mm

30-300 μm

7-9 μm

Endotheel

Continu

Continu

Continu

Continu (zelden gefenestreerd)

Spieren (glad)

Alternerend met elastische membranen

4-40 lagen

1-3 lagen

Continu of gefenestreerd (+/- diafragma) Afwezig

Afwezig

1-2 lagen

Afwezig

Afwezig

Geringe vezelnetten

Wisselende losse lagen circulair en longitudinaal Lamina elastica interna, alleen in grote venen

Elastisch materiaal

50-70 elastische membranen; verspreid elastine in adventitia

Aanzet tot lamina elastica interna

Bindweefsel

Weinig, maar meer dan in musculeuze arteriën, in adventitia veel

Lamina elastica interna + externa + fijne circulaire vezels Tussen spierlagen geringe vezelnetten, weinig fibroblasten, alleen in adventitia veel

Vrijwel afwezig

Afwezig (pericyt), soms basale lamina

Collagene vezels, verspreide pericyt

Veel collageen + fibroblasten in media en adventitia

Continu

Bindweefsel vormt belangrijk deel van de wand en adventitia



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

11 HART EN BLOEDVATEN

lamina elastica interna endotheel

intima endotheel media

adventitia

'JHVVS

Illustratie van een musculeuze arterie (links) en een vene van overeenkomstig kaliber (rechts). De lagen van de vaatwand, namelijk de intima, de media en de adventitia, zijn van verschillende dikte. Alleen in de arterie vindt men een meanderende
MBNJOB
FMBTUJDB
JOUFSOB. De intima en de media zijn sterker ontwikkeld in de arterie, terwijl de tunica adventitia in de vene naar verhouding beter ontwikkeld is. In de adventitia bevinden zich kleine bloedvaten, de vasa vasorum, die de voeding van de vaatwand verzorgen.

$"1*--"*3&/

#APILLAIREN of HAARVATEN zijn buizen met een diameter van 7-9 μm, gevormd door een enkele laag van aaneensluitende endotheelcellen. Ze maken de uitwisseling tussen het bloed en de omgevende weefsels mogelijk (fig. 11.9). Een erytrocyt met een doorsnede van 7 μm past dus precies in een capillair van gemiddelde grootte. In een nauw capillair zal een erytrocyt zijn natuurlijke rustvorm moeten aanpassen. De cel kan dit eenvoudig en snel doen door de afwezigheid van een cytoskelet en een kern. Een witte bloedcel zal algauw de doorgang in een capillair kunnen blokkeren vanwege zijn grootte (10-15 μm) en de geringere vervormbaarheid op basis van een cytoskelet en de aanwezigheid van een kern. Met in-vivomicroscopie kan men dit verschijnsel geregeld waarnemen. Door de grootte van sommige bloedcellen zal er bij een passage door een nauw capillair een masserend effect op de capillairwand worden uitgeoefend. Dit kan van belang zijn voor het bewegen, mengen en uitwisselen van pericapillaire vloeistoffen. 90% van de bloedvaten betreft capillairen, die

bovendien in ons lichaam een gezamenlijke lengte hebben van meer dan 100.000 km en een totaaloppervlak van ongeveer 5000 m2. Op een doorsnede van een capillair kan blijken dat de wand gevormd wordt door een of meer op elkaar aansluitende endotheelcellen. Bij de aanhechting van twee endotheelcelranden ontstaan soms randplooien (‘MARGINAL FOLDS’). In en rond endotheelcellen kunnen structuren voorkomen die het type en de functie van een capillair bepalen. Deze structuren kunnen in verschillende combinaties voorkomen. 1 Rond het capillair kan een LAMINA BASALIS liggen, die door het endotheel zelf wordt gevormd en die aansluit op het omgevende collageen. 2 Soms zijn FENESTRAE (poriën) aanwezig. Deze zijn meestal in groepjes gelegen en vormen op die manier zogeheten zeefplaten, die een zekere porositeit van de wand veroorzaken. Deze poriën zijn ongeveer 100-150 nm in doorsnede en nemen een oppervlak van ongeveer 10% van de wand in.

F UNCTIONEL E HISTOL OGIE

V

11 HART EN BL OED VATEN



P

BL JC BL N L G E

C

N

G

PS

C

BL

B

C 'JHVVS
 B TEM-opname van een DPOUJOV
DBQJMMBJS. De endotheelcel (E) heeft een kern (N) en dunne uitlopers, die via celcontacten (JC) aan elkaar hangen. Zo wordt een enkelvoudige, holle buis gevormd die geen vrije openingen naar buiten kent. Al het transport tussen het weefsel en het lumen (L) van het capillair en vice versa zal dus door het cytoplasma van de endotheelcel moeten plaatsvinden. Dit kan via pinocytosevesikels (V) die een cargo over het endotheel transporteren of door diffusie. Om het endotheel liggen een basale lamina (BL) en collagene bundels (C). We zien ook uitlopers van pericyt(en) (P). PS verwijst naar de perivasculaire ruimte. 10.000 ×. C In veel weefsels vindt men HFGFOFTUSFFSEF
DBQJMMBJSFO, waarvan hier een voorbeeld uit de nier. Het capillair is omgeven door een basale lamina (BL), en de fenestrae (pijlen) zijn gesloten met een dunne membraan. In het cytoplasma bevinden zich een kern (N), een Golgi-apparaat (G) en centriolen (C). Diffusie kan hier dus plaatsvinden buiten het cytoplasma van de endotheelcel om, maar moet wel via een moleculair filter passeren. De sinusoïden in de lever hebben geen basale lamina, en de fenestrae zijn daar open (dus zonder diafragma), terwijl de endotheelcellen een grote pinocytosecapaciteit hebben. 10.000 × (opname: J. Rhodin).

3

De fenestrae zijn soms voorzien van een DIAFRAGMA, dat als een dunne membraan de vrije doorgang van vloeistof en/of deeltjes beperkt.

Op grond van deze ‘bouwelementen’ kunnen de capillairen ingedeeld worden in ten minste zes typen met een verschillende bouw (en functie). Deze opsomming wordt misschien niet door iedereen als zodanig onderkend, maar berust wel op onze waarnemingen met diverse vormen van microscopie. 1 #ONTINUE CAPILLAIREN komen het meest voor. Er zijn een ononderbroken endotheellaag en een lamina basalis. Deze capillairen worden gevonden in spieren, bindweefsel, exocriene klieren en zenuwweefsel. Transport vindt plaats door transcytose,

2

3

4

dus vesikeltransport door het cytoplasma van de cel heen (fig. 11.9a). 'EFENESTREERDECAPILLAIREN, waarin de fenestrae een diafragma bevatten en omgeven worden door een lamina basalis. Transport vindt plaats door de fenestrae en wordt dus beperkt door de mazen van het diafragma. Dit type wordt gevonden in de endocriene klieren en in het darmkanaal (fig. 11.9b). 'EFENESTREERDECAPILLAIRENmet fenestrae zonder dia fragma, omgeven door een dikke basale lamina, zoals men die vindt in de nierglomerulus. De open fenestrae laten vloeistof en kleine deeltjes door. ,EVERSINUSOtDENzijn capillairen die bekleed zijn met een aaneengesloten laag endotheelcellen, voorzien van fenestrae met een diameter van 105 nm zonder



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

11 HART EN BLOEDVATEN

diafragma’s. Er is geen lamina basalis. Vloeistof en deeltjes tot de grootte van de fenestrae kunnen vrij passeren, grotere deeltjes hebben geen toegang. Leversinusoïden zijn omgeven met een speciaal type pericyt, de ‘fat-storing’-cel – ook wel ‘stellate cell’ genoemd. 5 In hemopoëtische organen, zoals het beenmerg en de milt, komen DISCONTINUE SINUSOtDEN met nog een andere bouw voor, namelijk met grotere gaten of spleten tussen het endotheel, waar een gemakkelijke uitwisseling van cellen tussen het bloed en het weefsel plaatsvindt. 6 ,YMFECAPILLAIREN worden door niet-gefenestreerd, tamelijk los endotheel begrensd, zonder dat een basale lamina aanwezig is. Dikwijls komen in de wand van capillairen en de kleine venulen PERICYTEN of adventitiële cellen voor, die van mesenchymale oorsprong zijn. Ze worden aan de luminale en abluminale zijde mede omsloten door een lamina basalis. Pericyten bevatten actinefibrillen en kunnen, evenals sommige typen endotheelcellen, CON TRAHEREN. Pericyten tonen qua functie overeenkomsten met gladde spiercellen. Een CAPILLAIRBED wordt meestal niet volledig met bloed doorstroomd. Wat betreft histologische preparaten komt hier nog bij dat de bloeddruk in het weefsel wegvalt door het uitnemen van weefsel vóór de fixatie, zodat capillairen meestal collaberen. In een fixatief zullen ook veel cellen contraheren. Hierdoor is de microcirculatie in histologische coupes niet goed te bestuderen, tenzij het weefsel langs de natuurlijke bloedweg met fixatief onder fysiologische druk wordt geperfundeerd (perfusiefixatie), zodat alle capillairen in open toestand gefixeerd worden. Een andere methode is het eerst geheel opvullen van het vaatbed, inclusief de microcirculatie, met een soort plastic die na perfusie verhardt. Zo ontstaat een replica, nadat het weefsel werd weggenomen met kaliumhydroxide (KOH). Zo’n replica geeft veel inzicht in het 3D-aspect van een microcirculatie. Capillairen ontstaan als strengetjes cellen in het mesenchym, terwijl sinusoïden ontstaan door het ingroeien van parenchymale celstrengen in wijde, dunwandige embryonale vaten. Sinusoïden komen – met onderlinge verschillen – voor in de lever, het beenmerg en de bijnierschors. De sinussen in de milt zijn wijdere bloedruimten bekleed met evenwijdige, cilindrische of rolvormige endotheelcellen, met spleten waar rode bloedcellen nog net kunnen doorglippen. De groei van endotheel en capillairen staat onder de invloed van VEGF (‘vascular endothelial growth factor’).

Capillairen vormen een anastomoserend netwerk tussen TERMINALEARTERIOLENen POSTCAPILLAIREVENULEN. De terminale arteriolen zijn bekleed met een enkele laag van dwars georiënteerde gladde spiercellen, die onderbroken raakt bij de overgang naar een capillair (zogenoemde METARTERIOLEN) (fig. 11.10). De laatste dwars georiënteerde gladde spiercel heeft de functie van PRECAPILLAIRES¹NCTER, die controle uitoefent op de doorstroming. De capillairen zonder een dergelijke sfincter zouden als voorkeurskanalen een constante basiscirculatie in stand houden. Bij sterke contractie van de sfincter zal het lumen nooit geheel afsluiten, met als gevolg dat bloedcellen wel worden tegengehouden, maar plasma niet. Capillairen bezitten eigenschappen die gunstig zijn voor de uitwisseling tussen bloed en weefsels. Het capillaire endotheel is dun en beslaat een groot oppervlak(600 m2). Bovendien is de STROOMSNELHEIDvan het bloed in de capillairen veel geringer dan in de macrocirculatie. Postcapillaire venulen spelen bij de uitwisseling ook een rol. &/%05)&&-

%NDOTHEELCELLENzijn zeer plat. De kern of het perikaryon puilt meestal in het lumen uit (fig. 11.11a). In het cytoplasma komen cisternen van het RER voor, tezamen met microtubuli en intermediaire filamenten, zoals desmine en vimentine. In de buurt van de kern vindt men het Golgi-complex, centriolen, transportvesikels en weinig mitochondriën. De aanwezigheid van microfilamenten suggereert dat endotheelcellen kunnen contraheren en dus meespelen in het opbouwen van de bloeddruk. Bij nadere studie van endotheelcellen blijkt dat ze tamelijk sterk kunnen verschillen wat betreft hun celinhoud en ook dat ze een aantal belangrijke metabole functies kunnen uitoefenen en dus niet alleen maar een ‘saaie’ dunne bekleding van de bloedvatwand vormen. Het endotheel heeft de volgende bijkomende functies. 1 Het endotheel heeft een niet-trombogeen oppervlak. Dat wil zeggen dat er geen aanleiding is voor bloedstolling. Endotheel scheidt zelfs stoffen uit die bloedstolling tegengaan (heparine, PLASMINO GEENACTIVATOR, VON7ILLEBRAND FACTOR). 2 Endotheel bepaalt de lokale vasculaire tonus via de omringende gladde spiercellen, via ENDOTHELINE, ‘angiotensin-converting enzyme’ (!#%), ‘nitric oxide’ (./) en PROSTACYCLINE, resulterend in een effect op de lokale bloeddoorstroming 3 Het activeert angiotensine I tot ANGIOTENSINE)). 4 Het inactiveert bradykinine, serotonine, prostaglandinen, norepinefrine en trombine.

F U NCTIONEL E HISTOL OGIE

normaal verloop

11 HART EN BL OED VATEN

precapillaire sluitspier



capillairen

arteriole

postcapillaire venule

arterioveneuze anastomosen

arterioveneuze anastomose

metarteriolen

capillairen glomerulaire capillairen portaal systeem capillairbedden capillairbedden portale vene

venen

B

C 'JHVVS
 B Normaliter leidt de vertakking van een arterie tot de vorming van arteriolen, daarna capillairen, venulen en venen, maar er zijn enkele uitzonderingen. In de huid vindt men arterioveneuze anastomosen of shunts. Deze kunnen het bloed buiten het capillairbed omleiden, zodat het niet te veel zal afkoelen door de koude van buiten. Soms zijn twee capillairbedden aan elkaar geschakeld via een portale vene, zoals in de lever of de hypofyse. C Tekening met details van de microcirculatie. Tussen de arteriole (links) en de postcapillaire venule (rechts) kunnen zich in principe verschillende capillaire verbindingen vormen. Sluitspieren (sfincters) kunnen een deel van de circulatie verminderen of afsluiten (1 en 2). Een arteriole kan overgaan in een metarteriole, daarna in een capillair en een postcapillaire venule. Een arterioveneuze anastomose maakt een afsluitbare, directe verbinding tussen de arteriole en de venule (3). Sommige weefsels worden arterieel doorstroomd, zoals de nierglomerulus (3). Een capillairbed dat via een vene opnieuw een capillairbed voedt, wordt een portasysteem (naar de v. porta) genoemd (4) (bron: Krstic´ 1984).

5

6 7 8

9

Het metaboliseert lipoproteïnen door middel van LIPASEN aan het celoppervlak tot triglyceriden en cholesterol. Het produceert stollingsfactoren. Het produceert bloedgroepantigenen. Het endotheel van grote vaten bevat LICHAAMPJES VAN 7EIBEL 0ALADE (‘electron-dense’, langwerpige granula). Deze brengen na exocytose het P-selectine tot expressie, waarmee witte bloedcellen na rollen over het endotheel aanhechten en dan overgaan tot DIAPEDESE en de weefsels invaderen. Dit gebeurt vooral als zich lokaal een ontsteking ontwikkelt. Als endotheelcellen bovendien interleukinen secreteren, raken witte bloedcellen geactiveerd. Endotheelcellen kunnen groeifactoren uitscheiden (onder andere 6%'&).

Endotheelcellen uit verschillende capillairen en andere bloedvaten bezitten niet allemaal in dezelfde mate de zojuist opgesomde functies. We moeten wat dat betreft aannemen dat er verschillende functies gelegen zijn in verschillende typen endotheel en dat er in die zin ook sprake is van endotheliale heterogeniteit. Het is duidelijk dat we moeten afstappen van het idee dat endotheelcellen bloedvaten aan de binnenzijde bekleden en dus een inert soort bekledende, epitheliale cellen zijn. ‘Er is meer aan de hand.’ Endotheelcellen kennen onderling weinig tot geen adhaerenscontacten. Ze dragen ADHESIEMOLECULEN aan hun oppervlak, bijvoorbeeld SELECTINEN, die het aanhechten van witte bloedcellenbewerkstelligen (fig. 11.11b). Bij ontsteking kan de expressie van deze moleculen toenemen, bijvoorbeeld van ICAM-1, zodat de adhesie en de extravasatie van ontstekingscellen bevorderd worden. Occludensverbindingen



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

11 HART EN BLOEDVATEN

B

C 'JHVVS
 B SEM-opname van het endotheel in een grote vene (vena porta in menselijke lever). De endotheelcellen sluiten nauw aaneen en op de rand tussen de cellen zijn kleine uitsteeksels te zien. 5000 ×. C SEM-opname van een vergelijkbaar bloedvat in het geval van een ontsteking. Het endotheel en de vaatwand zijn een landingsplaats voor ontstekingscellen uit het bloed, die aanhechten en het bloedvat verlaten door zich door de wand te verplaatsen en zo het weefsel binnengaan. 5000 × (opnamen: E. Wisse).

beperken de lekkage van moleculen tussen de endotheelcellen door. Verder komen verspreide nexusverbindingen tussen endotheelcellen voor.

.FEJTDIF
DPOUFYU Het FOEPUIFFM heeft een antitrombogene werking op de vloeistof in en buiten het bloedvat. In geval van schade aan het endotheel zullen op een onbedekte lamina basalis of op bindweefsel dat direct rond het bloedvat ligt, zeer snel bloedplaatjes (trombocyten) aggregeren. Door deze aggregatie van bloedplaatjes wordt een cascade van stollingsreacties ingeleid. Hierdoor wordt rond de plaatjes een netwerk van fibrinefilamenten gevormd. Een stolling in het lumen van het bloedvat vormt een trombus en door aan te groeien kan deze een bloedvat verstoppen en blokkeren. Delen van de trombus kunnen loslaten en als embolus vaatjes in andere weefsels blokkeren.

De uitwisseling van O, CO, water en apolaire verbindingen, die de celmembraan door diffusie kunnen passeren, onttrekt zich aan microscopische waarneming. Grotere moleculen kunnen de endotheelbekleding langs twee wegen passeren. 1 Via het labyrint van intercellulaire spleten dat openblijft tussen de occludensverbindingen. Hierdoor kunnen kleinere eiwitten of glycoproteïnen tussen de endotheelcellen door passeren (PERICELLULAIRE PASSAGE). In hersencapillairen is

2

deze intercellulaire passage afgesloten (door de BLOED HERSENBARRInRE). Door DIACYTOSE of TRANSCYTOSE (vesikeltransport). Grote moleculen (molecuulmassa > 90 ku) worden door pinocytose opgenomen en door de endosomen over het endotheel getransporteerd en aan de abluminale zijde weer uitgescheiden. Dit proces kost tijd en energie. Receptoren kunnen hierbij een rol spelen, maar dat is niet noodzakelijk.

De celcontacten tussen de endotheelcellen van de venulen lijken het minst stevig te zijn. Door ontsteking, of door de inwerking van histamine of bijengif, wordt de interendotheliale doorgang verwijd. Plasma komt naar buiten, hetgeen vocht toevoert naar de omliggende weefsels en deze laat zwellen. Hierdoor ontstaat OEDEEM. In zulke omstandigheden zullen ook leukocyten extravaseren (zich door de vaatwand verplaatsen via DIAPEDESE) en de extracellulaire matrix van het omgevende bindweefsel bezoeken. Lokale mediatoren, zoals histamine en bradykinine, verhogen ook de vasculaire permeabiliteit. Bij de vasculogenese, als de bloedvaten gevormd worden tijdens de embryonale ontwikkeling, spelen groeifactoren zoals 6%'& een grote rol. Capillairen groeien vanuit een ‘spruit’ van endotheelcellen, waarna de capillairen vervolgens grotere vaten vormen via angiogenese. Ook bij de groei van kleine tumoren zijn het ontstaan en de uitgroei van kleine bloedvaten onder de invloed van VEGF een cruciaal gebeuren. Via angiopoëtinen worden naast de endotheelcellen nog gladde spiercellen aangetrokken en tot deling aangespoord.

F U NCTIONEL E HISTOL OGIE

11 HART EN BL OED VATEN



'JHVVS

LM-opname bij lage vergroting van een musculeuze arterie. Door contractie van de spierwand tijdens de fixatie heeft de lamina elastica interna (donker, direct naast het lumen) zich sterk meandervormig geplooid. De roze massa van de tunica media bestaat voornamelijk uit gladde spiercellen met daartussen elastische vezels (niet zichtbaar). De buitenzijde van deze arterie bestaat uit de adventitia, die hier donkergekleurd is, evenals de lamina elastica. Een lamina elastica externa ontbreekt, zoals bij de meeste arteriën. Rond de arterie bevindt zich bindweefsel. 200 × (opname: E. Wisse).

"35&3*Ì/

Arteriën worden volgens toenemende grootte ingedeeld in: r arteriolen of kleine arteriën; r musculeuze arteriën; r elastische arteriën. !RTERIOLENbehoren tot de microcirculatie en hebben een diameter groter dan een capillair van 15 μm. Grote arteriolen hebben een drielagige bouw, zoals bij de arteriën, bestaande uit een intima, een lamina elastica interna en verscheidene lagen (één tot vijf) gladde spiercellen. Bij verdere vertakking en afname van de diameter verdwijnen de spiercellen en is er, zoals bij terminale arteriolen, geen elastica interna meer, maar nog wel één laag gladde spiercellen. Tijdens de histologische preparatie contraheren

de gladde spieren; er zijn dus altijd vernauwde vaten in een coupe. Zowel nerveuze als hormonale regulatie beïnvloedt de contractie van de arteriolaire gladde spiercellen, evenals plaatselijk vrijkomende histamine. Daardoor is er een onafhankelijke lokale regulatie van de microcirculatie, die door de metabole vraag van het weefsel wordt bepaald. Organen met een hoge stofwisselingsactiviteit, zoals de nier, het hart en de skeletspier, hebben een dicht netwerk van capillairen. -USCULEUZE ARTERIpN, met een diameter van enkele millimeters en meer, hebben een drielagige wand (fig. 11.12). Tussen de intima en de media vindt men altijd een lamina elastica interna. Deze laag is door de contractie van de gladde spieren op een karakteristieke meanderachtige manier geplooid. Dit patroon maakt het gemakkelijk arteriën in een coupe



FUNCTIONELE HISTOLOGIE

11 HART EN BLOEDVATEN

endotheel intima subendotheel lamina elastica interna

media

vasa vasorum adventitia

'JHVVS

Twee tekeningen naar coupes van een musculeuze arterie met HE-kleuring links en een elastische arterie met een Weigert-kleuring rechts. Door de kleuringen komen de gladde spiercellen (links) en de elastische vezels (rechts) van de media goed tot uitdrukking. Het verschil tussen beide typen arteriën is relatief; dat wil zeggen dat het bepaald wordt door het relatieve aandeel van gladde spiercellen of elastine. In de adventitia zijn de kleine bloedvaten gelegen die de vaatwand zelf voeden (vasa vasorum).

te herkennen. Musculeuze arteriën hebben een goed ontwikkelde media, opgebouwd uit gladde spiercellen, soms tot veertig spiervezels dik. De spiervezels zijn nagenoeg circulair georiënteerd, in feite spiraalvormig met een kleine spoel. De oriëntatie kan tussen opeenvolgende lagen een beetje veranderen, wat bijdraagt aan de stevigheid van de wand. Tussen de spiervezels liggen collagene en elastische vezels in een glycosaminoglycaanrijke extracellulaire matrix. De binnenlaag van de adventitia bestaat uit longitudinale vezelbundels, die naar buiten losser worden. Alleen bij grote vaten vindt men een lamina elastica externa. %LASTISCHE ARTERIpN, zoals de aorta en zijn hoofdtakken, gaan bij verdere vertakking over in musculeuze arteriën (fig. 11.13 en fig. 11.14). Elastische vaten zijn bij een doorsnede lichtgeel door het hoge gehalte aan ELASTINE in de tunica media. De INTIMA wordt afgedekt door endotheel, dat een vrij hoge vervangingssnelheid

kent. De subendotheliale laag is dik en bevat bindweefselvezels met een longitudinale oriëntatie. Een enkelvoudige lamina elastica interna is niet altijd aanwezig; de subendotheliale laag bevat dan veel elastine. De MEDIAvan de aorta bestaat uit veel lagen concentrisch gerangschikte, gevensterde ELASTISCHEMEMBRANEN, waarvan het aantal en de dikte toenemen tot de leeftijd van ongeveer 70 jaar (fig. 11.14). De ruimte tussen de elastische membranen is opgevuld met schuin verlopende gladde spiercellen, die met hun uiteinden aan de membranen vastgehecht zijn. Contractie van deze spiercellen bewerkstelligt geen vernauwing van het lumen, maar brengt de membranen dichter bij elkaar, waardoor de stijfheid van de aortawand vergroot wordt; deze membranen regelen als het ware de elasticiteit (tonusmusculatuur). Tussen de elastische membranen bevinden zich collagene vezels en amorfe tussenstof die rijk is aan chondroïtinesulfaat. De tunica ADVENTITIA heeft soms een lamina elastica externa bij de afgrenzing van de media, en bevat veel elastische en

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

11 HART EN BL OED VATEN



endotheel lamina elastica interna

tunica media

tunica adventitia

kleine bloedvaten

'JHVVS
B
Dwarse coupe door de wand van een grote elastische arterie. In deze opname heeft het elastine, dat door deze kleuring niet wordt aangekleurd, een lichte kleur. Door de contractie van de wand tijdens het fixeren krijgen de elastineplaten bij een dwarsdoorsnede een kronkelig aspect. Direct onder het endotheel aan de bovenzijde van de foto ligt de intima. In de adventitia zijn kleine bloedvaten van de vasa vasorum te zien. PT-kleuring.

collagene vezels, enkele fibroblasten en gladde spiercellen. De arteriën van de pulmonale circulatie zijn door de lagere druk dunwandiger dan die van de grote circulatie. Arteriën die in botweefsel verlopen hebben ook meestal een iets andere samenstelling dan daarbuiten. Door periodieke volumetoename compenseert de wand van de elastische arteriën de systolische maxima van de output van het hart, zowel wat betreft de druk als het volume. Als gevolg van deze dempende werking (‘WINDKETELFUNCTIE’) ontstaat verder in het vaatsysteem

een afgevlakte, min of meer constante druk in de bloedstroom. Naarmate de arterie verder van het hart verwijderd ligt, neemt deze functie af. De overgang van elastische naar musculeuze arterie gaat gepaard met een sterke vermindering van elastine. Bij verdere vertakking neemt de hoeveelheid elastine nog verder af, totdat eerst de elastica externa verdwijnt en ten slotte ook de elastica interna. Bij de geboorte heeft de aorta nog grotendeels de structuur van een musculeuze arterie. De differentiatie tussen elastische en musculeuze arteriën komt tijdens de eerste 20 levensjaren tot stand.



FUNCTIONELE HISTOLOGIE

11 HART EN BLOEDVATEN

'JHVVS
C
LM-opname met hogere vergroting van de media van de aorta van een hond. Het kronkelige verloop van de elastineplaten en de positie van de gladde spiercellen zijn te zien. De gladde spiercellen hebben een verschillende oriëntatie van laag tot laag. Door deze laagsgewijze verspringing in de oriëntatie van de gladde spiercellen wordt de stevigheid van de wand verhoogd. Het weinige collageneuze bindweefsel kleurt in deze foto blauw. De elastische membranen zijn rood van kleur. De kernen van de gladde spiercellen zijn donkergekleurd. Oorspronkelijke vergroting 630 × (opname: E. Wisse).

.FEJTDIF
DPOUFYU Bij BSUFSJPTDMFSPTF verdikt en mCSPTFFSU de intima, terwijl de gladde spiercellen en het elastine in de media verdwijnen en voor een deel door collageen worden vervangen. De vaatwand verstijft en door het toenemen van de weerstand kan hypertensie ontstaan. Bij BUIFSPTDMFSPTF verdikt en fibroseert de intima door het ontstaan van degeneratieve laesies (atheromata), waarin zich MJQJEFO ophopen in gladde spiercellen. Monocyten, die zich ontwikkelen tot cholesterolrijke TDIVJNDFMMFO, immigreren eerst in de intima en later ook in de media. De verdikking van de wand die hiermee gepaard gaat, belemmert de doorstroming. Deze

aandoening kan leiden tot de vorming van
USPNCJ van bloedplaatjes die ontstaan en groeien op het beschadigde endotheel en die het vaatlumen verder kunnen afsluiten. De coronaire arteriën zijn hiervoor zeer gevoelig en bij een afsluiting wordt een deel van het hartweefsel ischemisch. Bij een BOFVSZTNB is de wand van de arterie gedilateerd. De wand kan bijvoorbeeld aangetast zijn door atherosclerose. Door het verlies van stevigheid neemt het risico van een ruptuur van de wand toe. Een bekend voorbeeld is een geruptureerd aneurysma van de aorta abdominalis – een levensbedreigende situatie.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

11 HART EN BL OED VATEN



'JHVVS

LM-opname van een carotislichaampje. In dit weefsel worden de zuurstof- en koolzuurspanning en de pH van het bloed geregistreerd. Bij hogere vergroting zijn in de cellen granula te zien, die catecholaminen bevatten.

De musculeuze arteriën kunnen door contractie of relaxatie van hun gespierde wand de bloedstroom naar de organen beïnvloeden. Hierbij verandert zowel de tonus van de wand als de doorsnede van het lumen. Bij de arteriolen leidt contractie tot een sterke vernauwing van het lumen en tot een verhoging van de perifere weerstand. Endotheelcellen en gladde spiercellen kunnen via openingen in de elastica interna contact maken, waarbij ook nexusverbindingen betrokken kunnen zijn. Endotheelcellen kunnen specifieke stoffen uitscheiden, zoals endotheline dat gladde spiercellen laat contraheren. Een arterie bevloeit meestal slechts een bepaald deel van een orgaan. Wanneer er geen anastomosen tussen de arteriën bestaan, spreekt men van een EINDAR TERIE. De verstopping van een dergelijke eindarterie leidt tot een infarct, met ischemie en necrose van het weefsel. Het hart, de nier, de long en de hersenen zijn gevoelig voor deze pathogenese. In andere organen, zoals de huid, ANASTOMOSEREN de arteriën, zodat een lokale afsluiting niet leidt tot het afsterven van het weefsel. Het arteriële systeem kent SENSORISCHE ZENUWEN en specifieke orgaantjes, zoals de CAROTISLICHAAMPJESof GLOMERACAROTICA, die tegen de a. carotis communis zijn gelegen, en de vergelijkbare GLOMERAAORTICA (fig. 11.15). Wijde, gekronkelde capillairen in deze orgaantjes ontvangen arterieel bloed uit het grote vat. De orgaantjes functioneren als CHEMORECEPTOREN en detecteren schommelingen in de O2-spanning, de CO2-spanning en de pH van het bloed. "ARORECEPTOREN in de adventitia

van de a. carotis communis (en op nog enkele andere plaatsen) bestaan uit een concentratie van VRIJEZENUW UITEINDEN, die gestimuleerd worden door rekking. Deze receptieve eenheden registreren veranderingen in de bloeddruk, die worden doorgegeven via de n. glossopharyngeus. Samen dragen deze sensoren bij aan de regulering van de bloedgaswaarden en de bloeddruk. De tevens aanwezige motorische zenuwen beïnvloeden de contractietoestand van de arteriën. Directe verbindingen tussen het arteriële en veneuze systeem komen betrekkelijk vaak voor. Ze bestaan uit een arteriolaire zijtak met een lengte van 100-300 μm, verbonden met een venule. Deze ARTERIOVENEUZE ANA STOMOSEN (AVA’s) worden sterk geïnnerveerd door vasomotorische, autonome zenuwen. Door het gekronkelde verloop en de dikke spierwand kan een AVA zijn doorstroming geheel stoppen, hetgeen bij arteriolen nooit het geval is. Hierdoor kan een AVA de weg van de minste weerstand afsluiten en het bloed ertoe dwingen de microcirculatie van een weefsel te volgen. Wanneer AVA’s zich openen, vormen ze een SHUNT(bypass), die het bloed min of meer direct van de arteriole naar de venule leidt, zodat het capillairnet nog maar een klein deel van het bloed ontvangt (fig. 11.10). De AVA’s spelen een rol in de thermoregulatie. Ze kunnen namelijk bloed in de microcirculatie van de oppervlakkige huid sturen, waar warmte aan de omgeving wordt afgegeven. Door het sluiten van sfincters zal het warme bloed direct naar



FUNCTIONELE HISTOLOGIE

11 HART EN BLOEDVATEN

venule

venule

MV

L

MA

'JHVVS

LM-opname van een glomus. De bijzondere, dikke wand van de arteriole in het onderste deel van de afbeelding heeft een aantal concentrische lagen van glad spierweefsel en staat in verbinding met een venule. De pijl geeft de richting van de bloedstroom aan, wanneer de spierlaag van de arteriole is verslapt en de glomus dus wordt doorstroomd. L = lumen. 160 ×.

de afvoerende venules worden geleid en zal er dus minder warmte worden verloren. Er bestaan meer complexe, sterk geïnnerveerde orgaantjes waarin een gekronkelde arteriole en een venule in elkaar overgaan: de GLOMERA(enkelvoud: glomus), die door een bindweefselkapsel zijn omgeven (fig. 11.16). Glomera komen voor in de vingers en tenen. Arterioveneuze anastomosen spelen een rol op plaatsen waar ze de lokale doorbloeding op korte termijn sterk kunnen veranderen, zoals bij een ERECTIE, bij de MEN STRUATIEen in de huid (THERMOREGULATIE, BLOZEN). 7&/&/

Venulen met een diameter tot 0,3 mm en de grotere venen hebben een wand die relatief dunner is dan die van arteriën van een gelijk kaliber (fig. 11.17). De capaciteit

'JHVVS

LM-opname van een duo: een arterie met ‘zijn’ vene. Vaak komen beide paarsgewijs voor en ze vervoeren min of meer dezelfde hoeveelheid bloed. De structuurverschillen zijn duidelijk: de wand van de arterie (MA) bestaat voornamelijk uit een laag donkerrood gekleurde gladde spiercellen, terwijl de wand van de vene (MV) iets meer oker gekleurd bindweefsel heeft dan de arterie en nagenoeg geen gladde spiercellen. 100 ×.

en het (potentiële) volume van het veneuze stelsel zijn (vele malen) groter dan die van het arteriële systeem. 0OSTCAPILLAIRE VENULEN, met een doorsnede van 10-30 μm, spelen, net als capillairen, een rol bij de uitwisseling van gassen, metabolieten en vloeistof. De intercellulaire verbindingen tussen de endotheelcellen zijn zelfs meer doorgankelijk dan die in capillairen. Ook spelen de venulen mee bij het ontstaan van oedeem en bij ontstekingsprocessen. Buiten de basaal membraan van het endotheel komen PERICYTENvoor, terwijl gladde spiercellen ontbreken. 'LADDESPIERCELLENworden wel weer gevonden bij venulen vanaf een diameter van circa 50 μm, ook wel VERZAMELVENULENgenoemd. Bij MUSCULEUZEVENULENvormen de spiervezels weer een aaneengesloten laag. Pas bij venenvanaf een doorsnede van 300 μm vormt zich een echte media die meer dan één spierlaag dik is (fig. 11.18).

F U NCTIONEL E HISTOL OGIE

11 HART EN BL OED VATEN



'JHVVS

LM-opname bij een lage vergroting van een middelgrote vene. Het lumen, met de resten van gefixeerd bloed, wordt afgelijnd door het endotheel van de tunica intima. De laag is zo dun dat deze nauwelijks te onderscheiden is van de media, die hier roze is gekleurd. Al in de media is het blauwgekleurde bindweefsel te zien, dat de media een ‘losse’ structuur geeft. Bijna zonder overgang gaat dit bindweefsel over in het bindweefsel van de adventitia, dat niet overal duidelijk van de rest van het weefsel is afgescheiden (linksonder, in tegenstelling tot rechtsboven). Onder in de foto zijn nog enkele zenuwen te zien. Ook in het bindweefsel ziet men kleine bloedvaten. Oorspronkelijke vergroting 160 × (opname: E. Wisse).

Bij venen heeft de intima een dunne subendotheliale laag. De adventitia bevat longitudinale collagene vezels en vormt een belangrijk deel van de wand. In de venen van de placenta en de dura mater ontbreekt de media. 'ROTEVENENhebben een duidelijk ontwikkelde tunica intima. De tunica media is relatief dunner dan in arteriën, met meer bindweefsel tussen de lagen gladde spiercellen, die ook in de lengte georiënteerd kunnen voorkomen. De adventitia vormt het grootste deel van de wand. In de binnenste lagen van de adventitia komen bundels gladde spiercellen voor, die evenals de bindweefselvezels een longitudinale oriëntatie tonen.

Venen, vooral die van de ledematen, bezitten KLEPPEN; dezebestaan uit één of twee halvemaanvormige plooien, die de bloedstroom alleen in de richting van het hart doorlaten (fig. 11.19). De kleppen bevatten geen spierweefsel. Het zijn plooien van de intima met in het centrum een bindweefselskelet; in de randen is er een concentratie van elastine. In venulen komen geen kleppen voor. Venen vervullen een ‘opslagfunctie’. Ze bevatten ongeveer 60% van het totale bloedvolume. Bij BLOEDVERLIES tot 20% kan de reservoirfunctie van het veneuze stelsel worden aangesproken en nog een vrij normale circulatie in stand worden gehouden.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

11 HART EN BLOEDVATEN

intima

endotheel subendotheliaal bindweefsel

kleppen

media

adventitia

B

C 'JHVVS
 B Tekening van een vene waarin kleppen zijn afgebeeld. Kleppen zijn een specifiek kenmerk van venen; arteriën hebben geen kleppen. De intima wordt gevormd door een laag endotheel (roze) met daaronder een laagje subendotheliaal bindweefsel (geel) dat overgaat in de media (roodbruin) en ten slotte de adventitia (blauw). C LM-opname van een vene met kleppen. Kleppen bestaan uit plooien van de intima met een kern van bindweefsel en bekleding met endotheel (opname: E. Wisse).

Figuur 11.6b toont een grafische weergave van de onderlinge relatie tussen de verschillende vasculaire parameters (druk, permeabiliteit, elastische component en dergelijke) in de verschillende typen bloedvaten zoals tot nu toe besproken.

.FEJTDIF
DPOUFYU 7FOFO hebben door hun spierlaag en grote volume een belangrijk effect op de CMPFEESVL. Bij het wegvallen van de veneuze tonus, zoals gebeurt bij TIPDL, is afvoer uit het veneuze systeem niet meer mogelijk en stort de circulatie in. De voortstuwing van het veneuze bloed wordt ondersteund door pulsaties in de begeleidende arteriën, contracties en beweging van de musculatuur in de omgeving van de venen en de restdruk van het hart na passage van de microcirculatie (‘vis a tergo’).

-:.'&7"5&/

Niet alle vloeistof die aan de arteriolaire en capillaire zijde naar het interstitium (de intercellulaire ruimte) lekt, wordt aan de veneuze zijde weer opgenomen. De resterende interstitiële vloeistof, de LYMFE, wordt door LYMFEVATEN afgevoerd. Het lymfesysteem kent geen aanvoerende zijde, alleen een afvoerende, en begint dus ‘ergens’ in de periferie met blinde LYMFECAPILLAIREN(LACTEALEN) (fig. 11.20). De lymfevloeistof verschilt van het bloedplasma door een lager eiwitgehalte. Lymfecapillairen komen in het interstitium van organen en weefsels voor tussen de capillairen van de bloedcirculatie. Ze ontbreken echter in het CZS, het beenmerg en het beenweefsel. De endotheelcellen van lymfecapillairen sluiten niet precies aaneen, zodat weefselvloeistof gemakkelijk toegang heeft, zoals in een DRAINAGE systeem. Dit systeem verzamelt een vrijwel celvrije vloeistof. De vloeistof wordt vastgehouden doordat de overlappende endotheelcellen bij vulling van het lymfecapillair bij enige druk als

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

11 HART EN BL OED VATEN



E endotheel van de lymfecapillairen interstitiële vloeistof opening lymfe

L a

verankerende filamenten b

'JHVVS
 B Lymfecapillairen verzamelen vloeistof die niet wordt meegenomen door de gewone capillairen en venulen. Ze zijn arm aan bloedcellen, maar bevatten dikwijls een eiwitrijke vloeistof, die iets donkerder kleurt dan de omgeving. Hoewel beelden met goede fixatie schaars zijn of ontbreken, wordt algemeen aangenomen dat het endotheel van lymfecapillairen tamelijk los ligt en gemakkelijk vloeistof toelaat tot het lumen. Lymfecapillairen zijn efferent en beginnen ergens blind in het weefsel. C Een tekening, bedoeld om bovenstaande toelichting te ondersteunen.

kleppen of ventielen fungeren. Om het capillair bevindt zich geen lamina basalis. Bindweefselvezels uit het interstitium vormen ankervezels, verbonden met de abluminale zijde van het endotheel. Mogelijk spelen ze een rol bij het openhouden van het capillair. Het lymfesysteem heeft een taak in het verspreiden van lymfocyten in het lichaam, alsook van antilichamen en van immunologische signaalmoleculen. In de lymfe worden vooral weefselvocht met onder meer afvalstoffen, eventueel antigenen, infectieuze elementen en eventueel metastaserende kankercellen meegenomen. Een goede drainage is dus nodig voor het schoonmaken en de afweer van weefsels. Bij verstopping of verwijdering van lymfeklieren kunnen deze functies in het gedrang komen.

zich vasa vasorum en een netwerk van zenuwvezels. Lymfatisch endotheel onderscheidt zich van vasculair endotheel door de expressie van specifieke eiwitten, waaronder LYVE-1, Prox1, podoplanine en VEGFR3.

De lymfevaten, waarin de lymfecapillairen uitmonden, hebben aanvankelijk een zeer dunne wand en een onregelmatig lumen. Er zijn minder spiercellen dan bij venulen van overeenkomstig kaliber en deze zijn pas aanwezig bij grote vaten. In dit systeem zijn de LYM FEKLIEREN (LYMFEKNOPEN) ingeschakeld. In vergelijking met even grote venen blijft de wand van de lymfevaten dun. Een duidelijk onderscheid tussen INTIMA, MEDIAen ADVENTITIA is alleen bij grote lymfevaten mogelijk. De afgrenzing tussen de lagen is tamelijk onduidelijk, maar de spierlaag van de media is wat versterkt. De gladde spiercellen in de media hebben voornamelijk een longitudinaal verloop. De adventitia is vrij dun; hier bevinden

-ZNGFDBQJMMBJSFO en MZNGFWBUFO kunnen betrokken zijn bij het verspreiden van pathogenen, parasieten en kwaadaardige cellen door het lichaam en zijn daarom van groot klinisch belang. Bij de chirurgische behandeling van kwaadaardige tumoren worden standaard de drainerende lymfeklieren weggenomen en wordt door de patholoog onderzocht of zich hierin metastasen bevinden. Het al dan niet aanwezig zijn van lymfekliermetastasen is van prognostisch belang. Het verwijderen van de lymfeklieren kan de lymfedrainage verstoren en zorgen voor lymfoedeem in het gedraineerde gebied.

De gladde spiervezels in de wand van lymfevaten zijn waarschijnlijk niet betrokken bij de voortstuwing van de lymfe. De incidentele, comprimerende krachten van spiercontracties of arteriële pulsaties die uit de omgeving op het lymfevat worden uitgeoefend, vormen – samen met de talrijke KLEPPEN – de belangrijkste voortstuwing van de lymfe (fig. 11.21).

.FEJTDIF
DPOUFYU



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

11 HART EN BLOEDVATEN

LV

LV

'JHVVS
 LM-opname van een lymfevat (LV) in lengtedoorsnede, met in het midden een klep die het eenrichtingsverkeer in het vat tot doel heeft. De doorgetrokken pijl geeft de stroomrichting weer, de onderbroken pijl simuleert de onmogelijkheid van vloeistoftransport in omgekeerde richting. Onder is nog een lymfevaatje getroffen. De endotheelcelkernen liggen ver uiteen.

De vloeistof die door de beide eindvaten van het lymfevatensysteem (truncus lymphaticus sinister en dexter) wordt aangevoerd, bevat grote hoeveelheden lymfocyten. In de lymfeknopen zijn deze eraan toegevoegd. Uiteindelijk komt de lymfe terecht in de DUCTUS THO RACICUS en de truncus lymphaticus dexter, die in het veneuze systeem dicht bij het hart (v. subclavia sinistra

resp. dextra) uitmonden. Per uur stroomt gemiddeld 100 ml lymfe de veneuze circulatie binnen. Op deze wijze worden grote aantallen lymfocyten en een aanzienlijke hoeveelheid eiwit terug in de bloedstroom gebracht. Verstoring van de lymfecirculatie kan dan ook ernstige problemen in de eiwithuishouding veroorzaken.

4".&/7"55*/(


)00'%456,



)"35
&/
#-0&%7"5&/

)BSU r

Het hart bestaat uit drie lagen: – het FOEPDBSE, bestaande uit een endotheel met direct daaronder een dunne laag bindweefsel;

– –

het NZPDBSE, de eigenlijke hartspier; het FQJDBSE (viscerale blad pericard), bestaande uit bindweefsel met vetcellen en bedekt met een dun NFTPUIFFM (algemeen bekledend epitheel van de lichaamsholten).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

r

r

r

r

Het HFMFJEJOHTTZTUFFN van het hart, dat de ritmische contracties van het hart ondersteunt en autonoom aan de praat houdt, is samengesteld uit veranderde spiercellen en bestaat uit de TJOPBUSJ BMF
4"
LOPPQ (de natuurlijke pacemaker) en de BUSJPWFOUSJDVMBJSF
"7
LOPPQ. De impulsen worden verspreid door de CVOEFM
WBO
)JT en Purkinjevezels. De 1VSLJOKFWF[FMT liggen dicht onder het endocard van de ventrikels, hebben een grotere diameter dan de hartspiercellen, bevatten veel HMZDPHFFO en minder myofibrillen. Hartspiercellen tonen TQPOUBOF
DPOUSBDUJFT met een bepaald ritme. Via ‘gap junctions’ worden deze contracties doorgegeven aan naburige cellen. Dat doen ze zelfs in vitro. Autonome zenuwen kunnen mede het hartritme bepalen. Een dicht onregelmatig netwerk van bindweefsel vormt het IBSUTLFMFU, dat aanwezig is bij alle IBSU LMFQQFO, de atria scheidt van de ventrikels en een aanhechtingsplaats biedt aan de hartspiervezels.

r

r

r

r

#MPFEWBUFO r

r r

r

Net als het hart bestaan ook de bloedvaten uit drie lagen: – het endotheel met een dunne laag bindweefsel, bij arteriën afgegrensd door de lamina elastica interna (samen de UVOJDB
JOUJNB genoemd); – de UVOJDB
NFEJB, gevuld met gladde spiercellen, gemengd met collagene en elastische vezels; – de UVOJDB
BEWFOUJUJB, met bindweefsel, bloedvaten en zenuwen. De WBTB
WBTPSVN
voorzien de vaatwand van zuurstof en voeding. Endotheelcellen in verschillende organen kunnen naast hun epitheliale functie (afdekken van onderliggende lagen) nog bijkomende functies uitoefenen. In de bloedvaten vindt men TUPMMJOHT GBDUPSFO, beïnvloeding van de gladde spiertonus (CMPFEESVL) en stoffen die een rol spelen bij ontsteking (DZUPLJOFO en DIFNPLJOFO). "SUFSJ¯O dicht bij het hart zijn FMBTUJTDIF
BSUFSJ¯O, die de systolische pieken kunnen compenseren. Verderop zijn er NVTDVMFV[F
BSUFSJ¯O; deze kunnen de bloeddistributie regelen. Afhankelijk van

r r

r

11 HART EN BL OED VATEN



deze functies vindt men meer elastine of meer gladde spieren in de wand. De intima wordt vaak afgegrensd door een MBNJOB
FMBTUJDB
JOUFSOB. De fijnste vertakkingen, de BSUFSJPMFO, distribueren het bloed binnen organen en weefsel. Ze vormen samen met de capillairen de NJDSPDJSDVMBUJF. Arteriolen hebben nog minstens één laag gladde spiercellen, waarvan de laatste cellen als TmODUFS (spierafsluiter) dienst kunnen doen. Arteriolen kunnen BOBTUPNPTFSFO en ook TIVOUT vormen naar de venen toe, waarmee ze het bloed buiten het capillairbed om laten wegvloeien. Zo kan een deel van het bloed direct naar de venen worden gestuurd, bijvoorbeeld om niet aan het oppervlak van het lichaam te veel af te koelen. $BQJMMBJSFO hebben nog alleen een enkele endotheellaag. Het bloed van capillairen stroomt uit in kleine QPTUDBQJMMBJSF
WFOVMFT, die tot grotere WFOFO verzamelen. De interactie met het weefsel is het sterkst bij capillairen. &OEPUIFFM van capillairen kan DPOUJOV zijn, HFGF OFTUSFFSE met open fenestrae of gefenestreerd met fenestrae waarin zich een EJBGSBHNB bevindt. Onder het endotheel kan een CBTBMF
MBNJOB
aanwezig zijn. Deze structuurelementen kunnen in wisselende combinatie voorkomen, zodat minstens vijf UZQFO
DBQJMMBJSFO ontstaan. Capillairen en postcapillaire venules kunnen satellietcellen hebben in de vorm van QFSJDZUFO, die ook functioneel op gladde spiercellen lijken. Op enkele plaatsen in het lichaam vindt men QPS UBMF
WFOFO, die twee microcirculatoire eenheden met elkaar verbinden, bijvoorbeeld bij de WFOB
QPSUBF tussen de darm en de lever en een tweede systeem tussen de hypothalamus en de hypofyse. Grote venen hebben een intima, media en adventitia in een iets andere verhouding dan de arteriën. Daarnaast hebben ze LMFQQFO; deze ontbreken in de arteriën.

-ZNGFWBUFO r

8FFGTFMWPDIU wordt niet volledig verzameld door de (lagere colloïdosmotische druk in de) venulen. Een uitgebreid systeem van lymfecapillairen en lymfevaten zorgt voor de afvoer van dit vocht.



r

F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

11 HART EN BLOEDVATEN

Daarin zitten afvalproducten van de weefsels, celresten, slijtageproducten en soms bacteriën of virussen. De MZNGFESBJOBHF is essentieel voor het gezond functioneren van de weefsels. De voortstuwing van lymfe in lymfevaten is passief, namelijk door de wisselende druk van contraherende spieren in de omgeving. Door de

r

aanwezigheid van LMFQQFO kan de lymfe slechts één kant op stromen. Uiteindelijk wordt de verzamelde lymfe teruggebracht in de grote circulatie door de EVDUVT
UIP SBDJDVT en de USVODVT
MZNQIBUJDVT
EFYUFS. De structuur van de grote lymfevaten lijkt op die van de venen.

,JKL
WPPS
PFGFOWSBHFO
FO
TBNFOWBUUJOHFO
PQ
XXXTUVEJFDMPVEOM


#MPFE

*/-&*%*/(

Bloed is een ‘vloeibaar weefsel’, waarin de CELLENzijn gesuspendeerd in een vloeibare tussencellige stof (PLASMA) (tabel 12.1). Het bloed bevindt zich in een gesloten circulatiesysteem, waar het – door de ritmische contracties van het hart – in één richting doorheen stroomt. Plasma is een waterige oplossing met een pH 7,4 en bestaat uit: r verschillende eiwitten, zoals albumine (58%), globulinen (w37%) en fibrinogeen (4%); r elektrolyten, voedingsstoffen, afvalstoffen, gassen; r een serie regulerende eiwitten zoals complementfactoren, hormonen en veel andere verbindingen (fig. 12.1).

De eenvoudigste, isotone vervanging van plasma is ‘fysiologisch zout’, een oplossing van 0,9% NaCl in water, liefst met een buffer op pH 7,4 gebracht. In het bloed vindt men verschillende typen bloedcellen (fig. 12.1, tabel 12.1): r de erytrocyten of rode bloedcellen; r de leukocyten of witte bloedcellen; r de trombocyten of bloedplaatjes. Wanneer bloed buiten de circulatie komt, stolt het doordat fibrinogeen uit het bloedplasma een netwerk van fibrinevezels vormt, waarin ook de aanwezige bloedcellen worden gevangen. De heldere vloeistof die overblijft naarmate de stolling vordert, heet SERUM. Serum verschilt van

5BCFM

$FMUZQFO
FO
GVODUJFT
WBO
CMPFEDFMMFO Celtype

Belangrijke producten

Belangrijke functies

Erytrocyt

Hemoglobine

CO2- en O2-transport

t
/FVUSPmFM

4QFDJmFLF
HSBOVMB
FO
OJFUTQFDJmFLF
B[VSPmFMF
HSBOVMB
HFNPEJmDFFSEF
MZTPTPNFO

Fagocytose van bacteriën, ontstekingsreactie

t
&PTJOPmFM

4QFDJmFLF
HSBOVMB
GBSNBDPMPHJTDI
BDUJFWF
stoffen

Afweer tegen parasitaire wormen, modulatie van ontstekingsreactie

t
#BTPmFM

4QFDJmFLF
HSBOVMB
IJTUBNJOF
IFQBSJOF

"GHJGUF
WBO
IJTUBNJOF
FO
BOEFSF
POUTUFLJOHTNPEVlatoren

t
.POPDZU

(SBOVMB
NFU
MZTPTPNBMF
FO[ZNFO

Basis voor mononucleaire-fagocytensysteem in QFSJGFSJF
GBHPDZUPTF
FO
WFSUFSJOH
WBO
QSPUP[PB
WJSVTpartikels en verouderde cellen

t
#MZNGPDZU

Immunoglobulinen

7PSNJOH
WBO
BOUJMJDIBBNWPSNFOEF
QMBTNBDFMMFO

t
5MZNGPDZU

Stoffen die andere cellen doden; stoffen die de activiteit van andere leukocyten controleSFO
JOUFSMFVLJOFO

Doden van door virus geïnfecteerde cellen

/BUVSBM
LJMMFSDFM
IFFGU
HFFO
#
PG
5DFMNFSLFST

4UPGGFO
EJF
BOEFSF
DFMMFO
EPEFO
BDUJFG
[POder voorafgaande stimulering

Doden van sommige door virus geïnfecteerde cellen en tumorcellen

Bloedplaatje

Fosfolipiden en stollingsfactoren

Bloedstelping

Leukocyt:

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_12, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 2 B LO ED

Plasma Water 92% van het gewicht

Buffy coat

Eiwitten 7% van het gewicht

Andere opgeloste stoffen 1% van het gewicht

albumine globulinen fibrinogeen regelende eiwitten

58% elektrolyten 37% voedingsstoffen 4% respiratoire gassen afvalstoffen 1%

Trombocyten 150.000-400.000/mm3

Leukocyten 4500-11.000/mm3

lymfocyt 25%-33% neutrofiel 54%-62%

Erytrocyten

monocyt 3%-7%

Erytrocyten 3,5-5,5 miljoen/mm3

eosinofiel 1%-3%

basofiel 0%-0,75%

'JHVVS

Het volume van de erytrocyten na bloedafname en centrifugatie (waardoor de bloedcellen op elkaar gepakt worden) bedraagt 35-50% van het totaalvolume. Dit percentage wordt de hematocriet genoemd. Tussen de erytrocyten en het bovenstaande bloedplasma ziet men vaak de ‘buffy coat’, die bestaat uit de witte bloedcellen en de plaatjes. In de figuur staan ook de relatieve aantallen van de bloedcellen aangegeven.

bloedplasma doordat de stollingseiwitten eruit zijn verwijderd. Bloed dat door anticoagulantia (heparine, citraat enzovoort) onstolbaar is gemaakt, wordt bij centrifugeren in DRIELAGEN gescheiden (zie hierna en fig. 12.1). De verhouding van het volume van de cellen (hoofdzakelijk erytrocyten) tot het totale bloedvolume noemt men de HE MATOCRIET. Normaalwaarden zijn: 40-50% bij mannen, 35-45% bij vrouwen, ongeveer 35% bij kinderen tot 10 jaar en 45-60% bij pasgeborenen. Bij scheiding door zwaartekracht of centrifugeren verzamelt het BLOEDPLASMA zich boven in de hematocrietbuis. Het is een doorzichtige, soms iets gelige, licht viskeuze vloeistof. Onder in de hematocrietbuis bevinden zich de BLOEDCELLEN, die in twee lagen gescheiden zijn. De onderste laag is rood en bestaat uitsluitend uit ERYTROCYTEN. De dunne hierboven gelegen laag is dofgeel en bestaat uit LEUKOCYTEN en TROMBOCYTEN. Deze wordt ‘BUFFYCOAT’ genoemd. De scheiding komt tot stand doordat de leukocyten een geringere dichtheid hebben dan de erytrocyten. Boven de laag leukocyten bevindt zich een laagje TROMBOCYTEN, dat onder normale omstandigheden niet met het blote oog zichtbaar is. De ERYTROCYTEN(RODEBLOEDCELLEN) hebben als functie het transport van O2 en CO2. Dit geschiedt in hoofdzaak door binding aan de hemoglobine in de erytrocyten.

Daarnaast kan CO2 ook binden aan andere eiwitten van de erytrocyten en bevindt het zich in opgeloste vorm in het plasma, als CO2 of HCO3–. De LEUKOCYTEN(WITTEBLOEDCELLEN), waarvan sommige fagocyterende eigenschappen hebben (niet-specifieke immunologische afweer) en andere een rol spelen bij de specifieke immunologische afweer, vormen een primaire verdedigingslinie tegen infecties. 4ROMBOCYTEN(BLOEDPLAATJES) spelen een belangrijke rol bij het bloedstelpings- en het bloedstollingsproces en de wondgenezing. Het BLOEDPLASMA vervoert allerlei stoffen van hun plaats van opname of synthese naar weefsels elders in het lichaam. Via het bloed kunnen chemische boodschappen (onder andere hormonen) worden uitgewisseld tussen organen die ver uit elkaar gelegen zijn. Ook transporteert het afbraakproducten, die door de excretieorganen (nieren, lever) uit het bloed en vervolgens uit het lichaam worden verwijderd. Ten slotte neemt het bloed deel aan de warmteverdeling en de handhaving van het osmotisch evenwicht en het zuurbase-evenwicht. De bloedcellen kunnen microscopisch op een eenvoudige manier in een uitstrijkje worden bestudeerd (fig. 12.2 en fig. 12.3).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

12 BL OED



A

B

C

D

B

C

'JHVVS
 B Het maken van een bloeduitstrijkje: A Een druppel bloed wordt op een objectglas gebracht; een tweede objectglas wordt over het eerste naar rechts bewogen tot aan de druppel bloed, onder een hoek van circa 45°. B Wanneer de rand van het uitstrijkglas de bloeddruppel raakt, verspreidt het bloed zich door capillaire zuigkracht in de spleet tussen de twee glaasjes. C Door een gelijkmatige beweging van het uitstrijkglas naar links wordt een dunne laag bloed over het liggende objectglas uitgespreid (zonder dat het glas over de cellen wordt getrokken, want dan zouden de cellen beschadigd worden). D Hierna wordt het uitstrijkje gekleurd, meestal met Giemsa, en wordt een dekglaasje gemonteerd. C LM-opname van een uitstrijkje waarin de bloedcellen een uniforme, goed aaneengesloten monolaag vormen. Erytrocyten zijn in grote aantallen aanwezig. In het midden van de foto ligt een polymorfe granulocyt. Erytrocyten hebben een diameter van ongeveer 7 Nm en kunnen dus in LM-preparaten gebruikt worden als een indicatie voor de vergroting. 400 x (opname: E. Wisse).

)&.010Ì4&

Bloedcellen hebben een beperkte levensduur en moeten dus voortdurend worden aangemaakt om hun aantallen en onderlinge getalsverhoudingen in stand te houden. De nieuwvorming van bloedcellen (HEMOPOpSE, eigenlijk: bloedvorming) wordt ook wel HEMATOPOpSE of HEMATOCYTOPOpSE (bloedcelvorming) genoemd. Deze vindt plaats door proliferatie en differentiatie van een populatie van ongedifferentieerde STAMCELLEN, die ook zichzelf in stand houdt. Bloedcellen behoren tot de ZELF VERNIEUWENDE POPULATIES van cellen in het lichaam; daartoe behoren ook de epitheelcellen van de huid en het maag-darmkanaal en de spermatozoën. In de vroegste ontwikkelingsstadia van het embryo zijn erytrocyten afkomstig van het dooierzakmesoderm. Enige tijd later

doen lever en milt dienst als hemopoëtische organen; vanaf de vijfde maand ontwikkelt zich het beenmerg, dat uiteindelijk het belangrijkste hemopoëtische weefsel wordt (fig. 12.4 en fig. 12.5). Bij de postnatale bloedcelvorming worden uit stamcellen in het beenmerg (myelum) erytrocyten, granulocyten, monocyten en trombocyten gevormd: dit zijn de MYELOtDE ELEMENTEN uit het perifere bloed. Oorspronkelijk dacht men dat lymfocyten door lymfoide organen werden geproduceerd; lymfocyten in het bloed werden daarom LYMFOtDE ELEMENTEN genoemd. Nu weet men dat de lymfocyten (B- en T-cellen) ook afkomstig zijn van beenmergstamcellen. Waar cellen uit de myeloïde reeksen in het beenmerg hun volledige rijpheid bereiken voordat ze in circulatie komen, verlaten



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 2 B LO ED

'JHVVS

Uitstrijkje van menselijk bloed. Vijf polymorfonucleaire granulocyten zijn te zien, alsook een lymfocyt, verschillende groepen bloedplaatjes en een grote meerderheid van rode bloedcellen. Giemsa-kleuring, 630 x (opname: E. Wisse).

lymfoïde cellen in een bepaald stadium van rijping het beenmerg om zich elders (thymus, milt, lymfeklieren enzovoort) te vermenigvuldigen en verder te differentieren en uit te rijpen.

4UBNDFMMFO
HSPFJGBDUPSFO
FO
EJGGFSFOUJBUJF 4UBNDFMMFO
HFSJDIUF
TUBNDFMMFO
FO
WPPSMPQFSDFMMFO Alle gevormde elementen van het bloed zijn afkomstig uit één cellulair voorstadium: de UNIVERSELE,PLURIPOTENTE HEMOPOpTISCHE STAMCEL, die zich in het beenmerg bevindt. Dit is onder andere gebleken uit experimenten met bestraalde muizen, waar de bloedcelvorming geheel werd gestopt door een hoge (letale) dosis röntgenstralen. De

hemopoëse kon bij een dergelijk dier weer op gang worden gebracht door het inspuiten van een suspensie van beenmergcellen van een andere muis. Onder deze cellen bevonden zich ook stamcellen, die aanleiding gaven tot de vorming van een zogenoemde chimaera als er werd uitgegaan van de stamcellen van een andere genetische achtergrond (oorspronkelijk chimaera = mythisch monster: van voren leeuw, in het midden geit en van achteren slang). Tevens bleek dat zich, tijdens het herstel van de hemopoëse, in de milt van deze muizen kleine HAARDENVANBLOEDCELVORMINGontwikkelden, die slechts bestonden uit cellen van één enkele reeks (hetzij de erytrocytaire reeks, hetzij de granulocytaire reeks enzovoort). Deze haarden of KOLONIES(Eng.: ‘colonies’, in feite

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

fase

stamcellen

morfologie

morfologisch niet te onderscheiden; lijken op lymfocyten

mitotische activiteit

lage delingsactiviteit; zelfvernieuwend; schaars in BM

lymfoïde multipotente cellen:

migreren naar lymfoïde organen

progenitorcellen

hoge delingsactiviteit; zelfvernieuwend; frequent in BM/lymfoïd orgaan; uni- of bipotentieel

12 BL OED



voorlopercellen (blasten)

rijpe cellen

begin van morfologische differentiatie

duidelijke morfologische differentiatie

hoge delingsactiviteit; niet zelfvernieuwend; frequent in BM/lymfoïd orgaan; unipotentieel

geen delingsactiviteit; niet zelfvernieuwend; overvloedig aanwezig in bloed en hemopoëtisch weefsel

lymfocyt-kolonievormende cel

lymfocytoblast

erytrocyt-kolonievormende cel

erytroblast

erytrocyt

megakaryocytvormende cel

megakaryoblast

megakaryocyt

monocyt-kolonievormende cel

promonocyt

monocyt

granulocytkolonievormende cel

neutrofiele myelocyt

neutrofiele granulocyt

eosinofiel-kolonievormende cel

eosinofiele myelocyt

eosinofiele granulocyt

basofiel-kolonievormende cel

basofiele myelocyt

basofiele granulocyt

B- en Tlymfocyten

pluripotente cellen

myeloïde multipotente cellen: blijven in het beenmerg

'JHVVS

Differentiatie van bloedcellen tijdens de hemopoëse. In dit schema wordt de ontwikkeling van lymfocyten, erytrocyten, megakaryocyten, monocyten en granulocyten weergegeven in verschillende stadia van ontwikkeling, zoals pluripotente stamcel, multipotente stamcel, progenitorcel, voorlopercel (blasten) en de rijpe cellen.

KLONEN) hebben zich uit één daar ter plaatse genestelde cel ontwikkeld. Deze cel noemt men wel ‘colony-forming unit-spleen’ (#&5-S). Deze UNIPOTENTE of BIPOTENTE GE RICHTESTAMCELLENof ‘PROGENITORCELLEN’ (tabel 12.1) hebben zich kennelijk reeds uit de oorspronkelijke stamcelpopulatie in één bepaalde richting gedifferentieerd, maar zijn nog wel tot proliferatie in staat. Deze GERICHTESTAMCELLEN (‘progenitorcellen’) zijn voorlopercellen voor de lymfoïde of myeloïde reeksen. Myeloïde cellen ontwikkelen zich in het beenmerg en vormen daar granulocyten, monocyten, erytrocyten en megakaryocyten. Monocyten en granulocyten ontwikkelen zich uit één gemeenschappelijke (dus) BIPOTENTE stamcel, erytrocyten en megakaryocyten ontwikkelen zich uit UNIPOTENTE voorlopercellen.

De hoge mitotische activiteit van deze gerichte stamcellen en van hun nakomelingen (de VOORLOPER CELLEN, ‘PRECURSOR CELLS’), die al een eerste stap van differentiatie hebben ondergaan, is voldoende om de aantallen cellen in het perifere bloed op peil te houden. Om deze reden kan het aantal universele, pluripotente stamcellen in het beenmerg gering zijn. Een lage mitotische activiteit volstaat om de populatie van deze stamcellen op peil te houden (zelfvernieuwend vermogen). Morfologisch tonen stamcellen gelijkenis met middelgrote lymfocyten en hebben ze geen opvallende kenmerken vanwege hun nog ongedifferentieerde status. Groeifactoren worden klinisch toegepast om cellen in het beenmerg versneld te laten uitgroeien,



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

Stamcellen

1 2 B LO ED

Progenitorcellen

Voorlopercellen (blasten)

Rijpe cellen

Potentie Delingsactiviteit Zelfvernieuwende capaciteit

Karakteristiek morfologische eigenschappen Invloed van groeifactoren Functionele activiteit

'JHVVS

Veranderingen in de eigenschappen van hematopoëtische cellen tijdens hun differentiatie. Aangegeven is in welk stadium van ontwikkeling de typische stamceleigenschappen aanwezig zijn, de mitotische activiteit hoog is, wanneer de morfologische karakteristieken zich ontwikkelen, tot wanneer de cellen zichzelf kunnen dupliceren, wanneer groeifactoren een invloed hebben en wanneer de differentiatie voltooid is.

bijvoorbeeld na chemotherapie. Een tweede belangrijke toepassing is de behandeling met groeifactoren met het doel om stamcellen uit het bloed te verzamelen voorafgaand aan een beenmergtransplantatie. Een ander voorbeeld is het gebruik van erytropoëtine (epo), al dan niet legaal, waarmee het gehalte aan rode bloedcellen in het perifere bloed kan worden verhoogd. Bij sommige nierziekten kan een tekort aan epo ontstaan (epo wordt in de nier aangemaakt) met anemie als gevolg. Deze anemie kan goed met epo behandeld worden.

(SPFJGBDUPSFO
FO
EJGGFSFOUJBUJF Uit onderzoek van hemopoëtische cellen in weefselkweek blijkt dat de regulering van de hemopoëse tot stand komt door een groep van glycoproteïnemoleculen, de HEMOPOpTISCHE GROEIFACTOREN (‘COLONY STIMULATING FACTORS’,#3&;KOLONIESTIMULERENDEFACTOREN) (tabel 12.2). Onderscheiden worden: r CSF-gm (voor granulocyten én monocyten);

r r r r r r

G-CSF (alleen voor granulocyten); M-CSF (alleen voor monocyten); IL-5 (voor eosinofielen); erytropoëtine (voor erytrocyten, CFU-E); verschillende interleukinen (voor stamcellen (IL-1), voor B- en T-lymfocyten (IL-4, IL-2); trombopoëtine en IL-3 voor trombocyten (CFUMeg).

Deze groeifactoren bevorderen vooral de proliferatie van de gerichte stamcellen (CFU’s) en de daaruit ontstane voorlopercellen. Uit de voorlopercellen ontstaan uiteindelijk de respectievelijke typen rijpe bloedcellen (TERMINALEDIFFERENTIATIE). Productie van CSF vindt plaats door fibroblasten, endotheelcellen, stromacellen, macrofagen en lymfocyten. Door klonering van de genen voor de verschillende groeifactoren is het mogelijk geworden ze in vitro te produceren. Deze preparaten worden gebruikt voor verder onderzoek naar de proliferatie en

5BCFM

#FMBOHSJKLF
FJHFOTDIBQQFO
WBO
EF
WJKG
CFTU
CFLFOEF
IFNPQP¯UJTDIF
HSPFJGBDUPSFO
LPMPOJFTUJNVMFSFOEF
GBDUPSFO

/BBN

Factorproducerende cellen en genlocatie

#FMBOHSJKLTUF
CJPMPHJTDIF
BDUJWJUFJU

Granulocytkoloniestimulerende GBDUPS
($4'

.BDSPGBHFO
FOEPUIFFMDFMMFO
mCSPCMBTUFO
DISPNPTPPN


4UJNVMFFSU
EF
WPSNJOH
JO
WJWP
FO
JO
WJUSP
WBO
HSBOVMPDZUFO
7FSIPPHU
IVO
TUPGXJTTFling. Stimuleert leukemiecellen.

Granulocyt- en macrofaagkolonieTUJNVMFSFOEF
GBDUPS
(.$4'

5MZNGPDZUFO
FOEPUIFFMDFMMFO
mCSPCMBT- 4UJNVMFFSU
EF
WPSNJOH
JO
WJWP
FO
JO
WJUSP
UFO
DISPNPTPPN
 van granulocyten en monocyten/macrofagen.

.BDSPGBBHLPMPOJFTUJNVMFSFOEF
GBDUPS
.$4'

.BDSPGBHFO
FOEPUIFFMDFMMFO
mCSPCMBTUFO
DISPNPTPPN


Stimuleert in vitro de vorming van monocyUFONBDSPGBHFO
7FSIPPHU
EF
BOUJUVNPSBDtiviteit van macrofagen.

Interleukine-3

5MZNGPDZUFO
DISPNPTPPN


4UJNVMFFSU
EF
WPSNJOH
JO
WJWP
FO
JO
WJUSP
van alle myeloïde cellen.

&SZUSPQP¯UJOF
FQP

/JFSJOUFSTUJUJ¯MF
DFMMFO
CVJUFOTUF
TDIPST


DISPNPTPPN


4UJNVMFFSU
EF
WPSNJOH
JO
WJWP
FO
JO
WJUSP
van erytrocyten.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

12 BL OED



'JHVVS

LM-opname van het rode beenmerg. Zodra de pijpbeenderen zijn gevormd, tonen ze een inhoud die bijna volledig uit rood beenmerg bestaat; er zijn weinig vetcellen te bekennen. Daarin vindt men naast de voorloperstadia van de rode bloedcellen de voorlopers van granulocyten, monocyten en de megakaryocyten. 63 x (opname: E. Wisse).

differentiatie van de verschillende bloedcelreeksen. Ook worden ze gebruikt voor de hulp aan patiënten met hemopoëtische problemen, zoals na beenmergtransplantatie, bij anemie of bij leukopenie na radiotherapie.

#FFONFSH Het beenmerg bevindt zich in de mergholten van de lange pijpbeenderen en in de spongieuze holten van wervels en platte beenderen. Met het blote oog kunnen twee soorten mergweefsel worden onderscheiden: 1 ROOD, HEMATOGEENof ACTIEFBEENMERG, waarvan de kleur toe te schrijven is aan de aanwezigheid van de vele erytroblasten en erytrocyten in en buiten de vaten (fig. 12.6 en fig. 12.7); 2 GEELBEENMERG, dat rijk is aan vetcellen.

Bij pasgeboren kinderen is al het beenmerg rood en is het actief betrokken bij de bloedcelproductie. Bij volwassenen wordt rood beenmerg, behalve in de proximale epifysen van femur en humerus, nog gevonden op zes andere plaatsen, namelijk in het borstbeen (sternum), de wervels, de ribben, het sleutelbeen, de beenderen van het bekken en de spongieuze diploë van de schedelbeenderen. Bij een BEENMERGPUNCTIEwordt met behulp van een holle naald, na doorboring van de corticalis van het bot, een klein monster beenmerg opgezogen. Door analyse van de voorstadia kan men een indruk krijgen van de mate van nieuwvorming van cellen van de respectievelijke reeksen (erytrocytaire reeks, granulocytaire reeks enzovoort). Het gemeenschappelijke element van rood en geel beenmerg is het RETICULAIREBINDWEEFSELdat bij beide het basisweefsel (stroma) vormt.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

prenataal

1 2 B LO ED

postnataal

hemopoëse

beenmerg dooierzak wervel

lever

sternum milt

tibia

rib

femur

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 geboorte leeftijd in jaren foetus, aantal maanden definitieve erytropoëse

primordiale erytropoëse

megakaryopoëse granulopoëse lymfopoëse monocytopoëse

prehepatische fase hepatoliënale fase

medullaire fase

milt

3e maand 6e maand duur van de zwangerschap

lymfeklieren

9e maand

'JHVVS

Twee diagrammen met een overzicht van de gebeurtenissen tijdens de prenatale en postnatale hemopoëse. Boven: de rollen van de dooierzak, de lever, de milt en het beenmerg kennen een hoogtepunt op verschillende tijden. Na de geboorte zijn het de wervels, het borstbeen en de ribben die deze taak vervullen en zien we de hemopoëtische activiteit afnemen in het dijbeen en scheenbeen. Onder: de hemopoëse loopt niet synchroon voor alle typen bloedcellen: de erytropoëse komt eerst, de granulopoëse volgt en de lymfocyten en monocyten komen later.

3PPE
CFFONFSH 2OOD BEENMERG bestaat uit een STROMA van reticulair bindweefsel. In dat stroma liggen HEMOPOpTISCHE VEL DEN dan wel STRENGEN met voorstadia van bloedcellen te midden van wijde SINUSOtDEN. Tot het STROMA behoren, behalve de reticulumcellen, ook de endotheelcellen van de sinusoïden, de macrofagen en de vetcellen. De reticulumcellen zijn sterk vertakt en tonen gelijkenis met fibroblasten. Reticulumcellen fagocyteren niet of

nauwelijks. Ze bevatten organellen voor eiwitsynthese en produceren een uitgebreid netwerk van dunne collagene vezels type I en III (reticulaire vezels), en ook fibronectine, laminine en proteoglycanen. Fibronectine, laminine en hemonectine spelen een belangrijke rol bij de hechting van hemopoëtische cellen aan de STROMALE GRONDSUBSTANTIE. Tussen de endotheelcellen van de bloedvaten en in de mazen van het reticulaire bindweefsel bevinden zich veel macrofagen. Verder komen geïsoleerde groepjes vetcellen in het rode beenmerg voor; de overgang tussen rood en geel beenmerg is niet altijd scherp. De CELLEN van het stroma vervullen zowel mechanische als metabole functies. Ze vormen de grondstructuur van het hemopoëtische weefsel en begeleiden de bloedvaten. Ze reguleren de migratie van de bloedcellen en hun voorstadia. Stromacellen dragen bij aan het micromilieu dat de differentiatie van stamcellen in de verschillende soorten bloedcellen induceert. De interactie van stromale en hemopoëtische cellen verloopt via humorale GROEIFACTOREN of HEMOPOpTINEN (koloniestimulerende factoren). De haardjes waar erytrocyten en granulocyten worden gevormd, liggen evenals de megakaryocyten vrij in de mazen van het reticulum. Doordat in de erytrocytaire reeks al vroeg pycnose van de kern optreedt, zijn de ERYTROPOpTISCHECELHAARDEN in histologische preparaten van beenmerg gemakkelijk te herkennen aan de groepjes bij elkaar liggende donkere kernen. In of bij deze eilandjes ligt vaak een macrofaag, die de uitgestoten pycnotische kernen fagocyteert en ‘controle’ houdt over de ontwikkeling van de erytroblasten (fig. 12.9). De GRANULOPOpTISCHECELHAARDEN zijn veel lichter van kleur doordat verdichting van het chromatine pas in de rijpe cel gevonden wordt. Naast de genoemde celtypen komen in het beenmerg ook lymfocyten en plasmacellen voor. Wanneer de cellen in de hemopoëtische eilandjes het laatste stadium van de rijping hebben bereikt, komen ze de circulatie binnen door een actief proces (fig. 12.8). De sinusoïden hebben een discontinu endotheel, waarbuiten een eveneens discontinue basaal membraan met dunne collagene vezels ligt. De jonge bloedcellen passeren de sinusoïde wand door zich door mazen in de basaal membraan en tussen de endotheelcellen door te wringen. De AFGIFTE van rijpe cellen wordt gereguleerd door ‘RELEASING FACTORS’, die worden geproduceerd in reactie op de behoeften van het lichaam. Deze factoren omvatten onder andere het C3 uit de reeks van COMPLEMENTFACTOREN, glucocorticoïde en androgene hormonen en sommige bacteriële toxinen. Uit onderzoek is gebleken dat stamcellen uit het beenmerg mogelijk tot meer in staat zijn dan alleen

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

12 BL OED



myeloblast pro-erytroblast

promyelocyt basofiele erytroblast basofiele myelocyt in vroeg stadium

neutrofiele myelocyt in vroeg stadium

eosinofiele myelocyt in vroeg stadium

polychromatofiele erytroblast neutrofiele myelocyt in laat stadium

orthochromatofiele erytroblast (normoblast)

reticulocyt

erytrocyt (normocyt)

eosinofiele myelocyt in laat stadium

basofiele myelocyt in laat stadium

neutrofiele metamyelocyt

staafkernige neutrofiele granulocyt

segmentkernige (rijpe) neutrofiele granulocyt

eosinofiele metamyelocyt

rijpe eosinofiele granulocyt

rijpe basofiele granulocyt

'JHVVS

Rijpingsstadia van de erytrocytaire reeks (linkerkolom) en de drie granulocytaire reeksen, onderverdeeld in de basofiele (rechts), eosinofiele (midden) en neutrofiele reeks (links). De illustraties zijn gebaseerd op beelden die zijn verkregen na Giemsa-kleuring. De reticulocyt daarentegen is weergegeven naar het beeld na behandeling met briljant cresylblauw, waarbij het RNA in deze cel in de vorm van een karakteristiek netwerk (reticulum) wordt neergeslagen.



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 2 B LO ED

20 uur

pro-erytroblast

20 uur

basofiele erytroblast

concentratie (%)

100

RNA

80 60 40 20 0

hemoglobine 60

40 20 rijping (kernareaal in μm2)

80

25 uur

polychromatofiele erytroblast

0

tot hier celdelingen hierna geen celdelingen meer 30 uur

orthochromatofiele erytroblast (normoblast) 3 dagen reticulocyt pycnotische kern

120 dagen

erytrocyt

'JHVVS

Het rijpingsproces van de erytrocyt. Met de stippeling van het cytoplasma wordt de hemoglobineconcentratie aangegeven; deze neemt voortdurend toe van het pro-erytroblaststadium tot het erytrocytstadium. Parallel hieraan vinden een afname van het kernvolume en een toenemende condensatie van het chromatine plaats. Dat leidt uiteindelijk tot een pycnotische kern die in zijn geheel wordt uitgestoten (onder in beeld). De aangegeven tijden betreffen gemiddelde waarden voor de verblijfsduur in een bepaald compartiment. In de grafiek middenboven zijn de maximale concentraties van RNA en hemoglobine op 100% gesteld. De pro-erytroblast bevat veel vrije ribosomen, waarvan het aantal (en de basofilie) afneemt naarmate de concentratie hemoglobine (en de eosinofilie) toeneemt.

bloedcelvorming. Ook andere celtypen (epitheelcellen, zenuwcellen, hartspiercellen) zouden hieruit tot ontwikkeling kunnen komen. Die zouden dan voor (re)transplantatie naar de beenmergdonor kunnen worden gebruikt, zonder risico van afstotingsreacties (donor en ontvanger zijn immers identiek). De procedure zou als volgt kunnen verlopen: beenmergcellen worden in vitro gestimuleerd met passende groeifactoren, die de differentiatie sturen in

de richting van het voor transplantatie gewenste celtype; daarna worden de cellen geoogst en weer aan de patiënt toegediend (patiënt is donor én ontvanger). De FUNCTIESvan het rode beenmerg zijn: r productie van bloedcellen van de myeloïde lijn; r eliminatie en afbraak van versleten erytrocyten en opslag van ijzer en ijzerhoudende verbindingen daaruit;

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

12 BL OED



B P LPe

Oe

Pe

B

C

D

E

F

'JHVVS

LM-opnamen van beenmerg: B een grote pro-erytroblast (P) met een sterker basofiel cytoplasma; C iets kleinere basofiele erytroblast (B); D typische polychromatofiele erytroblast (Pe) met een late variant (LPe); E orthochromatofiele erytroblast (Oe), bijna gelijk gekleurd als de erytrocyten rondom; F reticulocyten, die hun vrije ribosomen nog niet geheel verloren hebben, cresylblauwkleuring, 1400 x.

r r

productie van voorlopercellen voor T-lymfocyten, die in de thymus prolifereren en differentiëren tot rijpe T-cellen, waarna ze aan het bloed worden afgegeven; productie van B-cellen, die zich primair in het beenmerg ontwikkelen en aan het bloed worden afgegeven, waarna verdere proliferatie en differentiatie elders volgen.

kan de bloedcelvorming zich in enkele dagen naar het gele beenmerg uitbreiden door de vestiging van nieuwe stamcellen. Het gele merg wordt dan weer getransformeerd tot actief hemopoëtisch weefsel en wordt met het terugdringen van de vetcellen weer rood beenmerg.

&SZUSPQP¯TF

(FFM
CFFONFSH


Uitgaande van de #&5 % (‘colony forming unit-erythrocyte’), de gerichte stamcel van de ‘rode reeks’, kunnen de volgende stadia worden onderscheiden: PRO ERYTROBLAST, BASO¹ELE ERYTROBLAST, POLYCHROMATO ¹ELE ERYTROBLAST, NORMOBLAST of ORTHOCHROMATO¹ELE ERYTROBLAST, RETICULOCYT en RIJPE ERYTROCYT (NORMOCYT) (fig. 12.10). In het algemeen spreekt men bij de bloedcelvorming van een rijpe cel wanneer deze alle bij het celtype behorende specifieke functies kan uitoefenen. Bij de rode reeks omvat het RIJPINGSPROCES: r de vorming van hemoglobine; r de ontwikkeling van de erytrocyt, die een zo groot mogelijk oppervlak heeft voor optimale diffusie van O2 en CO2, bij een laag cytoplasmatisch volume (dus een biconcaaf schijfje).

In GEEL BEENMERG domineren de vetcellen, hoewel verspreid eilandjes van bloedcelvorming kunnen voorkomen. Te midden van vetcellen en reticulumcellen komen verspreid macrofagen voor. Bij een verhoogde behoefte aan bloedcellen, bijvoorbeeld na sterk bloedverlies of bij een dalend zuurstofaanbod,

Gedurende de rijping van de cellen van de rode reeks treden de volgende cytologische veranderingen op. 1 Het volume van de cel neemt af. 2 De nucleoli nemen af in grootte en verdwijnen uiteindelijk.

Het opruimen van oude rode bloedcellen geschiedt door macrofagen in de milt, lever en beenmerg. Hemoglobine wordt daarbij afgebroken tot bilirubine, waarbij onder andere ijzer vrijkomt. Dat ijzer wordt door het plasma-eiwit TRANSFERRINE getransporteerd naar het rode beenmerg. Daar kan het opnieuw worden gebruikt bij de vorming van nieuwe erytrocyten. IJzer wordt in het beenmerg als FERRITINE en HEMOSIDERINE opgeslagen in het cytoplasma van macrofagen, die centraal in de rode bloedeilandjes gelegen zijn. Het wordt daar aangeboden aan de jonge cellen van de rode reeks. Ferritine is een typisch intracellulaire vorm van ijzeropslag.

 3

4 5

6

F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 2 B LO ED

Het chromatine van de kern condenseert, totdat de kern ten slotte geheel pycnotisch is geworden en wordt uitgestoten. Het aantal vrije polyribosomen neemt geleidelijk af, met afnemende basofilie van het cytoplasma. Via het polychromatofiele stadium gaat dit over in een progressieve acidofilie als gevolg van de vorming en ophoping van hemoglobine. Het aantal mitochondriën daalt tot nul.

De ontwikkeling van een erytrocyt duurt vanaf de pro-erytroblast tot de afgifte van reticulocyten aan de bloedbaan ongeveer zeven dagen. Gezien de voortschrijdende veranderingen in de kern is in deze reeks nog slechts een beperkt aantal CELDELINGEN mogelijk. Het aantal celdelingen dat plaatsvindt tussen de pro-erytroblast en de rijpe erytrocyt, varieert van drie tot vijf. Het hormoon erytropoetine en stoffen als ijzer, foliumzuur en cyanocobalamine (vitamine B12) zijn essentieel voor de erytropoëse.

1PMZDISPNBUPmFMF
FSZUSPCMBTU
De polychromatofiele erytroblast is met een doorsnede van 12-14 μm weer iets kleiner dan de basofiele erytroblast. De KERNtoont een chromatinepatroon met grote heterochromatinesegmenten. Het CYTOPLASMA bevat inmiddels voldoende hemoglobine om acidofilie te veroorzaken. Tezamen met een nog steeds bestaande basofilie resulteert dit in een grauwpaarse kleur van het cytoplasma. In dit stadium ondergaat de cel nog een of twee delingen, waardoor een reductie van het aantal celorganellen tot stand komt. Het totaalaantal celdelingen in het stadium vanaf de erytroblast bedraagt drie tot vijf. De duur van de hele ontwikkeling bedraagt ongeveer een week. De glycoproteïne ERYTROPOpTINE, dat de ontwikkeling van de erytroïde reeks bevordert, stimuleert in feite de productie van mRNA voor globine. Globine is de eiwitcomponent van de hemoglobine en is essentieel voor de functie van erytrocyten.

0SUIPDISPNBUPmFMF
FSZUSPCMBTU
OPSNPCMBTU

1SPFSZUSPCMBTU
De pro-erytroblast, de eerste als zodanig herkenbare cel van de rode reeks, is een grote cel (14-17 μm in doorsnede) met alle kenmerken van een cel die actief eiwitten synthetiseert. De KERN heeft een fijne chromatinestructuur en er zijn een tot twee grote nucleoli. Het CYTOPLASMA is intens basofiel. Deze cel heeft het sterkst basofiele cytoplasma van alle beenmergcellen vanwege de talrijke vrije polyribosomen. De eiwitsynthese in het cytoplasma betreft in hoofdzaak de synthese van hemoglobine. Pro-erytroblasten en de cellen die daaruit ontstaan, krijgen IJZER toegevoerd in de vorm van het plasma-eiwit TRANSFERRINE. Door middel van receptorgemedieerde endocytose wordt het receptor-transferrinecomplex binnen de cel gebracht via ‘coated pits’, waarna ijzeratomen vrijkomen ten behoeve van de hemoglobinesynthese. IJzer kan ook aan erytroblasten worden overgedragen door MACROFAGEN, die in het centrum van een groepje erytroblasten, het erytroblasteneilandje, worden aangetroffen.

#BTPmFMF
FSZUSPCMBTU
De basofiele erytroblast heeft een geringere omvang (1316 μm) dan de pro-erytroblast, met een condenserende kern. Polyribosomen liggen door het cytoplasma verspreid. Hemoglobine wordt nog voortdurend gevormd; in het cytoplasma komen ophopingen van ferritine voor, niet alleen in de vorm van siderosomen (door een membraan omgeven), maar ook vrij in het cytoplasma. Basofiele erytroblasten ondergaan één mitotische deling.

Het laatste kernhoudende stadium van de erytrocytaire reeks heeft een doorsnede van 8-10 μm. De kern heeft een dicht gecondenseerd chromatine en is veel kleiner geworden. Het cytoplasma van deze cel is acidofiel door de hoge concentratie aan hemoglobine. Na enige tijd wordt de pycnotische kern in zijn geheel uit de cel uitgestoten. De uitgestoten kernen worden door macrofagen van het erytroblasteneilandje gefagocyteerd (fig. 12.11).

3FUJDVMPDZU
Wanneer de normoblast zijn kern heeft uitgestoten, wordt de overblijvende cel RETICULOCYT genoemd omdat deze bij kleuring met briljant cresylblauw een klein, netvormig neerslag van de ribosomen laat zien. Reticulocyten passeren de wand van de sinusoïden om in het circulerende bloed te worden meegevoerd. Onder pathologische omstandigheden, bijvoorbeeld bij een ijzertekort, is er een tekort aan de bouwstenen voor de hemoglobine, terwijl de celdelingen gewoon doorgaan. De gevormde cellen zijn dan te klein en hebben een te laag hemoglobinegehalte. Daardoor ontstaat een tekort aan circulerende hemoglobine. Men spreekt dan van een MICROCYTAIREHYPOCHROMEANEMIE. Omgekeerd, namelijk bij een tekort aan vitamine B12 of foliumzuur, is de celvermenigvuldiging gestoord, terwijl de hemoglobinesynthese gewoon doorgaat. Er worden dan weinig, maar te grote, erytrocyten geproduceerd, die sterk gevuld zijn met hemoglobine. Ook hier ontstaat

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

E1

E3

E4

12 BL OED



E2

M

'JHVVS

TEM-opname van het beenmerg van een rat. Er zijn vier erytroblasten te zien in opeenvolgende stadia van rijping van pro-erytroblast tot orthochromatofiele erytroblast (E1, E2, E3, E4). Bij het rijpen van de cel neemt de condensatie van het chromatine toe, terwijl de ophoping van hemoglobine de elektronendichtheid van het cytoplasma laat toenemen; het aantal mitochondriën (M) neemt geleidelijk af. 11.000 x.

een tekort aan circulerende hemoglobine; men noemt dit een MACROCYTAIRE HYPERCHROME ANEMIE. Aangezien bij deze vorm van anemie ijzertoediening niet effectief is, spreekt men ook wel van PERNICIEUZE (hardnekkige) ANEMIE. Het RETICULOCYTSTADIUM duurt 72 uur, waardoor de reticulocyt, gezien de lange levensduur van de erytrocyt (120 dagen), slechts enkele procenten van de erytrocytenpopulatie uitmaakt. Een stijging van dit percentage wijst op een verkorte levensduur van de rijpe erytrocyt en/of op een verhoogde aanmaak. Het aantal reticulocyten kan oplopen tot tientallen procenten van de erytrocytenpopulatie (RETICULOCYTENCRISIS), bijvoorbeeld bij een anemie die op behandeling reageert.

)FU
FSZUISPO
Het erythron wordt gedefinieerd als het totaal van alle erytrocyten met hun voorstadia (met hun hemoglobine) en kan gezien worden als één functioneel systeem. De belangrijkste functie van dit systeem is het vervoer van O2 en CO2 en het op peil houden van een adequate O2-spanning in de weefsels. Uit in-vitro-onderzoek van hemopoëtische cellen is gebleken dat de pluripotente stamcel zich kan differentiëren tot een zogenoemde ‘BURST FORMING UNIT ERYTHROCYTE’ ("&5 %), waaruit in de kweek door proliferatie (‘mitotic burst’) ophopingen van erytroïde cellen ontstaan. Deze gerichte stamcel differentieert zich tot ‘COLONY FORMING UNIT ERYTHROCYTE’



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 2 B LO ED

bottrabekel leukocyten

erytrocyten

megakaryocyt

stroming iren illa bloedcap

B

endotheliale cellen

trombocyten

'JHVVS
 B LM-opname van rood beenmerg gestimuleerd door bloedverlies. Mitosen zijn aangegeven met pijlen. Linksonder een erytropoëtische haard, rechtsboven granulocytopoëse. De meeste onrijpe granulocyten bevinden zich in het myelocytstadium. Ze bevatten nog grote donkergekleurde azurofiele korrels en al kleine, minder sterk aangekleurde specifieke granula. Giemsa-kleuring. C Na de vorming en de rijping in het beenmerg van onder andere de gewrichtskop komen bloedcellen in de circulatie. Daarbij is er een kleine hindernis: de wand van de bloedcapillairen (sinusoïden) in het beenmerg. Aangenomen wordt dat de wand hiervan gaten vertoont, waar de witte bloedcellen door kunnen kruipen met een eigen, actieve verplaatsing. Erytrocyten kunnen dat niet en worden waarschijnlijk door druk van binnenuit in de circulatie gebracht. Megakaryocyten vormen lange slierten met aaneengeregen trombocyten, die uitsteken in de sinusoïden en de plaatjes van tijd tot tijd loslaten. myeloblast

promyelocyt

myelocyt azurofiele granula (blauw)

geen cytoplasmatische granules

eerste azurofiele granula in cytoplasma

metamyelocyt specifieke granula (roze)

talrijke azurofiele granula en specifieke granula in cytoplasma

talrijke specieke granula en azurofiele granula in het cytoplasma

'JHVVS

De granulocyten maken hun granula aan via het RER en het Golgi-apparaat. De azurofiele granula worden eerst gevormd, de specifieke granula komen later. In de rijpe cellen verdwijnen het RER en het Golgi, zodat de cellen hun vermogen voor het aanmaken van granula verliezen. Als ze de granula verbruiken, zoals gebeurt bij hun rol in een infectie, gaan ze te gronde.

(#&5 %), die op zijn beurt de directe voorlopercel van de pro-erytroblast is. Deze voorlopercel heeft receptoren voor ERYTROPOpTINE, een belangrijke stof voor de regulering van de erytropoëse. Erytropoëtine wordt gevormd door endotheelcellen van de peritubulaire capillairen in de nier (zie hoofdstuk 18). Wanneer de capaciteit van het

erythron tekortschiet en de zuurstofvoorziening van de weefsels (met name in de nier) deficiënt dreigt te worden in een toestand van HYPOXIE, wordt de productie van erytropoëtine verhoogd. Onder invloed van erytropoëtine neemt het aantal erytropoëtische haarden in het beenmerg toe en worden erytrocyten versneld afgegeven

C

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

aan de bloedbaan, waarmee de capaciteit van het erythron wordt hersteld. 7EEFSELHYPOXIE kan voorkomen bij personen die zich naar grote hoogte verplaatsen, waar de atmosferische zuurstofspanning laag is en bij patiënten met chronische disfunctie van de longen, waarbij onvoldoende gaswisseling kan plaatsvinden, met als gevolg een afname van de capaciteit van het erythron. Een soortgelijke situatie bestaat na sterk bloedverlies. IJzer, vitamine B12 en foliumzuur zijn belangrijk voor een goed functioneren van het erythron en zijn regelsystemen. Androgene hormonen (anabole steroïden) hebben een stimulerend effect op de erytropoëse.

(SBOVMPDZUPQP¯TF De MYELOBLAST is de eerst herkenbare, gerichte stamcel van de granulocytaire reeks. Via delingen ontstaan uit de myeloblast de PROMYELOCYT, en dan de MYELOCYT (fig. 12.8 en fig. 12.12-12.14). Van de myelocyt kunnen, naar gelang de soort van specifieke granula, een NEUTRO¹ELE, een EOSINO¹ELEof een BASO¹ELEvorm worden onderscheiden. De overgang van de myelocyt naar het volgende stadium, de METAMYELOCYT, wordt nog door een deling gekenmerkt. De metamyelocyt deelt zich niet meer. Bij de verdere rijping ontstaat uit de metamyelocyt één STAAFKERNIGEGRANULOCYTen ten slotte één RIJPEGRANULOCYT(NEUTRO¹EL, EOSINO¹ELof BASO¹EL). Onder normale omstandigheden worden alleen de laatste twee stadia in het circulerende bloed waargenomen. De duur van de vorming van een rijpe PMN (polymorfonucleaire granulocyt) is tien tot veertien dagen. Tijdens zijn ontwikkeling deelt de cel ongeveer vijf keer.

.ZFMPCMBTU De myeloblast meet 10-15 μm in doorsnede en heeft een grote bolvormige KERNmet een fijn verdeeld chromatine en één tot drie nucleoli. Het CYTOPLASMA is niet zeer uitgebreid en minder basofiel dan dat van de pro-erytroblast. In het elektronenmicroscopisch beeld vallen veel mitochondriën, vrije ribosomen en verspreide cisternen van het RER op. Granula zijn nog niet aanwezig.

1SPNZFMPDZU De promyelocyt is meestal groter dan de myeloblast (tot 20 μm in doorsnede). Op de megakaryocyt na, is het de grootste cel in het beenmerg. De kern heeft een wat grovere chromatinestructuur dan de myeloblast; de

12 BL OED



nucleoli zijn opvallend. Het RER en het Golgi-complex zijn goed ontwikkeld. Het cytoplasma van de promyelocyt is meer basofiel dan dat van de myeloblast en bevat veel (niet-specifieke) AZURO¹ELEGRANULA. Deze azurofiele granula bevatten lysosomale enzymen.

.ZFMPDZU De myelocyt is een cel met een wisselende grootte (diameter van 10-15 μm). De KERNis ovaal en ligt meestal excentrisch in de cel; het chromatinepatroon is vrij grof. De NEUTRO¹ELE MYELOCYT bevat talrijke (niet-specifieke) azurofiele granula te midden van de SPECI¹EKE GRANULA, die nu tot ontwikkeling komen. Bij de differentiatie van de granulocyt neemt het aantal azurofiele granula steeds af, daar ze alleen in het promyelocytenstadium worden gevormd en de cel nadien enkele delingen doormaakt. Bij de EOSINO¹ELE en de BASO¹ELE MYELOCYT komt slechts één type granula tot ontwikkeling. De drie granulocytaire reeksen tonen elk eenzelfde ontwikkelingspatroon: een differentiatiefase die met mitotische delingen gepaard gaat (van de myeloblast tot en met de myelocyt) en die vier tot zes dagen duurt, gevolgd door een iets kortere rijpingsfase waarin de cel zich niet meer deelt.

.FUBNZFMPDZU
De metamyelocyt wordt gekenmerkt door een boonvormige kern met een indeuking, die een eerste aanduiding is van het ontstaan van segmentatie. Het cytoplasma is meer roze dan dat van de blauwroze myelocyt. Door een toename van heterochromatine wordt het chromatinepatroon dichter van structuur; het kernvolume wordt kleiner. De metamyelocyt deelt zich niet meer: uit één metamyelocyt ontstaat dus uiteindelijk één rijpe granulocyt.

4UBBGLFSOJHF
HSBOVMPDZU
Bij voortschrijdende condensatie van de kern krijgt deze een langgerekte, enigszins gebogen vorm (staafkern). Deze kernvorm wordt normaliter bij 3-5% van de leukocyten in het perifere bloed gevonden. Bij versterking van de granulocytopoëse stijgt het percentage (zogenoemde linksverschuiving), waarbij soms ook enkele metamyelocyten kunnen verschijnen.

,JOFUJFL
WBO
EF
OFVUSPmFMF
HSBOVMPDZUFO
Het beenmerg van een volwassen man van 70 kg produceert per dag circa 60 × 109 neutrofiele granulocyten.



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 2 B LO ED

5

L

6

MB

4 3 4

Oe

2

N

5 2

3

N

EM Oe 4

1

EMm

2

Oe N

6

4 Oe

5

'JHVVS

Twee foto’s van een beenmerg-uitstrijkpreparaat, waarbij de cellen zoals bij een bloeduitstrijkje op glas zijn gezet. Een plaatje voor fijnproevers: het onderscheiden van de verschillende ontwikkelingsstadia van de granulocyten vraagt specialistische kennis. Zij kunnen in de bovenstaande figuren de volgende celtypen onderscheiden: EM = eosinofiele myelocyten 1 = promyelocyt EMm = metamyelocyt 2 = myelocyt L = lymfocyt 3 = late myelocyt MB = myeloblast 4 = metamyelocyt N = nucleoli 5 = bandcellen Oe = orthochromatofiele erytroblast 6 = bijna rijpe neutrofielen pijl = cel in mitose

Dit is van eenzelfde orde van grootte als de productie van rode cellen, die per dag op circa 200 × 109 kan wor den geschat. Ondanks deze vergelijkbare productie is het aantal granulocyten in het bloed aanzienlijk lager

dan het aantal erytrocyten. Dit hangt onder andere samen met een aanzienlijk verschil in levensduur van de cellen (enkele dagen versus 120 dagen) en het feit dat granulocyten uiteindelijk de bloedbaan verlaten.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

Zoals in figuur 12.15 wordt getoond, kunnen de neutrofielen en hun voorlopers in vier verschillende compartimenten voorkomen: 1 het MEDULLAIRE VORMINGSCOMPARTIMENT, waar nieuwe neutrofielen worden aangemaakt en rijpen, en dat kan worden onderverdeeld in een delingscompartiment en een rijpingscompartiment; 2 het MEDULLAIREOPSLAGCOMPARTIMENT; 3 het COMPARTIMENTVANHETCIRCULERENDEBLOED; 4 het COMPARTIMENTVANDEMARGINERENDECELLEN: dit zijn cellen die zich weliswaar in het perifere bloed bevinden, maar tijdelijk niet circuleren, omdat ze aan de vaatwand kleven, of omdat ze zich bevinden in capillairen die niet doorstroomd worden.

12 BL OED

beenmerg

mitosen: stamcel myeloblast promyelocyt myelocyt rijping: metamyelocyt staafkernige granulocyt segmentkleurige (rijpe) granulocyt

3FHVMFSJOH
WBO
EF
HSBOVMPDZUPQP¯TF Hoe de productie van granulocyten wordt gereguleerd, is nog onbekend. Waar bij de rode bloedcellen een

1

2

opslag

De VERBLIJFSDUUR in de respectieve compartimenten is enigszins verschillend. Deze bedraagt in het delingscompartiment circa vier dagen, in het rijpingscompartiment circa drie dagen en in het opslagcompartiment enkele dagen. Vanuit het opslagcompartiment bereiken de neutrofielen het bloed tussen de endotheelcellen door of dwars door de dunne delen van het endotheel. In het perifere bloed verkeert ongeveer de helft van de cellen in het circulerende compartiment en de andere helft in het marginerende compartiment. Er is een constante uitwisseling tussen beide compartimenten. Vervolgens verlaat de granulocyt door DIAPEDESE de bloedbaan en verblijft dan gemiddeld ongeveer twee dagen in de weefsels of lichaamsholten om daarna door apoptose te gronde te gaan(fig. 12.16). Toename van het aantal neutrofielen in het bloed (GRANULOCYTOSEof NEUTRO¹LIE) kan op een aantal manieren tot stand komen. Sterke fysieke inspanning of injectie van adrenaline laat de marginerende cellen terugkeren naar het circulerende bloed. Bij een acute ontstekingsreactie treedt snel een neutrofilie op als gevolg van het vrijkomen van grote aantallen neutrofielen uit het medullaire opslagcompartiment. Hierbij verschijnen ook onrijpe vormen zoals staafkernige neutrofielen in het circulerende bloed. Deze neutrofilie is echter van voorbijgaande aard en wordt gevolgd door een ‘herstelperiode’ waarin gedurende enige tijd weinig neutrofielen meer vrijkomen (compensatoire NEUTROPENIE). Houdt de ontsteking aan, dan leidt een verhoogde productie tot een nieuwe stijging van het aantal granulocyten (neutrofilie), die voor de duur van de ontsteking blijft bestaan.



bloed 4

marginerende cellen

circulerende cellen 3

migratie naar migratie naar lichaamsholten bindweefsel

'JHVVS


Functionele compartimenten van de neutrofiele granulocyten. De grootte van elk compartiment is niet in verhouding met het aantal cellen in elk van deze compartimenten. Na migratie uit de bloedbaan in de weefsels gaan deze cellen binnen één tot twee dagen te gronde. 1 Vormingscompartiment in het beenmerg. 2 Opslagcompartiment in het beenmerg. 3 Compartiment van het circulerende bloed. 4 Compartiment van de marginerende cellen.

onvoldoende O2-voorziening in de nier het signaal vormt voor afgifte van erytropoëtine, is een vergelijkbaar signaleringssysteem voor granulocyten onbekend. Wel staat vast dat de productie afhankelijk is van de eerder in dit hoofdstuk genoemde hemopoëtische groeifactoren (GM-CSF, G-CSF). Aangezien endotheelcellen een belangrijke bron van CSF zijn, zou – strikt hypothetisch – het aantal cellen in het marginerende compartiment en hun interactie met de endotheelcellen een signaleringssysteem kunnen vormen dat de productie van CSF en daarmee de omvang van de granulocytopoëse in het beenmerg bepaalt.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 2 B LO ED

endotheelcellen selectineligand integrinen

neutrofiel

3 lumen van het bloedcapillair 2 4

selectinen

1

pro-inflammatoire cytokinen

integrinereceptoren (ICAM-1)

5

bindweefsel geactiveerde macrofaag

'JHVVS

Infecties en verwondingen gebeuren vaak in het bindweefsel. De bloedcapillairen ter plaatse reageren op een dergelijk proces, doordat geactiveerde macrofagen in het bindweefsel pro-inflammatoire cytokinen (IL-1, TNF-α) afscheiden (1), die de expressie van selectinen op de luminale plasmamembraan van de endotheelcellen opwekken. Neutrofielen die langskomen, zullen hierdoor de neiging hebben aan de vaatwand te gaan plakken, waardoor ze (zolang ze niet echt vastplakken) op het endotheel gaan rollen (2). Als de reactie in hevigheid toeneemt, zullen de neutrofielen via hun integrinen vasthechten (3) aan de integrinereceptoren op het endotheel (ICAM-1). Daarna zullen ze door de vaatwand naar buiten kruipen (= diapedese) om zich in het weefsel bezig te houden met het opruimen van bacteriën en/of celresten.

,EUKEMIEpN zijn aandoeningen waarbij er een pathologische klonale expansie is van voorlopercellen van leukocyten. Afhankelijk van de betrokken lijn spreekt men van lymfocytaire dan wel myeloïde of monocytaire leukemie. Door de excessieve ophoping van deze maligne cellen wordt de productie van andere celtypen in het beenmerg vaak verdrongen met als gevolg anemie en een verhoogde gevoeligheid voor infecties (granulocytopenie). Door middel van een BEENMERGPUNCTIEkan een vermoedelijke diagnose (gesteld op basis van het bloedbeeld) vaak worden bevestigd. Met een naald wordt een beetje beenmerg uit bijvoorbeeld het sternum geaspireerd, waarna het preparaat op een glaasje wordt uitgestreken en gefixeerd. Met behulp van specifieke monoklonale antistoffen gericht tegen merkers op leukemische cellen kan het preparaat dan verder worden geanalyseerd en kan een nauwkeuriger diagnose worden gesteld.

.POPDZUPQP¯TF Hoewel de voorstadia van de monocyt in histologische preparaten van het beenmerg vrijwel niet te onderscheiden zijn van de vroege voorstadia van de andere bloedcelreeksen, staat vast dat pluripotente stamcellen zich via myeloblasten (gerichte stamcellen, CFU-GM) differentiëren tot MONOBLASTEN. De monoblast is een grote (20 μm) basofiele cel met een grote, lichte kern en een duidelijke nucleolus. Deze cel deelt zich in PROMO NOCYTEN, eveneens grote cellen (15 μm) met een matig grote, ingedeukte kern en een basofiel cytoplasma. Promonocyten delen twee keer om monocyten te vormen. Er is een groot aantal (niet-specifieke) azurofiele korrels (lysosomen). Uit promonocyten ontstaan door deling MONOCYTEN, die vervolgens in het bloed terechtkomen. Monocyten kunnen zich op beperkte schaal nog delen in de weefsels, zoals aangetoond

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

werd voor de lever. In de bloedbaan heeft de monocyt waarschijnlijk geen functie, maar wanneer hij door diapedese de bloedbaan heeft verlaten, kan hij zijn fagocyterende eigenschappen ontplooien en wordt hij MACROFAAG.

.POPOVDMFBJSFGBHPDZUFOTZTUFFN Monocytafgeleide macrofagen komen overal verspreid in het lichaam voor. Monocyten en de afgeleide macrofagen vormen tezamen met hun voorlopers, op grond van hun ontogenetische relatie, één familie van cellen, die het MONONUCLEAIRE FAGOCYTENSYSTEEM (-03) wordt genoemd (tabel 12.3). Tot dit systeem behoren behalve de monoblast en de promonocyt in het beenmerg, de monocyt in het stromende bloed en alle daarvan afgeleide macrofagen in de weefsels. In bindweefsel komt de macrofaag voor als BINDWEEFSELMACROFAAG (ook HIS TIOCYTgenoemd), in de long als alveolaire macrofaag of LONGMACROFAAG, in lymfeklieren, milt en beenmerg als VRIJE MACROFAAG en in sereuze holten bijvoorbeeld als BUIKHOLTEMACROFAAG. In bindweefsel kunnen bepaalde uit het beenmerg afkomstige voorlopercellen van mononucleaire fagocyten door fusie overgaan in OSTEOCLASTEN. Ook de MICROGLIACELLEN in het centraal zenuwstelsel zijn afkomstig van via het bloed aangevoerde mononucleaire fagocyten. Osteoclasten en microgliacellen worden daarom eveneens tot het mononucleaire-fagocytensysteem gerekend. Tot het systeem behoren ook de ‘TINGIBELE +yRPER° MACROFAGEN in de lymfoïde organen. Bij een ontstekingsreactie ten gevolge van de aanwezigheid van een ‘vreemd lichaam’(corpus alienum, bijvoorbeeld een glassplinter) kunnen macrofagen zich als een aaneengesloten formatie rangschikken: ze worden dan tot EPITHELOtDECELLEN; soms fuseren ze tot zeer grote VEELKERNIGE VREEMDLICHAAMREUSCELLEN (‘FOREIGN BODYGIANTCELLS’) in een poging het vreemde lichaam in te kapselen. Binnen het mononucleaire-fagocytensysteem wordt onderscheid gemaakt tussen twee mogelijke sublijnen, die sterk in fagocyterend vermogen verschillen, maar beide van de monoblast afkomstig zouden zijn. Naast de sterk fagocyterende elementen van het mononucleaire-fagocytensysteem in engere zin, onderscheidt men een populatie van DENDRITISCHECELLEN (‘dendritic cells’). Dit celtype is diffuus verspreid in alle organen en weefsels van het lichaam. Dendritische cellen zijn vooral bekend in lymfoïde organen, waar ze als INTERDIGITERENDECELLENzijn beschreven. Opvallend

12 BL OED



5BCFM

)FU
NPOPOVDMFBJSFGBHPDZUFOTZTUFFN Stamcel

Beenmerg

↓ (FSJDIUF
TUBNDFM ↓ .POPCMBTUFO ↓ Promonocyten ↓ .POPDZUFO

Perifeer bloed

↓ .BDSPGBHFO

Weefsels: Normale toestand #JOEXFFGTFM
NBDSPGBBH
IJTUJPDZU

-POH
BMWFPMBJSF
NBDSPGBBH

-ZNGFLMJFSFO
NBDSPGBBH

.JMU
NBDSPGBBH

#FFONFSH
NBDSPGBBH

4FSFV[F
IPMUFO
QMFVSBMF
FO
QFSJ UPOFBMF
NBDSPGBHFO

-BNJOB
QSPQSJB
EBSN
NBDSPGBBH

#PU
PTUFPDMBTU

;FOVXXFFGTFM
NJDSPHMJBDFM

4ZOPWJB
DFM
WBO
UZQF
"

"OEFSF
PSHBOFO
XFFGTFMNBDSPGBBH

Ontsteking Exsudaatmacrofaag Residentmacrofaag &QJUIFMP«EF
DFM Veelkernige reuscel 7SFFNEMJDIBBNSFVTDFM

kenmerk in deze organen is de nauwe relatie tussen dendritische cellen met hun uitlopers en omringende lymfocyten (T-cellen). Men neemt aan dat het hier om ANTIGEENPRESENTERENDE CELLEN (!0#) gaat. Tot deze populatie behoren ook de Langerhans-cellen in de epidermis en de ‘sluiercellen’ (‘veiled cells’) in de afferente lymfe. Dendritische cellen hebben slechts een beperkt fagocyterend vermogen; ze zijn bij uitstek, als ‘professionele’ antigeenpresenterende cellen, in staat tot ‘antigen processing’.



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 2 B LO ED

In hoeverre alle macrofagen in het lichaam tot het MPS behoren, is nog steeds niet duidelijk. Door sommigen wordt een populatie van ‘RESIDENTE MACROFAGEN’ (weefselmacrofagen) onderscheiden, onder meer aanwezig in de lever (Kupffer-cellen), de milt, het beenmerg en de longen. Deze macrofagen zijn langlevend, hebben andere antilichaamspecificaties en andere enzymcytochemische specificaties en zijn zelfprolifererend. Recent onderzoek uitgevoerd in muizen heeft aangetoond dat deze residente macrofagen van embryonale origine (foetale lever en dooierzak) kunnen zijn en daarmee dus niet tot het MPS behoren.

-ZNGPDZUPQP¯TF De ontwikkeling en rijping van lymfocyten in het beenmerg wijkt sterk af van het patroon dat bij de myeloïde celreeksen wordt aangetroffen. In de myeloïde reeks ontstaan uit stamcellen blastcellen, die zich vermenigvuldigen en differentiëren tot rijpe eindcellen. Na afgifte aan het bloed zullen deze cellen zich niet meer delen. In de lymfoïde reeks ontstaan daarentegen lymfoblasten, die na twee of drie delingen lymfocyten vormen. Deze lymfocyten kunnen buiten het beenmerg opnieuw, na contact met antigeen, gaan prolifereren en differentiëren. Er zijn derhalve in de levensloop van de lymfocyt twee proliferatie- en differentiatiefasen: de eerste is antigeenonafhankelijk en speelt zich voor de B-lymfocyt af in het beenmerg en voor de T-lymfocyt grotendeels in de thymus. De tweede fase is antigeenafhankelijk en speelt zich voor zowel B- als T-lymfocyt af in de lymfoide organen. Naar analogie van de CFU-S, waaruit – in de milt – kolonies van de myeloïde reeks kunnen ontstaan (erytrocyten, granulocyten, monocyten), is ook het bestaan van een CFU-LY (CFU-lymfocyten) gepostuleerd als gemeenschappelijke gerichte stamcel voor B- en T-cellen. Alleen voor B-cellen zijn de voorstadia in het beenmerg geïdentificeerd. De ontwikkelingsreeks voor " LYMFOCYTEN kan als volgt worden beschreven. De PRO " LYMFOCYTontwikkelt zich uit een lymfoïde stamcel (CFU-LY). De pro-B-lymfocyt ziet eruit als lymfocyt, maar heeft geen aantoonbare hoeveelheid immunoglobulinen in het cytoplasma (cIg_), noch aan het celoppervlak (sIg_) (‘s’ staat voor ‘surface’). Door de aanwezigheid van bepaalde oppervlaktemerkermoleculen (onder andere CD-antigenen) kunnen deze cellen als toekomstige B-cellen worden herkend. Bij de differentiatie van pro-B-lymfocyten tot PRE " LYMFOCYTEN treden herschikkingen en mutaties op in de genengroepen van het DNA (de zogenoemde V-genen), die coderen voor het antigeenbindende V-deel (variabele deel) van het Ig-molecuul. Hierdoor

ontstaan pre-B-cellen die elk een eigen, van de andere pre-B-cellen verschillend, antigeenbindend fragment (antilichaamspecificiteit) hebben. De pre-B-lymfocyt ziet eruit als een lymfocyt en vormt in het cytoplasma μ-ketens; dit zijn de zogenoemde zware ketens van het immunoglobulinemolecuul IgM. Zowel pro-B- als preB-lymfocyten prolifereren. Nadat ook de lichte keten (L-keten) is gesynthetiseerd, worden complete immunoglobulinemoleculen aan het oppervlak tot expressie gebracht (sIg+). De RIJPE " CEL ziet eruit als een lymfocyt, heeft geen cytoplasmatisch Ig (cIg_), maar wel oppervlakte-IgM en -IgD (sIgM+, sIgD+); deze cel wordt aan het bloed afgegeven. Bij de verdere rijping kan er een overschakeling (switch) plaatsvinden naar productie van een andere zware keten (γ, α, ε), leidend tot vorming van antilichamen van de klasse IgG, IgA of IgE. Bij stimulatie door antigeen zal deze cel gaan prolifereren en differentiëren tot antilichaamvormende plasmacel; het IgD verdwijnt dan van het oppervlak. De rijpe B-cel toont duidelijke cisternen van RER in het cytoplasma. Bij verdere ontwikkeling tot plasmacel zal dit RER zich sterk vermeerderen en de cel zal dan een beeld laten zien van bijna volledige vulling met RER. In LM preparaten zal dit sterk basofiel kleuren. De ontwikkeling van de 4 LYMFOCYT start eveneens met de lymfoïde stamcel (CFU-LY), waaruit in het beenmerg de PROTHYMOCYT ontstaat. Deze komt via het bloed in de thymus terecht en gaat zich daar als THYMOCYT onder invloed van contacten met de thymusepitheelcellen en de door deze gevormde factoren differentiëren. Voorafgaand aan dit differentiatieproces heeft eerst nog een uitgebreide celvermenigvuldiging plaats. Thymocyten brengen de T-celreceptor (TCR), waarmee deze cellen antigenen kunnen herkennen, aan hun oppervlak tot expressie. Slechts een kleine – geselecteerde – minderheid van de in de thymus gevormde lymfocyten wordt als T-lymfocyten aan het bloed afgegeven en gaat dan de thymusafhankelijke gebieden van de lymfoïde organen bevolken (zie hoofdstuk 13).

5SPNCPDZUPQP¯TF Bij volwassenen ontstaan de bloedplaatjes in het rode beenmerg door fragmentatie van (een deel van) het cytoplasma van de (GRANULAIRE) MEGAKARYOCYT. Deze ontstaat uit de MEGAKARYOBLAST, die als gerichte stamcel ontstaat uit de pool van pluripotente stamcellen.

.FHBLBSZPCMBTU De megakaryoblast heeft een sterk variabele diameter (15-50 μm) en een grote eivormige of meer niervormige

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

12 BL OED



'JHVVS

LM-opname van het beenmerg van een volwassen rat na perfusiefixatie en plastic inbedding. De grote, meerkernige cellen zijn megakaryocyten. Naast talloze precursorcellen zijn enkele vetcellen zichtbaar, die hier nog niet in weefselverband verenigd zijn. Toluïdineblauwkleuring, 630 x (opname: E. Wisse).

diploïde kern met talrijke opvallende nucleoli. Het cytoplasma van deze cel is homogeen en sterk basofiel door een rijkdom aan vrije ribosomen. In de megakaryoblast voltrekt zich het proces van ENDOMITOSE, waarbij de gedupliceerde chromosomen binnen de cel blijven, met POLYPLOtDIE als gevolg. De aldus ontstane reusachtige megakaryocyt (tot 150 μm diameter) heeft een KERNdie 8, 16 of 32 maal het diploïde chromosoomaantal bezit. Het CYTOPLASMAvan de megakaryoblast bevat azurofiele granula, die uiteindelijk het granulomeer van de trombocyten zullen gaan vormen.

.FHBLBSZPDZU Bij de verdere rijping van de megakaryocyt (fig. 12.17) is er in het cytoplasma met een TEM een toename te zien van (gladde) membraanprofielen, die zogenoemde DEMARCATIEMEMBRANEN vormen. Dit is een systeem van samenhangende dubbelmembranen, dat ontstaat door fusie van blaasjes in het cytoplasma en door invaginatie van de oppervlaktemembraan. Hieruit ontwikkelen zich gebieden, de zogenoemde PROSPECTIEVEPLAATJESVELDEN, waarin bloedplaatjes met al hun organellen al zijn te herkennen. (Vergelijk een trombocyt met een postzegel die nog uit een vel moet worden losgescheurd.) Uit onderzoek met de

SEM is gebleken dat sliertvormige aanhangsels van megakaryocyten (plaatjeslinten) door openingen in het endotheel van de sinusoïden steken. Men heeft daarom wel verondersteld dat de plaatjes op deze wijze door de bloedstroom zouden kunnen worden meegenomen, waarbij één megakaryocyt enkele duizenden plaatjes kan genereren. De resterende celmassa sterft hierna af als een reuzenkern met een smalle zoom cytoplasma en wordt door macrofagen in het beenmerg gefagocyteerd. Bij bepaalde vormen van TROMBOPENIE,waarbij een tekort aan bloedplaatjes in de circulatie bestaat, blijven de bloedplaatjes aan het cytoplasma van de megakaryocyt gehecht en bestaat er klaarblijkelijk een defect van het loslaatmechanisme. Bloedplaatjes blijven ongeveer tien dagen in circulatie om daarna te gronde te gaan.

&NCSZPOBMF
IFNPQP¯TF Gedurende de intra-uteriene periode bestaan er drie elkaar overlappende fasen van hemopoëse: 1 een primordiale of prehepatische fase; 2 een hepatoliënale fase; 3 een medullaire of definitieve fase. Alle bloedcellen zijn van MESENCHYMALEOORSPRONG.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 2 B LO ED

1SJNPSEJBMF
PG
QSFIFQBUJTDIF
GBTF


.FEVMMBJSF
GBTF


Bij de mens verschijnen de eerste bloedcellen in het mesoderm van de dooierzak gedurende de derde week van de embryonale ontwikkeling. Er ontstaan nesten van mesenchymale cellen, zogenoemde BLOEDEILAND JES. Het endotheel van de eerste bloedvaten ontstaat hier ter plaatse uit de mesenchymcellen die het eilandje omgeven; de meer naar binnen gelegen cellen ronden zich af en differentiëren tot de stamcellen van het bloed. Door aaneensluiting van de endotheelcellen van de bloedeilandjes worden de eerste bloedvaten gevormd. Deze vaten gaan al snel verbindingen aan met het zich ontwikkelende vasculaire systeem van het embryo. Hierdoor ontstaat de mogelijkheid dat cellen die in de dooierzak zijn gevormd, in het lichaam van het embryo terechtkomen en daar gaan circuleren. De stamcellen van het bloed, die ontstaan in de bloedeilandjes, maken enkele delingen door in de vaten en differentiëren dan tot de PRIMITIEVE ERYTRO BLASTEN. Pas aan het einde van de primordiale fase van de bloedcelvorming komen kernloze erytrocyten voor na uitstoting van de kern in het late erytroblastenstadium. Gedurende deze primordiale fase bevat het bloed alleen de hiervoor genoemde cellen van de erytrocytaire reeks; er worden dan nog geen leukocyten of bloedplaatjes gevormd.

De eerste medullaire hemopoëse treedt, in vervolg op het verbeningsproces, op in het BEENMERG van het sleutelbeen (clavicula); de activiteit begint daar al bij de overgang van de tweede naar de derde maand van de embryonale ontwikkeling. Geleidelijk vindt de verbening en daarmee de bloedcelproductie ook elders plaats en in de vierde maand levert het beenmerg al een aanzienlijke bijdrage tot de productie van bloedcellen. Hierbij staat vooral aanmaak van erytrocyten, granulocyten en megakaryocyten op de voorgrond. De aanmaak van lymfocyten (beenmerg en thymus) en monocyten komt nu op gang.

)FQBUPMJ¯OBMF
GBTF
Deze periode begint in de tweede maand van de embryonale ontwikkeling, waarbij de bloedcelvorming zich concentreert in de LEVER en, in mindere mate, in de MILT. In het mesenchym, dat de entodermale aanleg van de LEVER omgeeft en binnendringt wanneer deze in celplaten wordt gerangschikt, verschijnen nu de eerste voorstadia van granulocyten en megakaryocyten en erytroblasten in hun definitieve vorm. De hemopoëse in de lever heeft zijn hoogtepunt tussen de derde en de zesde maand van de embryonale ontwikkeling. In de MILT worden in de eerste maanden van de ontwikkeling voornamelijk cellen van de erytrocytaire reeks geproduceerd; ook vindt hier productie van granulocyten en bloedplaatjes plaats, maar op veel kleinere schaal. Onder normale omstandigheden zijn bij volwassenen de lever en de milt geen hemopoëtische organen. De hemopoëse verdwijnt hier kort na de geboorte. Alleen onder pathologische omstandigheden kan de bloedcelvorming in lever en milt weer op gang komen (EXTRAMEDULLAIRE HEMOPOpSE, bijvoorbeeld bij leukemie of chronisch bloedverlies).

#-0&%
&/
#-0&%$&--&/

#MPFEQMBTNB Bloedplasma bestaat uit water en voor 10% uit opgeloste stoffen. Plasma-eiwitten dragen hierin voor 7% bij en anorganische zouten voor 0,9%; het restant bestaat uit organische stoffen van verschillende aard: aminozuren, glucose, vitaminen, hormonen, lipiden enzovoort. In de kliniek wordt fysiologische zoutoplossing gebruikt. Die bestaat uit een simpele oplossing van 0,9% NaCl, met een osmotische waarde van 310 mosmol, hetgeen overeenstemt met het bloed. De zuurgraad of pH wordt eventueel op 7,4 gebracht door toevoeging van een buffer. Via de wanden van capillairen en venulen (het microcirculatiesysteem) zijn de laagmoleculaire stoffen in het plasma in evenwicht met de interstitiële vloeistof (lymfe) van de weefsels. 0LASMA EIWITTEN zijn ALBUMINE, ? , @ EN E GLOBULINEN en ¹BRINOGEEN. Het ALBUMINEvormt kwantitatief het belangrijkste bestanddeel. Het speelt een grote rol bij de handhaving van de colloïdosmotische druk van het bloed (handhaven circulerend bloedvolume). Verschillende stoffen die niet of moeilijk oplosbaar zijn in water, kunnen door het bloedplasma worden getransporteerd wanneer ze gebonden zijn aan albumine of aan ? EN @ GLO BULINEN. Lipiden zijn onoplosbaar in het plasma. Ze worden omgeven met apoproteïnen, waarvan het hydrofobe deel aan de lipiden bindt en het hydrofiele deel naar buiten gericht is; daardoor blijft het lipoproteïnedeeltje hydrofiel. De E GLOBULINEFRACTIE bevat de antilichamen (IMMUNOGLOBULINEN, )G). &IBRINOGEEN is noodzakelijk voor de vorming van onoplosbaar fibrine, dat ontstaat als eindproduct van de enzymatische

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

stollingscascade. In de leverparenchymcellen worden niet alleen de γ-globulinen, maar ook deze eiwitten geproduceerd. Het albuminegehalte van het bloed kan worden beschouwd als een criterium voor een goed functionerende lever.

#MPFEDFMMFO ,MFVSJOH
WBO
CMPFEDFMMFO
Bloedcellen worden meestal bestudeerd in uitstrijkjes, die worden gemaakt door een druppel bloed dun uit te strijken op een objectglaasje. Het bloed moet gelijkmatig over het objectglas worden verdeeld, waarna het aan de lucht wordt gedroogd. In het middendeel van het preparaat liggen de cellen meestal zo uitgespreid dat hun cytoplasma en kern goed kunnen worden bestudeerd. De grotere leukocyten zijn vaak vooral aan de randen van het preparaat te vinden. Aan het einde van de negentiende eeuw is door 2OMANOWSKYeen kleuringstechniek ontwikkeld voor routineonderzoek van bloeduitstrijkjes. Hij gebruikte een combinatie van kleurstoffen met als componenten het korenbloemblauwe METHYLEENBLAUW, de purperviolette AZUREN (oxidatieproducten van het methyleenblauw) en het oranjerode EOSINE. Varianten hierop zijn de mengsels volgens Giemsa, Wright of Leishman. In West-Europa gebruikt men vrijwel overal de fixatie/kleurtechniek volgens May-GrünwaldGiemsa, doorgaans 'IEMSA KLEURING genoemd. Na kleuring kan een nadere bestudering van de bloedcellen plaatsvinden. Daarbij worden de volgende kleuringskenmerken onderscheiden: r affiniteit voor het methyleenblauw (een basische kleurstof), aangeduid als BASO¹LIE; r affiniteit voor het eosine (een zure kleurstof): ACIDO ¹LIE of EOSINO¹LIE; r affiniteit voor de azuren, AZURO¹LIE genoemd. Men spreekt van NEUTRO¹LIEwanneer er affiniteit bestaat voor meer dan een kleurstof, waarbij een zalmkleurige tot lila tint ontstaat.

&SZUSPDZUFO Zoogdiererytrocyten hebben geen kern; bij de mens zijn het BICONCAVE SCHIJFJES met een doorsnede van gemiddeld 7,5 μm. Aan de rand zijn ze 2,5 μm hoog en in het midden < 1 μm. Deze vorm vergroot het oppervlak ten opzichte van de inhoud en vergemakkelijkt de uitwisseling van gassen. Gezien hun tamelijk uniforme grootte kunnen ze als inwendige maatstaf (van

12 BL OED



7,5 μm) worden gebruikt om de grootte van andere cellen of onderdelen te bepalen. Onder pathologische omstandigheden komen er echter kleinere en grotere varianten voor. Bij een diameter van > 9 μm spreekt men van MACROCYTEN; bij een doorsnede van < 6 μm spreekt men van MICROCYTEN.De aanwezigheid van een hoog percentage erytrocyten met sterk uiteenlopende diameter, zoals bij sommige bloedziekten voorkomt, wordt ANISOCYTOSEgenoemd. De biconcave vorm van de erytrocyt vergroot het oppervlak, hetgeen de gaswisseling ten goede komt. Uit waarnemingen INVIVOis gebleken dat een erytrocyt in een nauw capillair of bij het passeren van een vertakking in het capillaire netwerk een sterke vervorming ondergaat, waarbij hij vaak komvormig wordt. (NB Een erytrocyt past net in het lumen van een capillair, zie hoofdstuk 11.) Aangezien erytrocyten gemakkelijk vervormbaar zijn, blijft de VISCOSITEITvan het bloed als geheel vrij laag, ondanks het feit dat het voor bijna de helft uit cellen bestaat. Erytrocyten kunnen sterk vervormen, zodat ze in een capillair dat bijna helemaal afgesloten is, toch kunnen passeren. Dit is een groot voordeel, omdat ze dan in moeilijke omstandigheden toch zuurstof naar de weefsels kunnen transporteren. Vogels, waarvan de erytrocyten nog een kern bezitten, kennen dit evolutionaire voordeel niet. De kern is een moeilijk vervormbaar onderdeel van de cel. Onder normale omstandigheden komen erytrocyten in het circulerende bloed voor in een concentratie van

.FEJTDIF
DPOUFYU Bij de TJLLFMDFMBOFNJF
wordt, ten gevolge van een puntmutatie in het DNA (het triplet GAA is vervangen door GUA), een ander aminozuur (glu -> val) in de β-keten van de hemoglobine ingebouwd. Hierdoor wordt de veranderde hemoglobine (HbS) bij lage zuurstofspanning verminderd oplosbaar en kan het in lange staafjes uitkristalliseren. Tevens worden de erytrocyten sterk vervormd en verliezen ze hun flexibiliteit
(fig. 12.18). In nauwe doorgangen, zoals in de miltsinusspleten, blijven deze cellen hangen en worden ze op grote schaal gefagocyteerd. Daardoor ontstaat anemie. Als gevolg van een verhoogde viscositeit van het bloed neemt de capillaire doorstroming af, met als gevolg ernstige weefselanoxie.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 2 B LO ED

B

C 'JHVVS
 B SEM-opname van normale erytrocyten van de mens. De biconcave vorm is goed te zien. De vorm vergroot het oppervlak en de zuurstofuitwisseling. 3300 ×. C SEM-opname van een vervormde rode bloedcel van een patiënt die homozygoot is voor het HbS-gen van sikkelcelanemie. 6500 ×.

gemiddeld 4,8 × 106/mm3 bij vrouwen en 5,4 × 106/mm3 bij mannen (tabel 12.4). Bij pasgeborenen liggen deze waarden wat hoger, terwijl de cellen ook groter zijn. )N VITROtonen erytrocyten in ontstold bloed een neiging tot het vormen van ‘geldrollen’ (‘rouleaux’), een merkwaardig, maar normaal verschijnsel. Hierdoor wordt het fenomeen van de BLOEDBEZINKING veroorzaakt. Onder pathologische omstandigheden kan dit proces worden versterkt, met als gevolg een verhoogde bloedbezinking. Erytrocyten zijn omgeven door een CELMEM BRAAN van het type ‘unit membrane’ (zie hoofdstuk 2). Deze membraan is een van de best onderzochte membranen, door het simpele feit dat deze gemakkelijk te verkrijgen is. Deze bestaat voor 40% uit lipiden (fosfolipiden, cholesterol, glycolipiden enzovoort), voor 50% uit eiwitten en voor 10% uit koolhydraten. Ongeveer de helft van de eiwitten bevindt zich in de lipidendubbellaag als INTEGRALE MEMBRAANEIWITTEN. Aan de buitenzijde bevinden zich de determinanten van de AB0-bloedgroepen als eindstandige suikers op membraanglycoproteïnen en -glycolipiden. Aan de binnenzijde − en met de binnenmembraan verbonden − bevindt zich een soort cytoskelet. Dit cytoskelet bestaat uit SPECTRINE en vormt een draderig netwerk.

Tezamen met ACTINEhelpt het de karakteristieke vorm van de erytrocyt in stand te houden. Om in een bepaald milieu te overleven, beschikken cellen over pomp- of transportmechanismen in de celmembraan. Die zorgen ervoor dat de elektrolyt- en waterhuishouding van de cel zich voortdurend aanpast. Zo beschikt de celmembraan over kalium- en fosfaatpompen (K+/Na+-ATP’ase) en een speciaal watertransportsysteem (aquaporine-1 en CHIP) waarmee ze 5BCFM

#MPFEDFMMFO
WBO
EF
NFOT Cellen

%JBNFUFS
×N

Aantal 

Erytrocyten

 
À
 /l bij manOFO


À
/l bij vrouwen

Leukocyten:


À
9/l

t
/FVUSPmFMFO





t
&PTJOPmFMFO





t
#BTPmFMFO





t
.POPDZUFO





t
-ZNGPDZUFO



5SPNCPDZUFO

 
HFNJEEFME
 

 9


À
 /l



FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

de omgevingstoniciteit kunnen waarborgen, vergelijkbaar met de tubuluscellen in de nier. Over de celmembraan wordt, op basis van een actief transport van kationen tegen een osmotische gradiënt in, het belangrijke verschil tussen kaliumen natriumconcentraties binnen de cel en in het bloedplasma onderhouden. De rijpe erytrocyt bezit geen organellen. De energie die nodig is voor het in stand houden van de ionengradiënt en het handhaven van de vorm van de erytrocyt, wordt verkregen door ANAEROBE GLYCOLYSE van in het cytoplasma aanwezig glycogeen. Door de grote rijkdom aan HEMOGLOBINE ((B) (die 96% van de vaste stof van de rijpe erytrocyt uitmaakt) en de basische eigenschappen van dit eiwit zijn erytrocyten sterk acidofiel. Afgezien van Hb bevatten erytrocyten een stroma van proteïnen en lipoproteïnen. Het Hb-molecuul bestaat uit twee subeenheden, die elk een haemgroep bevatten. De haemgroep is een porfyrinederivaat dat ijzer (Fe2+) bevat. Het normale Hb bestaat voor 95% uit vier monomeren van twee typen polypeptideketens, α en β genoemd. Het wordt aangeduid als HbA (adult Hb: α2β2). In de foetale periode worden, in plaats van β-ketens, γ-ketens geproduceerd en deze vormen HbF (foetaal Hb: α2γ2). Wanneer O2 of CO2 aan Hb bindt, ontstaan respectievelijk OXY(B en CARBAMINO(B. Deze verbindingen zijn instabiel. De verbinding van Hb met koolmonoxide, HbCO, is echter stabiel, zoals blijkt bij kolendampvergiftiging. Erytrocyten die net uit het beenmerg in de bloedstroom terecht zijn gekomen, bevatten nog enig RNA in verspreide polysomen. Daartussen kunnen zich nog enkele mitochondriën bevinden. De overige organellen zijn tijdens de laatste ontwikkelingsfase van de cel in regressie gegaan of uitgestoten. Met behulp van supravitale kleurstoffen (die toegepast worden op ongefixeerde preparaten), zoals briljant cresylblauw, kunnen deze ribosomen worden geprecipiteerd en gekleurd. Onder de microscoop tonen deze cellen een korrelig-draderige of meer netvormige structuur. Dat is de reden waarom ze RETICULOCYTENworden genoemd. Onder normale omstandigheden komen reticulocyten voor in een verhouding van ongeveer 1:100 ten opzichte van de rijpe erytrocyten. Reticulocyten maken in het perifere bloed een rijping van 24 tot 36 uur door, waarbij nog een beetje Hb (5%) wordt aangemaakt op de aanwezige polysomen. De erytrocyten van de mens hebben in de circulatie een LEVENSDUUR van circa 120 dagen. Oude (‘versleten’) erytrocyten worden in de

12 BL OED



milt- en beenmergsinussen getest op plooibaarheid en elektrische lading en eventueel gefagocyteerd en afgebroken door macrofagen. Eliminatie wordt geïnitieerd door afwijkingen in de suikergroepen die gebonden zijn aan de integrale eiwitten van de celmembraan. Bovendien raakt het systeem van anaerobe glycolyse uitgeput en gaat de cel zwellen, waardoor hij minder flexibel wordt.

.FEJTDIF
DPOUFYU "OFNJF is een aandoening waarbij de erytrocytenconcentratie onder de normaalwaarde daalt. Als het aantal rode bloedcellen per milliliter bloed is afgenomen, kunnen de weefsels minder goed van zuurstof voorzien worden. De symptomen variëren van moeheid en kortademigheid tot hartkloppingen. Anemie kan het gevolg zijn van een insufficiënte rode bloedcelproductie, bijvoorbeeld een ijzerdeficiëntie, of van een verlies van rode bloedcellen, bijvoorbeeld door een maagbloeding of hevige menstruaties. &SZUSPDZUPTF of QPMZDZUFNJF is een aandoening waarbij de erytrocytenconcentratie boven de normaalwaarde ligt. Een toegenomen hematocriet zorgt voor een toegenomen viscositeit van het bloed waardoor de circulatie door de capillairen bemoeilijkt wordt. Erytrocytose kan het fysiologisch gevolg zijn van het verblijf op grote hoogte, of van het gebruik van epo (erytropoëtine), bijvoorbeeld door topsporters.

-FVLPDZUFO De witte bloedcellen (leukocyten) kunnen als volgt worden onderverdeeld(fig. 12.19 en fig. 12.21). Afhankelijk van het al of niet voorkomen van GRANULA in het cytoplasma worden granulocyten en agranulocyten onderscheiden. Daarbij is er een indeling naar de structuur van de KERN: polymorfonucleaire cellen (met veelvormige kern) versus mononucleaire cellen (met één ronde of ovale kern). Op deze wijze onderscheidt men (polymorfonucleaire) granulocyten van (mononucleaire, agranulaire) lymfocyten en monocyten. Een derde indeling is gebaseerd op het DIFFERENTIATIEPROCES in het beenmerg: granulocyten en monocyten behoren tot de MYELOtDE LIJN, terwijl lymfocyten behoren tot de LYMFOtDELIJN, die zich ontwikkelt in de thymus en voor een deel ook in het beenmerg.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 2 B LO ED

B

C

D

E

F

G 'JHVVS

Opnamen van een humaan bloeduitstrijkje, gekleurd met Giemsa en met een planapochromaatlens (NA 1,43, 63 x ) met olie-immersie NA1,43 gefotografeerd met een eindvergroting van 630 x. Erytrocyten zijn ongeveer 7 Nm in diameter. B Een polymorfonucleaire granulocyt met drumstick (het kleine uitsteekseltje aan de kern). De granula in het cytoplasma zijn in de orde van grootte van het oplossend vermogen van de lens. Het onderscheid tussen azurofiele en specifieke granula kan hier niet worden gemaakt. C Een eosinofiele granulocyt met duidelijke eosinofiele granula en een gelobde kern. D Een basofiele granulocyt met veel granula, die de kern in het beeld bedekken. E Een monocyt met een duidelijke hoefijzervormige kern. F Een monocyt waarbij de kern al een beetje is gekanteld, maar de hoefijzervorm nog aanwezig is. G Een lymfocyt met een kern en een relatief geringe hoeveelheid cytoplasma, dat als een dun randje rond de kern ligt. (Opnamen: E. Wisse.)

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

'RANULOCYTEN bevatten twee soorten granula: de SPECI¹EKE granula en de NIET SPECI¹EKE of AZURO ¹ELE granula (lysosomen) (tabel 12.5). Op grond van hun kleuringseigenschappen worden de granulocyten onderverdeeld in NEUTRO¹ELEN, EOSINO¹ELEN en BASO¹ELEN. !GRANULOCYTEN missen de specifieke granula. Wel bevat hun cytoplasma soms azurofiele granula. Een uitzondering vormen de natural killer-cellen (NK-cellen), ook wel ‘large granular lymphocytes’ (LGL) genoemd. De diameter en de procentuele verdeling van de leukocyten in het bloed zijn weergegeven in tabel 12.4. Leukocyten zijn betrokken bij de AFWEERtegen binnengedrongen vreemde organismen, zoals bacteriën,

12 BL OED

virussen, parasieten, weefsel, implantaten. In het circulerende bloed zijn het ronde cellen. Na hechting aan een vaste onderlaag (de bloedvatwand) zijn ze in staat tot amoeboïde bewegingen en kunnen ze zich op deze wijze verplaatsen. Leukocyten kunnen de bloedbaan verlaten door tussen of door de endotheelcellen van capillairen te kruipen om zich in de extracellulaire matrix te begeven via het proces van DIAPEDESE. Het aantal leukocyten in het perifere bloed schommelt tussen 5 en 10 × 103/mm3. Bij de geboorte zijn er 15 tot 25 × 103/mm3 en deze waarde loopt in vier dagen terug tot 12 × 103/mm3. Rond het 12e levensjaar worden de volwassen waarden bereikt. Daarnaast doet zich met de leeftijd ook een opvallende verandering voor in de RELATIEVEFREQUENTIEvan

5BCFM

4BNFOTUFMMJOH
WBO
HSBOVMB
JO
HSBOVMPDZUFO
WBO
EF
NFOT Cel /FVUSPmFMFO

4QFDJmFLF
HSBOVMB

"[VSPmFMF
HSBOVMB

"MLBMJTDIF
GPTGBUBTF

Zure fosfatase

Collagenase

α-mannosidase

Lactoferrine

Arylsulfatase

-ZTP[ZN

EFFM

β-galactosidase

"OUJCBDUFSJ¯MF
CBTJTDIF
FJXJUUFO

β-glucuronidase ,BUIFQTJOF OVDMFPUJEBTF Elastase Collagenase .ZFMPQFSPYJEBTF -ZTP[ZN

EFFM

,BUJPOJTDIF
BOUJCBDUFSJ¯MF
FJXJUUFO

&PTJOPmFMFO

Zure fosfatase Arylsulfatase β-glucuronidase ,BUIFQTJOF Fosfolipase 3/BTF Peroxidase A.BKPS
CBTJD
QSPUFJO

#BTPmFMFO

&PTJOPmFMFODIFNPUBDUJTDIF
GBDUPS Heparine Histamine Peroxidase





F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 2 B LO ED

Golgi-complex

centriole azurofiel granulum (primair lysosoom)

secundair lysosoom fusie van azurofiel granulum met fagosoom (fagolysosoom) specifiek granulum

fagosoom met specifiek granulum fagosoom membraaninstulping met een bacterie (fagocytose)

'JHVVS

Enkele bijzonderheden van de ultrastructuur van de neutrofiele granulocyt. De granula zijn voortdurend in beweging; de microtubuli die hierbij betrokken zijn, stralen uit vanaf de centriolen. De richting van deze beweging is aangegeven met grote pijlen. Het onderste deel van de illustratie toont het proces van de intracellulaire vertering van een gefagocyteerde bacterie (kleine pijlen). De korrels fuseren met fagosomen. In de aldus ontstane fagolysosomen wordt de bacterie gedood en verteerd door de inwerking van de lytische enzymen van de specifieke en azurofiele granula.

de verschillende soorten leukocyten, zoals blijkt uit een DIFFERENTIpLE TELLING van de witte bloedcellen. Bij de geboorte bestaat er een numerieke meerderheid van de neutrofiele granulocyten, terwijl na de tweede week de lymfocyten al 60% van de leukocyten vormen; ze blijven het bloedbeeld domineren tot de kleuterleeftijd (RELATIEVE LYMFOCYTOSE). Hierna volgt weer een geleidelijke stijging van het percentage granulocyten tot bij 12- tot 14-jarigen de verhouding granulocyten/lymfocyten twee op één wordt. Die verhouding zal het verdere leven blijven bestaan (RELATIEVEGRANULOCYTOSE).

/FVUSPmFMF
HSBOVMPDZUFO
Neutrofiele granulocyten ontwikkelen zich in het beenmerg en worden bij een zekere rijpingsgraad aan de circulatie afgegeven. De KERNEN van alle granulocyten hebben een sterk gecondenseerd wandstandig heterochromatinepatroon. In een bloeduitstrijkje hebben neutrofiele granulocyten een kern bestaande uit twee tot vijf kernlobben (kernsegmenten), die met elkaar verbonden zijn door dunne chromatinebruggen. Onder normale

omstandigheden loopt het aantal segmenten van de kern parallel met de leeftijd van de cel (zie ook fig. 12.8). Indien het merendeel van de neutrofielen vijf of meer kernsegmenten bevat, spreekt men van HYPERSEGMENTA TIE. Onrijpe neutrofielen, die in een laag percentage in het perifere bloed worden aangetroffen, hebben een kern in de vorm van een hoefijzer (STAAFKERNIGEGRANULOCYT). Bij bepaalde anomalieën, zoals uitrijpingsstoornissen, kan hypersegmentatie ook bij jonge cellen optreden. Bij vrouwen kan het inactieve X-chromosoom zichtbaar zijn als een uitsteeksel van een van de kernlobben (‘DRUMSTICK’-FENOMEEN). Het CYTOPLASMAvan de neutrofiele granulocyt is gevuld met een groot aantal granula. In Giemsa-preparaten geeft dit een fijne korreling met een zalmroze kleur. Elektronenmicroscopisch zijn twee soorten granula te onderscheiden: de SPECI¹EKEen de (niet-specifieke)AZU RO¹ELE granula; beide typen zijn door een membraan omgeven. Circa 80% van de granula behoort tot de specifieke granula. Deze worden tijdens de rijping relatief laat gevormd. Ze bevatten onder andere het enzym alkalische

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

fosfatase (tabel 12.5). De 20% AZURO¹ELEgranula valt in het lichtmicroscopische beeld niet op. In het elektronenmicroscopische beeld zijn ze duidelijk groter en donkerder dan de specifieke granula. Azurofiele granula verschijnen al in het promyelocytenstadium van de rijping en nemen tijdens de delingen van de cel in aantal en grootte af (zie ook fig. 12.13). Azurofiele granula zijn primaire lysosomen: naast een aantal hydrolytische enzymen (onder andere lysozym) bevatten ze ook myeloperoxidase. Neutrofielen zijn tamelijk kortlevende cellen met een verblijfsduur in het bloed van zes tot zeven uur en een levensduur van een tot vier dagen in de weefsels. In de weefsels gaan neutrofielen uiteindelijk te gronde, waarna hun restanten door weefselmacrofagen worden gefagocyteerd. Neutrofielen maken deel uit van de niet-(immunologisch) specifieke afweer tegen binnengedrongen micro-organismen. Bij een ONTSTEKINGSREACTIE worden endotheelcellen van lokale bloedvaten geactiveerd, waarbij specifieke adhesiemoleculen tot expressie komen. Deze bevorderen de aanhechting van witte bloedcellen aan de vaatwand, waardoor er ter plaatse een verhoogde passage van leukocyten door de wand van de capillairen of venulen optreedt (diapedese, fig. 12.16). Er ontstaat dan een weefselinfiltraat van cellen die door de plaatselijk uitgescheiden stoffen worden aangetrokken in een proces dat chemotaxie wordt genoemd. In het interstitium FA GOCYTEREN ze daar aanwezige bacteriën en celresten; hun celoppervlak heeft voor dit proces receptoren voor immunoglobuline (Ig) en complement (C3b), die de herkenning en fagocytose bevorderen.

.FEJTDIF
DPOUFYU In het bloed van patiënten die een ernstige infectie doormaken, zijn de azurofiele granula groter: men spreekt wel van UPYJTDIF
LPSSFMJOH.
Het groot en prominent blijven van de azurofiele granula is een teken van versnelde celproductie en afgifte aan het bloed. Hierbij maken de cellen tijdens de rijping minder delingen door en ondergaan de korrels niet de reductie in aantal en grootte. Deze influx in het bloed van snel gerijpte cellen, die onder andere bij infectieziekten optreedt, geeft ook een verhoogde frequentie van TUBBGLFSOJHF
HSBOVMPDZUFO.
Deze relatieve toename van het aantal staafkernige granulocyten wordt MJOLT WFSTDIVJWJOH
genoemd: een oude term, die slaat op het gebruik van telformulieren, waarbij de jonge celvormen links werden genoteerd.

12 BL OED



Een partikel dat door een neutrofiel zal worden gefagocyteerd, wordt door uitstulpende PSEUDOPODIA omgeven, die om het partikel heen met elkaar versmelten. Op deze wijze komt het partikel te liggen in een FAGOSOOM, een vacuole omgrensd door een celmembraan die een kleine hoeveelheid extracellulaire vloeistof bevat(fig. 12.20). Vervolgens fuseren de azurofiele en specifieke granula met het fagosoom. Het LYSOZYM(tabel 12.5) speelt een rol bij de destructie van de bacteriële celwand. Tijdens het proces van de fagocytose treedt een sterk verhoogd zuurstofverbruik op (‘respiratory burst’) en worden superoxideanionen (O2-) en waterstofperoxide (H2O2) gevormd. Die kunnen in overmaat zeer schadelijk zijn voor het weefsel. -YELOPEROXIDASE bindt zich in een sterk bactericide mechanisme met het peroxide en met halide-ionen. Daardoor kan het inwerken op de celwand van de bacterie, waardoor deze uiteenvalt. Ook defensinen spelen een rol en hebben een lytisch effect op de celmembraan van bacteriën. Geactiveerde neutrofielen scheiden chemokinen uit, die chemotaktisch werken op naderende ontstekingscellen. Ook scheiden ze cytokinen en lipide mediatoren uit, die andere ontstekingscellen ter plaatse activeren om mee te helpen de ontsteking tot een goed einde te brengen. Granulocyten zijn niet in staat nieuwe granula aan te maken, dus wanneer de granulocyt zijn granula opgebruikt heeft, gaat hij dood. Dode neutrofielen, bacteriën en halfverteerde celresten vormen een viskeuze, groengele vloeistof, die uit een zweer naar buiten stroomt en die PUSwordt genoemd. De groene kleur is van het peroxidase, en de geur wordt veroorzaakt door de aanwezige bacteriën. Neutrofiele granulocyten zijn metabool zeer actief. Voor hun energievoorziening zijn ze voornamelijk van ANAEROBE GLYCOLYSE afhankelijk; de cellen bevatten glycogeen. Zo kunnen ze ook onder ANAE ROBE CONDITIES in leven blijven en in necrotisch weefsel bacteriën doden en restanten van cellen opruimen.

&PTJOPmFMF
HSBOVMPDZUFO Het aantal eosinofielen bedraagt slechts 1-4% van het totaalaantal leukocyten in normaal bloed. De eosinofiel heeft een diameter van ongeveer 12-15 μm en een TWEELOBBIGE KERN. ER, mitochondriën en Golgicomplex zijn in de rijpe cel weinig ontwikkeld. Het CYTOPLASMA wordt gekenmerkt door opvallend grote ovale karakteristieke, SPECI¹EKE GRANULA – zo’n 200 per cel – die sterk met EOSINEkleuren. Deze granula



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 2 B LO ED

bevatten kristalloïde kernen, en ook het ‘major basic protein’ (MBP). Samen met peroxidase, enzymen en toxinen gebruikt de eosinofiel dit als een afweermiddel tegen worminfecties en allergische reacties. De specifieke, eosinofiele granula zijn omgeven door een membraan en hebben een langgerekte kristallijne kern (KRISTALLOtD of INTERNUM) met daaromheen minder dicht materiaal, de MATRIX(of EXTERNUM). Het internum bevat het ‘MAJOR BASIC PROTEIN° (-"0). Dit eiwit vormt 50% van het totale eiwit van de granula. Het MBP speelt een belangrijke rol bij het doden van wormen en parasieten zoals schistosomen. Het externum bevat ook andere enzymen, zoals vermeld in tabel 12.5. Eosinofielen zijn verder van belang bij het fagocyteren en opruimen van antigeen-antilichaamcomplexen die zijn gevormd als onderdeel van een allergische reactie zoals bij astma en hooikoorts. De specifieke granula fuseren met fagosomen en de hydrolasen verteren het gefagocyteerde materiaal. Ze kunnen de mediatoren die vrijkomen bij een allergische ontstekingsreactie, bijvoorbeeld histamine, inactiveren. Op deze wijze werken eosinofielen schadebeperkend.

#BTPmFMF
HSBOVMPDZUFO Basofielen vormen minder dan 1% van de leukocyten in het bloed. Ze hebben een diameter van ongeveer 12 μm. De KERNis in onregelmatige lobben verdeeld en wordt meestal bedekt door in het CYTOPLASMA gelegen talrijke en relatief grote SPECI¹EKE GRANULA. De korrels zijn onregelmatig van vorm en grootte en tonen een metachromatische kleurreactie (blauwviolette kleur). De granula zijn door een membraan omgeven en bevatten heparine en HISTAMINE. Basofielen kunnen LEUKOTRIpNEN genereren, die een trage contractie van glad spierweefsel veroorzaken. De zure eigenschap van het heparine bepaalt de basofilie en metachromasie van de granula. Er is een grote overeenkomst tussen de granula van basofiele granulocyten en die van mestcellen. Bij een overgevoeligheidsreactie van het vertraagde type kunnen buiten de vaten getreden basofiele granulocyten degranuleren en daarmee de functie van weefselmestcellen ondersteunen. Degranulatie door exocytose wordt, net als bij mestcellen, geïnduceerd door binding van een antigeen of allergeen aan IgE, waarmee de basofiel via Fc-receptoren aan zijn buitenoppervlakte bezet is. Ondanks deze overeenkomsten worden deze celtypen van elkaar onderscheiden vanwege een mogelijk verschillende herkomst.

.FEJTDIF
DPOUFYU Bij sommige overgevoeligheidsreacties kan massale degranulatie van basofielen optreden. Als gevolg van het vrijgekomen histamine treedt er in veel organen vasodilatatie op, een plotselinge bloeddrukdaling, en kan er uiteindelijk een systemische reactie optreden, de BOBGZMBDUJTDIF
TIPDL.

.POPDZUFO Monocyten zijn, met een doorsnede van 12-20 μm, de grootste witte bloedcellen. De grote KERN is nier- tot hoefijzervormig en meestal excentrisch gelegen. Het chromatine is veel fijner verdeeld dan bij de lymfocyt en bevat twee à drie nucleoli. Het CYTOPLASMAvan de monocyt is licht basofiel en bevat kleine, lichtmicroscopisch nauwelijks waarneembare lysosomen (niet-specifieke azurofiele granula). In het elektronenmicroscopisch beeld vallen een matig ontwikkeld RER, vrije polyribosomen en kleine, langwerpige mitochondriën op. Een goed ontwikkeld Golgi-complex is betrokken bij de aanmaak van de lysosomale granula. Aan het celoppervlak bevinden zich verspreide microvilli en pinocytoseblaasjes. Monocyten komen voor in het perifere bloed, in het bindweefsel en in de lichaamsholten en behoren tot het MONONUCLEAIRE FAGOCYTENSYSTEEM. Ze circuleren in het perifere bloed en zijn in staat via diapedese door de wand van capillairen en venulen te dringen, waarna ze in het bindweefsel tot macrofagen differentieren. Hierbij neemt het volume van de cel en het aantal lysosomen toe. De halfwaardetijd in het perifere bloed van een populatie monocyten die zojuist door het beenmerg aan het bloed is afgegeven, bedraagt enkele dagen. Buiten de bloedbaan is hun levensduur veel langer. Macrofagen spelen een belangrijke rol zowel bij ontstekingsreacties (niet-specifieke immuniteit) als bij het tot stand komen van specifieke immuunreacties. Ze ruimen dode cellen op en kunnen, als ‘professionele’ antigeenpresenterende cellen, gefagocyteerde antigenen (of brokstukken daarvan) op een zodanige wijze aanbieden aan B- en T-lymfocyten dat deze gaan prolifereren en differentiëren. Zo kunnen ze dus een humorale of cellulaire immuniteit teweegbrengen (zie ook hoofdstuk 13).

-ZNGPDZUFO Lymfocyten vormen een populatie van ronde cellen met weinig opvallende morfologische kenmerken.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

Lymfocyten staan aan de basis van de specifieke immunologische afweer, die onder andere gericht is tegen binnengedrongen micro-organismen, vreemde macromoleculen (als onderdeel van virussen dan wel cellen en weefsels: transplantaten) en mogelijk ook kankercellen (tabel 12.6). Door middel van speciale receptoren aan hun oppervlak zijn ze in staat deze lichaamsvreemde elementen via hun ANTIGENENte herkennen. In het perifere bloed komen vooral KLEINELYMFOCYTENvoor, met een diameter van 6-9 μm; een gering percentage vormen de MIDDELGROTEen GROTELYMFOCYTEN,met een diameter tot 18 μm. Van deze laatste groep neemt men aan dat dit specifiek door antigeen geactiveerde cellen zijn die verder zullen differentiëren tot T- of B-effectorlymfocyten (zie hierna). De KLEINE LYMFOCYTEN hebben een ronde KERNmet soms een geringe indeuking. Het chromatine is gecondenseerd in grove brokken heterochromatine. Met de elektronenmicroscoop is steeds een nucleolus aan te tonen. Het CYTOPLASMA van de kleine lymfocyt vormt een smalle, licht basofiele zoom om de kern. Behalve enkele vrije ribosomen en een aantal kleine mitochondriën bevat het cytoplasma van de lymfocyt weinig organellen. Lymfocyten zijn op grond van hun OORSPRONG te scheiden in twee populaties: de " LYMFOCYTEN en de 4 LYMFOCYTEN. Deze lymfocyten hebben in het bloed slechts een korte verblijfsduur. Ze kunnen via de wand van speciale bloedvaten in de lymfoïde organen, namelijk via de hoogendotheliale venulen (zie hoofdstuk 13), tijdelijk het bloed verlaten om gedurende enkele dagen deel uit te maken van de B- en T-celpopulatie van dat orgaan. Daarna keren ze via efferente lymfevaten weer terug in het bloed, waarna de cyclus zich kan herhalen. Parallel aan deze cyclus is ook een kort verblijf in de milt mogelijk. De RECIRCULATIE van B- en T-lymfocyten verhoogt de kans voor deze cellen om een herkenbaar antigeen te ontmoeten (SURVEILLANCEFUNCTIE). Bovendien leidt dit proces tot een adequate DISTRIBUTIEvan geheugencellen (‘memory cells’) over het hele lichaam. B- en T-lymfocyten zijn de enige witte bloedcellen die recirculeren, dat wil zeggen dat ze na een verblijf in een weefsel weer opnieuw in de circulatie kunnen komen. Tabel 12.6 geeft een overzicht van de lymfocytenpopulaties en hun functies.

#MZNGPDZUFO
Van de kleine lymfocyten in het bloed is circa 15% " LYMFOCYT. De B-lymfocyt wordt zo genoemd omdat hij zich ontwikkelt uit een stamcel aanwezig in het

12 BL OED



beenmerg. Aanvankelijk zijn deze cellen ‘bursa-afkomstig’ (‘bursa-derived’) genoemd, naar de bursa van Fabricius, een lymfoïde orgaan dat alleen bij vogels voorkomt in de wand van de cloaca. In het vogelembryo differentiëren hemopoëtische stamcellen in het micromilieu van de bursa tot B-lymfocyten. Als equivalent van de bursa heeft men bij zoogdieren het ‘gut-associated lymphoid tissue’ (GALT) gevonden en in het bijzonder de follikels daarin. Hoewel in deze structuren wel vermenigvuldiging van B-cellen plaatsvindt (zie ook hoofdstuk 13) is het beenmerg de enige bron van naïeve, dat wil zeggen nog niet door antigeen gestimuleerde, B-lymfocyten. In de CELMEMBRAANvan de B-lymfocyt is een groot aantal (ongeveer 105) IMMUNOGLOBULINEMO LECULEN (" CELRECEPTOREN) ingebouwd. Het is gebleken, dat er een grote variabiliteit aan B-celreceptoren bestaat. B-celreceptoren spelen een belangrijke rol in de herkenning van lichaamsvreemde eiwitten (bijvoorbeeld bacteriën). B-celreceptoren bestaan uit een tweetal zware ketens (Eng.: ‘heavy chain’; Ned.: H-keten) en een tweetal lichte ketens (Eng.: ‘light chain’; Ned.: L-keten). Aan het einde van elke H- en L-keten bevindt zich een variabel deel. De variabele delen van een H- en een L-keten vormen tezamen een ‘antigen binding site’ (antigeenbindingsplaats). Per B-cel komt slechts één en hetzelfde type immunoglobulinemolecuul (B-celreceptor) voor, dat door de cel zelf is geproduceerd. Het is ook ditzelfde immunoglobuline (Ig) dat bij de zogenoemde HUMORALE IMMUUNREACTIE door de PLASMACEL, die zich uit de B-lymfocyt ontwikkelt, in grote hoeveelheden als antilichaam wordt gevormd en uitgescheiden. De aldus uitgescheiden antilichaammoleculen (Ig-moleculen) komen terecht in het bloed, de lymfe of de intercellulaire vloeistof en dragen daar bij aan de eliminatie van mogelijk aanwezige antigenen. Een B-lymfocyt heeft een levensduur van enkele maanden. B-lymfocyten komen, behalve in het bloed, in veel grotere aantallen voor in de lymfoïde organen. Ze bevolken daar een eigen voorkeurscompartiment: de zogenoemde " CELGEBIEDEN. Uit B-lymfocyten worden ook " GEHEUGENCELLEN (‘B-memory cells’) gevormd. Dit zijn lymfocyten die ooit zijn blootgesteld aan een antigeen, maar zich daarna niet tot plasmacellen hebben ontwikkeld. Wanneer deze cellen ‘met een verleden’ op een later tijdstip weer in contact komen met hetzelfde soort antigeen, leidt dit tot versnelde en verhoogde antilichaamproductie van een ander isotype (IgG) en met een hogere affiniteit voor het antigeen.



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 2 B LO ED

C

B R

M

R M

M

A

G R

M

B

M

N

D

G

A

'JHVVS

TEM-opnamen van de verschillende cellen uit het bloed. B Opname van een polymorfe neutrofiele granulocyt. Naast de gelobde kern zijn duidelijk de twee soorten granula te zien in het cytoplasma: de grote, donkere azurofiele granula en de kleinere, lichte, specifieke granula (opname: E. Wisse). C Een eosinofiele granulocyt; de karakteristieke granula zijn duidelijk herkenbaar aan de donkere kristalvormige insluitsels (opname: E. Wisse). D Opname van een basofiele granulocyt van een konijn. Van de kern (N) zijn drie lobben getroffen; de verbindingsstukken liggen niet in de coupe. B = basofiel granulum; M = mitochondriën; G = Golgi-complex (bron: Terry e.a. 1969). E Opname van een monocyt van de mens. G = Golgi-complex; M = mitochondriën; A = azurofiele korrels. Het endoplasmatisch reticulum is weinig omvangrijk; er zijn enkele vrije ribosomen (R). 22.000 x (opname: D.F. Bainton en M.G. Farquhar).

E

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

12 BL OED



M Nu

N

M

M

G

F

N

glycogeenkorrels granula

microtubuli cell coat

open canaliculair systeem

I

H 'JHVVS

Vervolg
F Opname van een lymfocyt uit het perifere bloed van de mens. Deze cel heeft weinig organellen, maar een vrij groot aantal vrije polyribosomen. N = kern; Nu = nucleolus; M = mitochondriën. 20.000 × (opname: D.F. Bainton en M.G. Farquhar). G Opname van een plasmacel in een sinusoïd van de lever van een rat. De cel heeft een zeer uitgebreid en verwijd RER, een Golgi-apparaat en kleine donkere granula. De kern heeft het typische aspect van een ‘radspakenkern’, waaraan plasmacellen al bij zeer lage vergroting te herkennen zijn (opname: E. Wisse). H Opname van een megakaryocyt. De kern is gelobd (N), talrijke granula bevinden zich in het cytoplasma. 4900 ×. I Een bloedplaatje waarin verschillende organellen te herkennen zijn. Aan de buitenzijde een ring van microtubuli, in het cytoplasma het canaliculair systeem (open ruimten die in verbinding staan met de buitenwereld) en granula van verschillend type. 40.000 × (opname: M. Harrison).



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 2 B LO ED

5BCFM

-ZNGPDZUFOTVCQPQVMBUJFT
FO
IVO
GVODUJF Subpopulatie

Hoofdkenmerk en functie

B-lymfocyt

)FFGU
JNNVOPHMPCVMJOFO
BBO
IFU
PQQFSWMBL $POUBDU
NFU
IFU
TQFDJmFLF
BOUJHFFO
MFJEU
UPU
BDUJWBUJF
QSPMJGFSBUJF
FO
EJGGFSFOUJBUJF
UPU
QMBTNBDFMMFO
EJF
HSPUF
IPFWFFMIFEFO
BOUJMJDIBBN
QSPEVDFSFO
FO
VJUTDIFJEFO 5JKEFOT
EF
JNNVVOSFTQPOT
POUTUBBO
#HFIFVHFODFMMFO

5MZNGPDZU

)FFGU
5DFMSFDFQUPS
5$3

$%
BBO
IFU
PQQFSWMBL )FSLFOU
BOUJHFOFO
BBO
IFU
PQQFSWMBL
WBO
BOEFSF
DFMMFO &S
[JKO
WJFS
TVCUZQFO
5IFMQFSDFMMFO
5TVQQSFTTPSDFMMFO
DZUPUPYJTDIF
5DFMMFO
FO
5HFIFVHFODFMMFO

t
5IFMQFSDFM

)FFGU
$%
BBO
IFU
PQQFSWMBL 4DIFJEU
CJK
FFO
JNNVVOSFTQPOT
MZNGPLJOFO
VJU
EJF
#MZNGPDZUFO
MBUFO
EJGGFSFOUJ¯SFO
UPU
QMBTNBDFMMFO

t
5TVQQSFTTPSDFM

)FFGU
$%
BBO
IFU
PQQFSWMBL
&S
JT
PPL
FFO
$% $% 5SFHVMBUPSDFM
CFTDISFWFO
#FJEF
DFM
UZQFO

[PVEFO
FFO
SFHFMFOEF
XFSLJOH
IFCCFO
PQ
FFO
JNNVVOSFTQPOT

t

$ZUPUPYJTDIF
5DFM

)FFGU
$%
BBO
IFU
PQQFSWMBL 7FSOJFUJHU
CJKWPPSCFFME
EPPS
WJSVTJOGFDUJF
QBUIPMPHJTDI
WFSBOEFSEF
FJHFO
DFMMFO
PG
UVNPSDFMMFO

t
5HFIFVHFODFM

)FFGU
$%
PG
$%
BBO
IFU
PQQFSWMBL ,BO
CJK
FFO
UXFFEF
DPOUBDU
NFU
IFU[FMGEF
BOUJHFFO
TOFM
SFBHFSFO

5MZNGPDZUFO
T-lymfocyten in het bloed zijn afkomstig uit de THY MUS (‘thymus derived’). Ze vormen 80% van de bloedlymfocyten. T-lymfocyten komen behalve in het bloed ook voor in de lymfoïde organen: ze bevolken daar de zogenoemde 4 CELGEBIEDEN. T-lymfocyten zijn langlevende cellen (maanden tot jaren). Ook de T-lymfocyt heeft op zijn celoppervlak receptormoleculen waarmee antigenen kunnen worden herkend. Het zijn geen echte immunoglobulinen, maar moleculen die veel gelijkenis daarmee tonen. Deze 4 CELRECEPTOR (4#2) bestaat uit twee eiwitketens, een α- en β-keten, die elk een variabel en een constant deel hebben. Aan de variabele delen van de α- en β-keten kan een daarop passend antigeen worden gebonden. 4 LYMFOCYTEN zijn betrokken bij de zogenoemde CELLULAIREIMMUUNREACTIE.Bepaalde antigenen, bijvoorbeeld tuberculine, maar ook een door een virus geïnfecteerde cel of een lichaamsvreemd weefseltransplantaat, induceren een proliferatie van T-cellen in de T-celgebieden van de lymfoïde organen. De hieruit ontstane lymfocyten (4 EFFECTORCELLEN)produceren, wanneer ze opnieuw met hetzelfde antigeen in aanraking komen, een reeks biologisch actieve stoffen. Dit zijn de zogenoemde LYMFOKINEN (INTER LEUKINEN), die helpen het antigeen onschadelijk te

maken, bijvoorbeeld door stimulering van fagocytose door macrofagen of door lysis van viraal geïnfecteerde of lichaamsvreemde cellen. T-effectorcellen kunnen als GEHEUGENCELLEN (‘T-memory cells’) jaren in leven blijven.

/VMDFMMFO Naast de B- en T-lymfocyten komen lymfoïde cellen voor die T- of B-kenmerken missen. Tot deze populatie behoren de NATURAL KILLER CELLEN (.+ CELLEN). NK-cellen worden zo genoemd omdat ze spontaan, zonder speciale activering, tumorcellen of viraal geïnfecteerde cellen doden. Morfologisch zijn NK-cellen grote granula bevattende lymfocyten (‘LARGEGRANULARLYMPHOCYTES’of ,',). NK-cellen komen voor in beenmerg, milt, perifeer bloed en lever, waar ze ook pitcellen (bij de rat) worden genoemd. Naast neutrofiele granulocyten en macrofagen behoren NK-cellen tot het systeem van aangeboren of natuurlijke (niet-specifieke) immuniteit.

$%OPNFODMBUVVS T- en B-lymfocyten, maar ook monocyten, granulocyten en bloedplaatjes, kunnen tegenwoordig met behulp van specifieke monoklonale antilichamen die gericht zijn tegen merkermoleculen op de celmembraan, nader worden getypeerd. Dit is de zogenoemde

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

immunotypering. Deze merkermoleculen (eiwitten en glycoproteïnen) zijn kenmerkend voor een bepaald type cel en voor de differentiatiefase waarin de cel zich bevindt; ze worden daarom ook wel DIFFERENTIATIEANTI GENEN genoemd. In het gangbare taalgebruik wordt van ‘CLUSTER OF DIFFERENTIATION° ANTIGENEN gesproken, afgekort #$. De aanwezigheid van het #$ MOLECUUL is kenmerkend voor een subpopulatie van T-cellen: de 4 HELPERLYMFOCYTEN. Het CD4-molecuul fungeert als coreceptor voor de zogenoemde klasse-II-moleculen van het ‘MAJOR HISTOCOMPATIBILITY COMPLEX’ (-(#, zie hoofdstuk 13). Deze klasse-II-moleculen komen voor op de celmembraan van antigeenpresenterende cellen als B-lymfocyten, monocyten en macrofagen. T-helperlymfocyten herkennen een antigeen alleen als dat wordt gepresenteerd tezamen met eigen MHCII-moleculen (MHC-restrictie, zie hoofdstuk 13). Het #$ MOLECUUL komt voor op een andere subpopulatie van T-cellen: CYTOTOXISCHE 4 LYMFOCYTEN. Het CD8molecuul fungeert als coreceptor voor de zogenoemde klasse-I-moleculen van het MHC. Deze komen voor op de celmembraan van alle kernhoudende cellen. Interactie van CD8+-T-effectorlymfocyten met cellen die aan hun oppervlak een (passend) antigeen tezamen met eigen klasse-I-moleculen presenteren, leidt tot vernietiging van deze cellen. Ook voor " CELLEN, MONOCYTEN, GRANULOCYTEN en .+ CELLEN zijn karakteristieke CD-moleculen bekend. Het aantal gedefinieerde CD-moleculen overschrijdt inmiddels de 339 (www.ebioscience.com/resources/ human-cd-chart.htm). Door hun ligging in en op de celmembraan spelen deze CD-moleculen een belangrijke rol bij de interactie van lymfocyten met endotheel van de bloedvatwand, met antigeenpresenterende cellen, met de extracellulaire matrix, en ook van B- en T-cellen onderling. -EMBRANEN VAN BLOEDCELLEN hebben ANTIGENE of IMMUUNKENMERKEN die meer of minder sterk in de lipidendubbellaag van de membraan verankerd zijn. De mate van verankering (enkelvoudige of meervoudige domeinen die de lipidendubbellaag overspannen) bepaalt ook de mate van expressie van die antigenen. %LKE CELSOORT wordt gekenmerkt door zijn eigen systeem van kenmerken. Voor rode bloedcellen zijn dat de verschillende bloedgroep-antigeensystemen (!"/; 2H). Voor de witte bloedcellen is dat het complexe (,! SYSTEEM (‘human leucocyte antigen’) met zijn verschillende klassen (I en II). Granulocyten beschikken eveneens over een eigen antigenen- of

12 BL OED



kenmerkensysteem, het (.! SYSTEEM (‘human neutrophil antigen’). Datzelfde geldt voor bloedplaatjes die naast HLA-antigenen beschikken over een specifiek antigenensysteem, het (0! SYSTEEM (‘human platelet antigen’). Alle antigenen-kenmerksystemen worden gestuurd door genen of gencomplexen op de chromosomen en hebben hun specifieke functie. Sommige door mee zorg te dragen voor de transportfuncties, andere door bij te dragen aan cytokine-expressie, celadhesie of complementcontrole.

.FEJTDIF
DPOUFYU Wanneer lymfocyten neoplastisch prolifereren of wanneer deze niet in apoptose gaan, kan er een MZN GPPN ontstaan. Alle lymfomen worden beschouwd als maligne, waarbij de behandeling onder andere afhangt van het type en de uitgebreidheid.

#MPFEQMBBUKFT Bloedplaatjes (trombocyten) zijn kleine, kernloze, schijfvormige celfragmenten afkomstig van grote polyploïde MEGAKARYOCYTEN in het beenmerg (fig. 12.22 en fig. 12.23). Met een doorsnede van 2-5 μm zijn ze de kleinste gevormde elementen van het bloed. Het aantal bloedplaatjes schommelt tussen 150 en 350 × 103/mm3 bloed. Eenmaal in de bloedstroom terechtgekomen, hebben bloedplaatjes een levensduur van ongeveer tien dagen; ze verlaten de bloedbaan niet. In gekleurde bloeduitstrijkjes liggen bloedplaatjes vaak in geaggregeerde klompen bijeen. Aan een afzonderlijk gelegen trombocyt is bij sterke vergroting te zien dat er een zachtblauw homogeen perifeer deel is, het HYALOMEER,en een dikker centraal gedeelte met purperviolette granula, het GRANULOMEER. De ultrastructuur van het bloedplaatje wordt weergegeven in figuur 12.21h en figuur 12.22. Het HYALOMEERbezit een labyrint van buizen en vesikels, die als invaginaties van het celoppervlak kunnen worden beschouwd. Aan de uiterste rand van het hyalomeer ligt de speciale MAR GINALE BUNDEL van MICROTUBULI, die verantwoordelijk is voor de handhaving van de typische vorm van het plaatje. Waarschijnlijk werken de tubuli als baleinen en spannen ze de trombocyt op tot een tamelijk vlakke structuur. !CTINEACHTIGEMICRO¹LAMENTENin het hyalomeer spelen een rol bij vormveranderingen, zoals deze voorkomen bij beweging, en aggregatie van de plaatjes. Aan de buitenzijde van de plasmamembraan bevindt



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 2 B LO ED

microtubuli dense body (-granulum) instulpingen van de celmembraan mitochondrium
-granula glycogeen elektronendichte tubuli peroxisoom lysosoom (-granulum) plasmamembraan

'JHVVS

Schematische illustratie van een bloedplaatje van de mens in overlangse (links) en dwarse doorsnede (rechts). De verschillende elementen staan in de figuur aangegeven (bron: Bentfield-Barker & Bainton 1982).

zich een GLYCOCALYX met een dikte van 15-20 nm, die rijk is aan glycosaminoglycanen en glycoproteïnen. Deze laag vervult een belangrijke rol bij de adhesie van bloedplaatjes aan de vaatwand. Het GRANULOMEER bezit een groot aantal door membranen omgeven korrels (granula), en ook mitochondriën en glycogeenpartikels. Van deze granula bevatten de α GRANULAeen aantal bioactieve stoffen: r plaatjesfactor IV; r von Willebrand-factor VIII; r ‘platelet-derived growth factor’ (PDGF); r trombospondine. Deze stoffen spelen een rol bij de intravasale stolling. Een tweede type granula, de iets kleinere B GRANULA,bevat serotonine, ATP en ADP. Een derde type, de J GRANULA, betreft lysosomen. De FUNCTIE VAN BLOEDPLAATJES is het beperken van bloedverlies bij bloedvatbeschadiging, voornamelijk door vorming van een aggregaat van plaatjes, de trombus. Na beschadiging van een bloedvat komen de bloedplaatjes in contact met het onderliggende weefsel, waar collageen een alomtegenwoordig bestanddeel van uitmaakt. Collageen stimuleert de plaatjesaggregatie sterk. Aldus geactiveerde bloedplaatjes scheiden vervolgens de inhoud van hun granula uit, waarvan het ADP verdere aggregatie bevordert. Serotonine is een vaatvernauwende stof, met lokale vasoconstrictie en dus een vertraging van de bloedstroom in het getroffen vat als gevolg. Door het uitstorten van de inhoud van de granula ontstaat een sneeuwbaleffect, waarbij een groeiende prop (‘PLUG’) van bloedplaatjes wordt gevormd, die een provisorische BLOEDSTELPING (PRI MAIREHEMOSTASE)bewerkstelligt.

.FEJTDIF
DPOUFYU Aspirine en andere niet-steroïdale anti-inflammatoire middelen hebben een remmend effect op de functie van de bloedplaatjes en bloedstolling. De lokale prostaglandinesynthese wordt geblokkeerd en hierdoor zijn de aggregatie van de bloedplaatjes, de contractie en de exocytose op de plaats van de weefselschade verstoord. Bloedplasma bevat een aantal stollingsfactoren die aansluitend in de stollingscascade worden betrokken. Het betreft onder andere het (plasma)PROTROMBINE waaruit binnen enkele minuten sporen TROMBINEontstaan. Trombine is een enzym dat ¹BRINOGEENomzet in ¹BRINE en tevens plaatjesaggregatie bevordert. Protrombine en fibrinogeen worden beide door de parenchymcellen van de lever gevormd en aan het bloed afgegeven. Nadat bij het enzymatische stollingsproces fibrine is gevormd, polymeriseert en stabiliseert het tot een vezelig complex, waarin bloedplaatjes en andere bloedcellen mee ingevangen worden. Zo ontstaat, door de samenwerking tussen bloedplaatjes en een dertiental opeenvolgende stollingsfactoren uit het plasma – in de zogeheten STOLLINGSCASCADE « een BLOEDSTOLSEL (HEMOSTATISCHE PROP; TROMBUS; SECUN DAIREHEMOSTASE). Bij de vorming van een trombus kan men de volgende stappen onderscheiden. r De aggregatie van de plaatjes wordt meestal in gang gezet door een beschadiging van het endotheel van een bloedvat. Daardoor komt de lamina basalis met collageen tevoorschijn, waar

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

12 BL OED



P P F E C

B 'JHVVS
 B TEM-opname. Bloedplaatjes klonteren gemakkelijk samen, hier na een intraveneuze injectie met latexdeeltjes (opname: E. Wisse). C SEM-opname. Kleine beschadigingen aan bloedvaten gebeuren geregeld en veroorzaken een prompte reactie van de plaatjes (P). Ze klonteren samen en hechten zich aan het collageen, dat bij beschadiging van de vaatwand vrij komt te liggen. Hierbij degranuleren ze en heel snel vormt zich een stolsel van fibrinedraden (F), een netwerk waarin erytrocyten (E) en andere bloedcellen verstrikt raken. Deze massa bedekt de wond en biedt de mogelijkheid dat andere cellen de reparatie komen verrichten. Na reparatie wordt het stolsel weer opgelost door plasmine. 4100 x.

r r

r r

de glycocalyx van trombocyten direct door aanhechting op reageert. Geaggregeerde plaatjes zullen een bepaald glycoproteïne en ADP uitscheiden waardoor nog meer plaatjes aanhechten. Fibrinogeen, von Willebrand-factor en plaatjes factor 4 zetten de bloedstolling in gang, zodat fibrine wordt gevormd waarin bloedcellen worden gevangen. De trombus zal een beetje contraheren door plaatjes actine en myosine. Het endotheel zal vanuit de rand van de laesie regenereren en de trombus zal worden verwijderd, voornamelijk door oplossing via plasmine, gevormd door plasminogeenactivator van het endotheel en plasminogeen uit het plasma.

Bloedplaatjes bevatten ook het TROMBOSTENINE, een contractiel eiwit dat in het stolsel wordt geïncorporeerd en dat dit samentrekt. Bovendien komen in bloedplaatjes actine en myosine voor, die aan deze CONTRACTIEbijdragen. Het bloedstolsel wordt uiteindelijk opgeruimd door de inwerking van een eiwitsplitsend enzym, PLASMINE, ontstaan uit het plasma PLASMINOGEENonder invloed van PLASMI NOGEENACTIVERENDE FACTOR uit endotheelcellen. Inmiddels groeien vanuit de omgeving, op geleide van de fibrinedraden en onder invloed van 0$'&(‘platelet-derived growth factor’), fibroblasten het stolsel binnen, waarbij na afloop

van het proces vezelig bindweefsel overblijft. Omliggende endotheelcellen migreren uiteindelijk over het defect om de normale vaatwandoppervlakte weer te herstellen.

.FEJTDIF
DPOUFYU )FNPmMJF " en IFNPmMJF
# zijn klinisch identieke aandoeningen; ze verschillen alleen in de deficiënte factor. Beide zijn het gevolg van een geslachtsgebonden recessief erfelijke aandoening. Het bloed van hemofiliepatiënten stolt niet normaal. Er is een verlengde stollingstijd, hetgeen kan leiden tot ernstige bloedingen. Dat is zelfs het geval bij relatief kleine trauma’s, zoals een snee in een vinger. Bij ernstig trauma kan bloedverlies tot de dood leiden. Bij hemofilie A is er een tekort aan stollingsfactor VIII, of deze factor is abnormaal. Bij hemofilie B is er een gebrek aan factor IX. In ernstige gevallen is het bloed geheel onstolbaar. Spontane bloedingen kunnen optreden in lichaamsholten en ook in gewrichten en in de tractus urogenitalis. In het algemeen zijn alleen mannen aangedaan, aangezien het gen voor factor VIII op het X-chromosoom gelokaliseerd is. Vrouwen kunnen een enkel defect X-chromosoom hebben, waarnaast het andere normaal is. Klinisch zijn deze vrouwen normaal; wel kunnen zij de ziekte op volgende generaties overdragen.



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 2 B LO ED

4".&/7"55*/(


)00'%456,



#-0&%

)FNPQP¯TF r

r

r

r

r r

r

r

Universele of QMVSJQPUFOUF
TUBNDFMMFO voor de hemopoëse, of bloedcelvorming, liggen in het beenmerg. Deze stamcelpopulatie heeft een zelfvernieuwend vermogen. Uit deze stamcelpopulatie ontwikkelen zich twee NVMUJQPUFOUF
TUBNDFMQPQVMBUJFT: – de CFU-S voor de NZFMP«EF
MJKO; – de CFU-LY voor de MZNGP«EF
MJKO. In de NZFMP«EF
lijn ontwikkelen zich uit de CFU-S HFSJDIUF
TUBNDFMMFO
(‘progenitor cells’) die of VOJQPUFOU
zijn (erytrocyten óf trombocyten) of CJQPUFOU
(granulocyten én monocyten). Gerichte stamcellen hebben nog een beperkt zelfvernieuwend vermogen. Uit deze gerichte stamcellen ontstaan WPPSMPQFSDFMMFO
(‘precursor cells’) waaruit na enkele celdelingen en differentiatie de rijpe bloedcellen ontstaan Specifieke HSPFJGBDUPSFO of ‘DPMPOZTUJNVMB UJOH
GBDUPST’ (CSF’s) of DZUPLJOFO sturen de proliferatie en differentiatie van de verschillende reeksen. 3PPE
CFFONFSH is actief in de bloedcelvorming en kan tot rust komen en vervangen worden door vetweefsel, bekend als het HFMF
CFFONFSH. &SZUSPQP¯TF (gestimuleerd door FSZUSPQP¯UJOF uit de nier) betreft de rode bloedcelreeks. Die start met QSPFSZUSPCMBTUFO, daarna de CBTP mFMF, QPMZDISPNBUPmFMF en PSUIPDISPNBUPmFMF erytroblasten of OPSNPCMBTU, gevolgd door de SFUJDVMPDZU en de rijpe rode bloedcel. De kleuringsverschillen in deze reeks worden bepaald door het relatieve aandeel RNA of hemoglobine in de cellen. De normoblast TUPPU
[JKO
LFSO
VJU en kan als reticulocyt al in de circulatie terecht komen. Reticulocyten hebben nog een gering aantal ribosomen in het cytoplasma. Het aandeel reticulocyten in het bloed is een aanwijzing voor vroegtijdige circulatie van onrijpe erytrocyten. De HSBOVMPQP¯TF gaat uit van NZFMPCMBTUFO, die QSPNZFMPDZUFO produceren die gekenmerkt worden door de productie van B[VSPmFMF (lysosomale) HSBOVMB. De myelocyten accumuleren TQFDJmFLF
HSBOVMB die verschillend zijn voor de neutrofielen, eosinofielen en basofielen. In het NFUBNZFMPDZUstadium komt ook de gelobde of

r

r

r

r

r

gesegmenteerde kernvorm tot uitdrukking. De groeifactor hier is (.$4'. Onrijpe neutrofielen kunnen met een nog niet gesegmenteerde kern als onrijpe cel met een CBOEWPSNJHF
LFSO reeds in de circulatie komen als gevolg van een grote vraag bij infecties en dergelijke. De QSPNPOPDZUFO in het beenmerg delen om NPOPDZUFO te vormen. Lymfocyten worden in het lymfoïde weefsel gevormd wanneer een aanspraak wordt gedaan op de cellulaire immuniteit. De enorme NFHBLBSZPDZUFO van het rode beenmerg produceren de USPNCPDZUFO, die zich als stukjes cytoplasma met de nodige organellen afscheuren van het moeder-cytoplasma. Alle bloedcellen komen in circulatie door zich te verplaatsen naar het lumen van de TJOVTP«EFO in het beenmerg. Bloedcelvorming treedt al vroeg op tijdens de FNCSZPOBMF
POUXJLLFMJOH. Een eerste fase speelt zich af in (1) het EPPJFS[BLNFTFODIZN met de vorming van bloedeilandjes, waaruit primitieve bloedvaten ontstaan en een stamcelpopulatie voor de vorming van rode bloedcellen. In een latere fase is de bloedcelvorming gelokaliseerd in (2) MFWFS
en NJMU. Dan worden ook voor het eerst de overige typen bloedcellen gevormd. Enkele maanden vóór de geboorte neemt (3) het CFFO NFSH
reeds de belangrijkste plaats in; een situatie die gedurende de rest van het leven zal blijven bestaan.

#MPFE
FO
CMPFEDFMMFO r

r

De CMPFEWMPFJTUPG of QMBTNB functioneert als drager voor de bloedcellen. Na TUPMMJOH blijft het TFSVN, of bloedwei over waaruit de TUPM MJOHTFJXJUUFO, voornamelijk GJCSJOF, verwijderd zijn. Tijdens een stolling kunnen de bloedcellen gevangen raken in het stolsel en er deel van uitmaken. Plasma bestaat uit BMCVNJOF, HMPCVMJOFO, DPN QMFNFOUGBDUPSFO en mCSJOPHFFO. Al deze eiwitten worden gemaakt en uitgescheiden in de MFWFS. *NNVOPHMPCVMJOFO zitten ook in het plasma en worden door plasmacellen in lymfatische organen gesynthetiseerd.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

r

r

r r

r r

r

&SZUSPDZUFO of SPEF
CMPFEDFMMFO vormen het grootste aantal bloedcellen en maken 45% van het bloedvolume uit (IFNBUPDSJFU genoemd). Ze hebben geen kern, zijn zeer vervormbaar, bevatten 100% IFNP HMPCJOF die zuurstof bindt en afgeeft, en leven 120 dagen. Hun diameter bedraagt in rust 7,5 μm, ongeveer de diameter van een bloedcapillair. -FVLPDZUFO of XJUUF
CMPFEDFMMFO kunnen onderverdeeld worden in HSBOVMPDZUFO (OFVUSPmFMFO, CBTPmFMFO en FPTJOPmFMFO) en MZNGPDZUFO en NP OPDZUFO. Granulocyten hebben B[VSPmFMF HSBOVMB (primaire lysosomen) en specifieke granula met verschillende inhoud. Neutrofiele granulocyten zijn het talrijkst, hebben een gelobde kern (vandaar de andere naam: QPMZNPSGPOVDMFBJSF
HSBOVMPDZU of 1./) en beschikken over een krachtig apparaat om bacteriën te doden en te fagocyteren. &PTJOPmFMFO hebben zeer karakteristieke granula en zijn betrokken bij parasitaire infectie (bijvoorbeeld wormen) en spelen een rol bij ontsteking. #BTPmFMFO zijn zeldzaam en lijken op mestcellen, spelen een rol bij allergische reacties en chronische ontsteking. De granula bevatten histamine, heparine, chemokinen en hydrolasen. Alle leukocyten kunnen de weefsels bezoeken en worden aangetrokken door DZUPLJOFO. Alle

r

r

r

12 BL OED



leukocyten hechten aan het endotheel met behulp van BEIFTJFNPMFDVMFO, passeren het endotheel (= EJBQFEFTF) en kruipen actief door het weefsel waar ze hun verschillende functies uitoefenen. -ZNGPDZUFO zijn beenmerg- of thymusafgeleid (B- en T-lymfocyten) en zijn essentiële cellen in de immuunafweer. Het cytoplasma bevat meestal niet veel organellen, de kern is klein en donker en ligt centraal. .POPDZUFO zijn de grootste witte bloedcellen. Ze hebben een hoefijzervormige kern, die gemakkelijk te herkennen is als de cel in het preparaat goed ligt. Ze komen uit het beenmerg, circuleren een tijdje en invaderen daarna de weefsels waar ze zich tot NBDSPGBHFO kunnen ontwikkelen. Hierbij helpt, dat de cel eigenlijk groter is dan de gemiddelde diameter van een capillair. 5SPNCPDZUFO of CMPFEQMBBUKFT zijn klein (2-4 μm) en hebben geen kern. Je kunt ze beschouwen als stukjes cytoplasma van een NFHBLBSZPCMBTU (in het beenmerg), waar ze van afgescheurd zijn. Ze hebben een typische structuur met marginale microtubuli en specifieke granula. Als er een beschadiging is in een bloedvaatje, komt er meestal collageen bloot, waar plaatjes heftig op reageren door te aggregeren tot een USPNCVT.

,JKL
WPPS
PFGFOWSBHFO
FO
TBNFOWBUUJOHFO
PQ
XXXTUVEJFDMPVEOM


-ZNGP«E
XFFGTFM

*/-&*%*/(

Vanaf onze geboorte zijn we in aanraking met een niet-steriele omgeving. Zolang het oppervlakte-epitheel van huid, maag-darmkanaal, luchtwegen en urogenitaal systeem intact is, zullen ziektekiemen niet in het ‘milieu intérieur’ binnen kunnen dringen. Zodra deze barrière niet intact is, is penetratie naar het ‘milieu intérieur’ mogelijk. Daar kan exponentiële vermeerdering van de ziektekiemen optreden. Het is de taak van de cellen en de organen van het IMMUUNSYSTEEMhet organisme te beschermen tegen binnengedrongen lichaamsvreemde stoffen en organismen. Het immuunsysteem bestaat uit een NIET SPECI¹EKE(AAN GEBOREN)en een SPECI¹EKE(VERWORVEN)COMPONENT. Tot de NIET SPECI¹EKE component behoren de granulocyten, de monocyten/macrofagen en de natural killer-cellen, die bij een invasie een eerste, spontane verdedigingslinie vormen. In tweede instantie komt de SPECI¹EKE component aan bod, met als hoofdrolspelers de lymfocyten. ,YMFOCYTEN maken deel uit van het LYMFOtDESYSTEEM. ,YMFOCYTENzijn IMMUUNCOMPETENTE CELLEN. Dat betekent dat ze in staat zijn om op lichaamsvreemde stoffen/organismen met een specifieke immunologische reactie te reageren. Daardoor wordt het organisme onvatbaar (IMMUUN)voor hun schadelijke werking. Immuuncompetente cellen hebben de volgende kenmerken. r Ze kunnen onderscheid maken tussen enerzijds moleculen en cellen, die tot het eigen lichaam (ZELF) behoren, en anderzijds moleculen en cellen die daar niet toe behoren – die niet-eigen (NIET ZELF) zijn. r Ze kunnen deze vreemde (niet-eigen) stoffen inactiveren en vernietigen. Als niet-eigen kunnen soms ook ‘eigen’ cellen worden herkend, die door bepaalde processen zodanig veranderd zijn dat ze door het immuunsysteem als LICHAAMSVREEMDworden gezien (‘altered-self’), zoals voorkomt bij cellen die geïnfecteerd zijn met een virus en tumorcellen. Het LYMFOtDE SYSTEEM (fig. 13.1) omvat de LYMFOtDE OR GANEN en alle LYMFOCYTEN buiten deze organen zoals

aanwezig in het BLOED, de LYMFE en de overige organen. Men onderscheidt enerzijds CENTRALE LYMFOtDE ORGANEN,zoals de thymus en het beenmerg, waarin een antigeenonafhankelijke proliferatie van lymfoïde stamcellen en een differentiatie tot immuuncompetente T- en B-lymfocyten plaatsvindt. Anderzijds zijn er de PERIFERE LYMFOtDEORGANENwaarin contact met antigeen leidt tot proliferatie en differentiatie van deze immuuncompetente T- en B-lymfocyten met productie van specifieke effectorcellen (tabel 13.1) en/of effectormoleculen. Tot de perifere lymfoïde organen behoren: r de LYMFEKLIEREN,ingeschakeld in de lymfebanen; r de MILT, ingeschakeld in de bloedbaan; r de LYMFO EPITHELIALE ORGANEN, die in nauwe relatie staan tot het epitheel van een slijmvlies/mucosa. Hiertoe behoren het ‘GUT ASSOCIATED LYMPHOID TIS SUE’('!,4): TONSILLEN,PLATENVAN0EYER,APPENDIX van het maag-darmkanaal en het ‘BRONCHUS ASSOCI ATEDLYMPHOIDTISSUE’("!,4)langs de luchtwegen. Tezamen worden deze structuren wel het ‘MUCOSA ASSOCIATEDLYMPHOIDTISSUE’ (-!,4) genoemd. De basisstructuur van de perifere lymfoïde organen bestaat uit een ruimtelijk netwerk van mesenchymale reticulumcellen te midden van dunne collagene vezels (reticulaire vezels). Tijdens de ontogenie wordt dit reticulaire bindweefsel bevolkt met T- en B-lymfocyten, die 5BCFM

(FNJEEFMEF
QFSDFOUBHFT
MZNGPDZUFO
JO
WFSTDIJM MFOEF
MZNGP«EF
PSHBOFO Lymfoïd orgaan

T-lymfocyten (in %)

Thymus

100

0

10

90

Milt

45

55

Lymfeklieren

60

40

Bloed

80

20

Beenmerg

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_13, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media

B-lymfocyten (in %)



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

Lymfevaten

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

Lymfoïde organen

Primaire structuren

Secundaire structuren

tonsillen lymfeknopen (cervicaal) truncus lymphaticus dexter thymus lymfeknopen (axillair)

ductus thoracicus

milt

cisterna chyli MALT

lymfatische trunk

beenmerg lymfevaten lymfecapillair

lymfeknopen (inguïnaal)

'JHVVS

Het lymfoïde systeem bestaat uit de lymfevaten (links), die weefselvocht verzamelen en terugbrengen naar de bloedcirculatie via de ductus thoracicus. Daarnaast bestaat het lymfoïde systeem uit de lymfoïde organen (rechts), die met hun veelzijdige structuur ingeschakeld zijn in de immunologische verdediging van het lichaam. Primaire lymfoïde organen zijn het beenmerg en de thymus waar B- en T-cellen worden gevormd. De secundaire lymfoïde organen zijn de lymfeknopen, het mucosa-geassocieerde lymfoïde weefsel (MALT) en de milt.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL



B-lymfocyten

T-lymfocyten CD8-eiwit CD4-eiwit

B-celreceptor

TCR

T-helpercellen

TCR

cytotoxische T-cellen

Elke cel heeft ongeveer 100.000 receptoren.

B

C

'JHVVS

B Alle T-cellen hebben eiwitreceptoren op hun celmembraan: TCR’s (T-celreceptoren) met variabele delen die een specifiek antigeen herkennen. Activatie van de cellen gebeurt door costimulatie door de TCR en het CD4- of CD8-molecuul, al naargelang het gaat om T-helpercellen of cytotoxische T-cellen. C B-celreceptoren (BCR’s).

daar hun eigen voorkeurslokalisatie hebben. Daar vindt men ook monocyten en macrofagen. De milt en lymfeklieren zijn omgeven door een bindweefselkapsel, van waaruit bindweefselschotten (trabekels) in het orgaan dringen en daaraan steun geven. Het MALT bevat ongekapseld lymfoïd weefsel. *..66/3&"$5*&4

Een macromolecuul dat door het lichaam als lichaamsvreemd (niet-eigen) wordt herkend, wordt een ANTIGEEN genoemd. Het lymfoïde systeem reageert hierop met een SPECI¹EKE IMMUUNREACTIE. Het deel van het antigeenmolecuul dat verantwoordelijk is voor deze eigenschap, wordt ANTIGENE DETERMINANT of EPITOOP genoemd. Antigenen die een respons van het immuunsysteem teweeg kunnen brengen, worden IMMUNOGENEN genoemd. Ze hebben in het algemeen een molecuulmassa van meer dan 5000 u, vergelijkbaar met eiwitten, nucleïnezuren en koolhydraten. Sommige kleinere moleculen die op zichzelf niet immunogeen zijn, kunnen zich als HAPTENENaan een DRAGERMOLECUUL(bijvoorbeeld een lichaamseigen eiwit)hechten en zo toch aanleiding geven tot een immuunreactie. Antigene determinanten worden herkend door SPECI¹EKE RECEPTOREN aan het oppervlak van (T- of B-) lymfocyten. Afhankelijk van de aard van het antigeen en het type ANTIGEENPRESENTERENDE CEL (!0#, zie hierna)

ontketent deze herkenning een humorale (B-cel) of een cellulaire (T-cel) immuunrespons (fig. 13.2). In beide gevallen is het doel van de reactie het antigeen onschadelijk te maken en te elimineren. Granulocyten beschikken over een eigen herkenningsmechanisme: de ‘Toll-like’ receptoren (TLR), die binnengedrongen micro-organismen kunnen herkennen. Naast deze herkenningsreceptoren bezitten granulocyten de mogelijkheid om door het uitscheiden van HCl, defensinen, lysozymen, interferonen of door de mobilisatie van complementfactoren bacteriën te bestrijden. Zowel bij de HUMORALE als bij de CELLULAIRE IM MUUNRESPONS leidt herkenning van een antigeen tot activering van lymfocyten, met voor het antigeen passende receptoren. Daardoor nemen de cellen sterk in

.FEJTDIF
DPOUFYU T-helpercellen worden gedood door het humaan immuundeficiëntievirus (hiv) een retrovirus dat BJET veroorzaakt. Door deze FMJNJOBUJF
WBO
5IFMQFSDFMMFO
is een goede afweer van sommige micro-organismen niet meer mogelijk, met als gevolg het optreden van gewone maar vooral ook ‘PQQPSUVOJTUJTDIF
JO GFDUJFT
(infecties die bij gezonde personen zelden klinische symptomen veroorzaken).



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

grootte toe. Ze krijgen een grote, heldere kern met een duidelijke nucleolus; het cytoplasma wordt basofiel. De lymfocyten (diameter circa 6 μm) transformeren tot BLASTEN(diameter circa 20 μm). Bij de HUMORALE immuunrespons transformeren de B-lymfocyten tot PLASMABLASTEN, die zich enkele malen delen via KLONALE EXPANSIE en dan via het stadium van onrijpe plasmacel differentiëren tot rijpe plasmacellen. Bij de CELLULAIRE immuunrespons transformeren de T-lymfocyten tot 4 LYMFOBLASTEN, die zich eveneens enkele malen delen alvorens te differentiëren tot 4 EFFECTORCELLEN. De basofilie van de respectieve blasten berust op de aanwezigheid van RNA in de vorm van vrije of aan ER gebonden ribosomen. Bij de plasmablast zijn de ribosomen gebonden aan de membranen van het ruw endoplasmatisch reticulum voor de synthese van IMMUNOGLOBULINEN (ANTILICHAAMMOLECULEN, eiwitten), die door de cel worden uitgescheiden. Bij de T-lymfoblast gaat het om vrije polysomen waaraan eiwitten worden gevormd voor de cel zelf.

)VNPSBMF
JNNVVOSFTQPOT B-lymfocyten hebben aan hun oppervlakte RECEPTOREN waarmee ze antigenen kunnen herkennen. Deze receptoren zijn immunoglobulinemoleculen, die in de celmembraan van de B-lymfocyt tot expressie worden gebracht. Individuele B-lymfocyten vormen slechts één soort antilichaammolecuul (dus de immunoglobuline) met één specificiteit. 3PECI¹CITEIT betekent hier dat de antigeenbindende delen van het antilichaammolecuul een zodanige ruimtelijke structuur hebben, dat daarin slechts één type antigene determinant (epitoop) met een complementaire ruimtelijke structuur past (zoals een sleutel in een slot). Alle B-lymfocyten van een individu tezamen bezitten op hun respectievelijke oppervlakten antilichamen met even zo veel verschillende antigeenbindende configuraties, dat ze in staat zijn om alle verschillende antigenen waarmee het individu in aanraking is gekomen te herkennen. Men gaat ervan uit dat het totale ANTILICHAAMREPERTOIRE, dat wil zeggen: het potentiële maximumaantal antilichaamspecificiteiten, ten minste 1011 bedraagt. Er is dus een hoge mate van DIVERSITEIT. Deze diversiteit wordt voor een deel bepaald door de genen waarin voor de respectieve antilichaammoleculen wordt gecodeerd. Bovendien blijkt in de praktijk dat één bepaald type antigene determinant op meerdere epitopen past (en omgekeerd!), zij het op de ene beter

dan op de andere. Er is, met andere woorden, verschil in AF¹NITEIT(bindingskracht) tussen verschillende soorten immunoglobulinen en één bepaald epitoop. Bij de HUMORALE IMMUUNRESPONS wordt slechts een deel van de B-lymfocyten geactiveerd, namelijk die B-cellen waarvan de membraanimmunoglobuline reageert met een bepaald antigeen. Aldus geselecteerde B-cellen transformeren tot plasmablasten, die prolifereren en differentiëren tot rijpe plasmacellen (fig. 13.14). Vervolgens synthetiseren en secerneren deze plasmacellen immunoglobulinen in grote hoeveelheden en met DEZELFDESPECI¹CITEITals de immunoglobuline van de B-lymfocyt waaruit ze zijn ontstaan. De immunoglobulinen komen terecht in de lichaamsvloeistoffen (de ‘humores’ zoals lymfe, bloed en weefselvocht, vandaar: humorale immuunrespons) en kunnen zich binden met het passende antigeen tot ANTIGEEN ANTI LICHAAMCOMPLEXEN of IMMUUNCOMPLEXEN. Door de complexvorming verliest het antigeen niet alleen zijn eventuele specifieke, al dan niet toxische werking, maar tevens wordt op deze wijze de fagocytose en eliminatie van het antigeen sterk bevorderd. Hiernaast vindt proliferatie plaats van B-lymfocyten, die, zonder te differentiëren tot plasmacellen, als B-geheugencellen aan het bloed worden afgegeven en na lange tijd bij een hernieuwd contact met hetzelfde antigeen snel kunnen reageren.

$FMMVMBJSF
JNNVVOSFTQPOT Een CELLULAIRE IMMUUNRESPONS treedt op wanneer een antigeen wordt herkend door een T-lymfocyt. Ook T-lymfocyten hebben specifieke receptoren aan hun oppervlak met een hoge mate van diversiteit en specificiteit. Antigeenherkenning leidt dus tot activering van slechts een deel van de T-lymfocyten. Activering leidt ook hier tot sterke vermeerdering van de betrokken T-lymfocyten. Wanneer deze opnieuw in contact komen met hetzelfde antigeen (bijvoorbeeld viruspartikels op een lichaamseigen cel), scheiden ze biologisch actieve stoffen uit: de LYMFO KINEN. Aldus ontstane CYTOTOXISCHE 4 CELLEN kunnen door direct cel-celcontact de geïnfecteerde cellen vernietigen door cytolyse met behulp van GRANZYMENen PERFORINEN.De cytotoxiciteit berust op de inductie van apoptose en/of necrose in de doelcel (‘target cell’). Omdat deze vorm van immuuneliminatie berust op activiteit van cellen en niet van immunoglobulinen, spreekt men van een CELLULAIRE(CELGEMEDIEERD,‘CELL MEDIATED’) immuunreactie.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL

antigeenbindingsplaats

$ZUPLJOFO De functies van het immuunsysteem worden gereguleerd door een groot aantal moleculen, waaronder de CYTOKINEN peptiden of glycoproteïnen met een lage molecuulmassa (8-80 u). Ze beïnvloeden zowel de humorale als de cellulaire immuunrespons (zie tabel 13.2). Niet alleen cellen van het immuunsysteem hebben receptoren voor cytokinen, maar ook cellen van andere systemen, zoals het zenuwstelsel en het endocriene systeem. Cytokinen worden vooral geproduceerd door cellen van het immuunsysteem, zoals lymfocyten (vandaar ‘LYMFOKINEN’), macrofagen en granulocyten, maar ook door endotheelcellen en fibroblasten. #HEMOKINEN (CHEMOTAXINEN)zijn cytokinen die de migratie van leukocyten naar de plaats van een ontsteking reguleren. *..6/0(-0#6-*/&/

Een immunoglobulinemolecuul (Ig-molecuul) bestaat uit vier polypeptidenketens, die twee aan twee gelijk zijn: twee ZWARE KETENS (‘heavy chains’, H-ketens), die door enkele disulfidebruggen met elkaar verbonden zijn; en twee LICHTE KETENS (‘light chains’, L-ketens), die elk met een disulfidebrug aan een zware keten gebonden zijn (fig. 13.3). Elke keten bestaat, wat zijn aminozuursamenstelling betreft, uit een VARIABEL DEEL en een CONSTANT DEEL.De SPECI¹CITEITvan een immunoglobulinemolecuul 5BCFM

0WFS[JDIU
WBO
EF
CFMBOHSJKLTUF
DZUPLJOFO
HFHSPF QFFSE
OBBS
IVO
GVODUJF Cytokine

Belangrijke functie(s)

GM-CSF, M-CSF

Groei- en differentiatiefactoren voor beenmergcellen

TNF-α, IL-1, IL-6

Ontsteking (inflammatie) en veroorzaken van koorts

IL-12

Stimulatie B- en T-celreactie

IL-2, IL-4, IL-3

Groeifactoren voor B- en T-cellen

IL-5

Differentiatie en activatie van eosinofielen

Interferon-γ

Activatie macrofagen

IL-10, TGF-β

Regulatie van de immuunrespons

Interferon-α, interferon-β

Antivirale activiteit

GM-CSF = ‘granulocyte-macrophage colony stimulating factor’; M-CSF = ‘macrophage colony stimulating factor’; TNF = ‘tumor necrosis factor’; IL = interleukine; TGF = ‘transforming growth factor’



antigeenbindingsplaats

disulfidebrug

arm

variabel deel

lichte keten

constant deel Fc-deel zware keten

'JHVVS

Schematische weergave van een antilichaammolecuul: de immunoglobuline (Ig). Twee korte, lichte ketens en twee langere, zware ketens zijn met disulfidebruggen aan elkaar verbonden. De variabele delen aan het einde van de zware en de lichte keten binden samen aan het antigeen. Het andere uiteinde van de beide zware ketens (Fc-regio) kan aan membraanreceptoren (Fcreceptoren) van bijvoorbeeld macrofagen binden, waardoor fagocytose wordt ingezet.

en de bindingsplaats voor een antigeen is gelegen in de variabele delen. De vier variabele delen liggen aan hetzelfde einde van het Ig-molecuul. Op grond van de soort H-keten worden de immunoglobulinen ingedeeld in vijf klassen (zie hierna). Met behulp van het eiwitsplitsende enzym papaïne kan het Ig-molecuul in drie fragmenten worden gesplitst. Twee daarvan zijn aan elkaar gelijk en bestaan elk uit de complete L-keten en een daaraan vastzittend stuk H-keten. Deze fragmenten bevatten de variabele einden. De binding aan het antigeen berust onder andere op de ruimtelijke structuur, zodat op één bepaald Ig-molecuul alleen daarin redelijk passende antigeenmoleculen worden gebonden (sleutel en slot). Men noemt ze &AB (‘antigen binding fragment’). Elk Igmolecuul heeft dus twee Fab-fragmenten. Het derde fragment bestaat uit de, door disulfidebruggen verbonden, overblijvende delen van de H-ketens. Dit deel wordt &C genoemd (‘crystallizable fragment’). Het Fcgedeelte bestaat dus alleen uit de constante delen van de twee H-ketens en kan geen antigeen binden. Bij B-lymfocyten zijn de oppervlakte-Ig-moleculen door middel van het Fc-deel in de celmembraan ingebouwd.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

Structuur

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

IgM

IgG

IgA

IgD

IgE

Pentameer

Monomeer

Dimeer + secretiecomponent

Monomeer

Monomeer

0,2

0,002

Alleen aan oppervlak van B-cellen

Aan oppervlak van mestcellen en basofiele granulocyten

secretiecomponent

Antilichaam % in serum Plaats van voorkomen

5-10

80

Aan oppervlak van B-cellen (als monomeer), bloed

Aan oppervlak van B-cellen, bloed, lymfe, darmlumen

Functie

Eerste antilichaam geproduceerd in een primaire immuunreactie

10-15

Aan oppervlak van B-cellen, darmlumen, luchtwegen, secreta elders (speeksel, tranen, melk) Neutraliseert antigeen, Speelt een rol bij de bevordert fagocytose, afweer van darmflora bescherming pasgeborene

Speelt een rol bij Speelt een rol bij activering van B-cellen allergische reacties; lysis van parasitaire wormen

'JHVVS

Overzicht van de verschillende soorten immunoglobulinen. Ze vormen verschillende polymere configuraties en komen in verschillende, maar variabele concentraties voor in het serum. Ze komen ook voor op het oppervlak van verschillende cellen en vervullen diverse functies of onderdelen daarvan in de immunologische afweer.

Vrije Ig-moleculen kunnen met hun Fc-deel binden aan de Fc-receptoren op bepaalde cellen, zoals macrofagen, granulocyten en mestcellen. Daarnaast speelt het Fc-deel ook een rol bij de activering van het complementsysteem. Bij de mens zijn er vijf KLASSENimmunoglobulinen, namelijk IgM, IgG, IgA, IgD en IgE (fig. 13.4). 1 )G-wordt in de beginfase van een immuunreactie geproduceerd. Het vormt 10% van de immunoglobulinen in het plasma en komt meestal voor in de vorm van een pentameer met een molecuulmassa van 900.000 u. Het is in staat het COMPLEMENTte ACTIVEREN. Dit is een groep enzymen in het bloedplasma, die onder andere het vermogen hebben om cellen te lyseren, bacteriën inbegrepen. 2 )G' vormt 80% van de immunoglobulinen in het bloedplasma (de γ-globulinefractie). Het heeft een molecuulmassa van 140.000 u. IgG is de enige immunoglobuline die de placenta kan passeren en zo de foetale bloedsomloop kan bereiken en daarmee passieve immuniteit van het kind kan bewerkstelligen. 3 )G!, met een molecuulmassa van 160.000 u (in monomere vorm), vormt 13% van de immunoglobulinen in het bloedplasma. Het is de belangrijkste immunoglobuline in speeksel, en in secreten van de

4

slijmvliezen van het darmkanaal, de luchtwegen en de urinewegen. IgA komt ook voor in colostrum – de eerste moedermelk die vrijkomt bij het begin van het zogen – en in traanvocht. Het SECRETORISCHIgA (S)G!) is een dimeer en bestaat uit twee IgA-monomeren, die door een polypeptidenketen, de J-keten, met elkaar verbonden zijn (J staat voor ‘joining’ = samenvoegen). Dit complex wordt gekoppeld aan een ander eiwit, dat bekendstaat als secretiecomponent (‘secretory component’). Het S)G!heeft een molecuulmassa 400.000 u en speelt een belangrijke rol bij de verdediging van het organisme tegen het binnendringen van bijvoorbeeld bacteriën via de slijmvliezen. IgA-monomeren en J-ketens worden uitgescheiden door plasmacellen onder de epithelia die de slijmvliezen van darmkanaal, luchtwegen en urinewegen bekleden. De secretiecomponent wordt door de epitheelcellen van het slijmvlies gevormd (voor verdere details, zie hoofdstuk 15). )G$ heeft een molecuulmassa van 180.000 u. In het bloedplasma vormt dit Ig slechts 0,2% van het totaal van de immunoglobulinen. Het komt samen met IgM voor op de celmembraan van B-lymfocyten die nog niet met antigeen in contact zijn geweest. De eigenschappen en activiteiten van IgD zijn nog onvoldoende bekend. Muizen die geen IgD

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

5

produceren (knock-outs), tonen geen (immuno)deficiënties. )G% heeft een grote affiniteit voor Fc-receptoren op de celmembraan van mestcellen en basofiele granulocyten. Nadat het door plasmacellen is uitgescheiden, hecht IgE zich aan deze cellen en verdwijnt daardoor vrijwel uit het bloedplasma. Binding van antigenen aan het IgE aan het oppervlak van mestcellen en basofielen zet de productie en het vrijkomen van verschillende biologisch actieve stoffen zoals histamine, heparine, SRS-A (‘slow reacting substance of anaphylaxis’; zie hoofdstuk 4) in gang. Bij het ontstaan van een allergische reactie spelen IgE en de antigenen (allergenen) die de productie hiervan stimuleren een rol.

.FEJTDIF
DPOUFYU Tegen het einde van de [XBOHFSTDIBQ
gaan antilichamen van het type IgG van de moeder via de placenta over naar de circulatie van de foetus. Na de geboorte kan dit gebeuren via de moedermelk (IgA), dankzij het feit dat een pasgeborene in de eerste week van zijn bestaan complete eiwitten (dus ook immunoglobulinen) kan opnemen en ongewijzigd doorlaten door het darmepitheel. Op deze wijze kan door de QBTHFCPSFOF
een QBTTJFWF
JN NVOJUFJU
worden opgebouwd, die bescherming kan bieden totdat het immuunapparaat zich ontwikkelt en de eigen antilichaamproductie op gang komt. Dit is een belangrijk aspect van de borstvoeding.

De reactie tussen een antigeen en een antilichaam resulteert in de vorming van een antigeen-antilichaamcomplex (AgAb-complex). Het micro-organisme dat de betreffende antigenen op zijn oppervlak heeft, wordt vervolgens geneutraliseerd, hetgeen dikwijls gepaard gaat met een agglutinatie en precipitatie (fig. 13.5). Maar de Fcstaarten van het antilichaam kunnen hierbij bovendien via Fc-receptoren nog drie reacties van het aangeboren immuunsysteem activeren. Dat zijn het complementsysteem, de NK-cellen of de fagocytose door de macrofagen van het MPS en het RES. Na de reactie met een of meer eiwitten van het complementsysteem treedt lysis op van bacteriën. NK-cellen zijn spontaan cytotoxisch door middel van hun granzymen en perforine, terwijl fagocytose wordt bevorderd door de reactie tussen antigeen en antilichaam, vroeger ‘opsonisatie’ genoemd (fig. 13.5).

13 LYMFOÏD WEEFSEL



Antigeenpresenterende cellen zijn een wezenlijk onderdeel van het lymfoïde systeem. Bijna in alle organen en weefsel vindt men vertegenwoordigers van het MPS, de monocyten en hun afgeleide macrofagen. Ook dendritische cellen behoren hier toe. In lymfoïde weefsels vindt men verder nog reticulumcellen, epitheliale reticulumcellen in de thymus en interdigiterende dendritische cellen in de lymfeknopen. Ook de folliculaire dendritische cellen (FDC)behoren tot deze groep.Deze cellen hebben allemaal een vermogen tot endocytose van extracellulair materiaal, dat na intracellulaire verwerking via MHC-klasse II aan het celoppervlak wordt gepresenteerd. 5):.64

De thymus is een PRIMAIRof CENTRAALLYMFOtDORGAANdat in het mediastinum vóór de trachea is gelegen op het niveau waar de grote vaten uit het hart ontspringen (fig. 13.6). Het orgaan bestaat uit twee lobben (LOBI), elk opgebouwd uit een groot aantal kwabjes (LOBULI), die door septa (trabekels) afkomstig uit het kapsel van elkaar zijn gescheiden. De thymus wordt een primair of centraal lymfoïd orgaan genoemd omdat het de bron is van alle T-lymfocyten. Stamcellen uit het beenmerg die via de bloedbaan in de thymus terechtkomen, vinden er een optimaal micromilieu voor proliferatie en differentiatie tot rijpe T-lymfocyten. Terwijl alle andere lymfoïde organen uit mesenchym ontstaan en in volwassen toestand reticulair bindweefsel als basisweefsel hebben, is de thymus primair van ENTODERMALEOORSPRONG(derde en vierde kieuwboog). In deze epitheliale ‘Anlage’ dringen vervolgens mesenchymcellen en bloedvaten binnen. Vanuit deze vaten emigreren gerichte stamcellen (PROTHYMOCYTEN) naar het epitheliale parenchym, waarbij ze zich tussen de epitheliale elementen nestelen. Op deze wijze ontstaat een ruimtelijk netwerk van stervormige epitheelcellen: een EPITHELIAAL RETICULUM. Elke lobulus van de thymus bestaat uit de volgende twee gebieden. 1 Een schorsgebied (cortex) met daarin een dicht opeengepakte populatie van thymocyten in de mazen van het epitheliale reticulum. 2 Een lichter kleurend centraal gebied, het merg (de medulla), waarvan het epitheliale reticulum door een minder grote dichtheid van thymocyten lichter kleurt. In het mergweefsel komen de lichaampjes van Hassall voor, die bestaan uit concentrisch om elkaar gelegen epitheelcellen (fig. 13.9).



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

Binding van de antigeenbindingsplaats van een antilichaam met een antigeen veroorzaakt:

Neutralisatie

Agglutinatie

Precipitatie

oplosbare partikels

antigeen virus bacteriën

antilichaam

antigeen-antilichaamcomplex

antilichaam

antilichaam

Blootgesteld Fc-deel bevordert na binding van antigeen-antilichaamcomplex:

Complement

bacterie antigeen

Fc-staart van het antilichaam

Opsonisatie

Activatie van NK-cellen

bacterie Fc-staart van het antilichaam receptor voor Fc-staart van het antilichaam

perforine en granzymen

virusgeïnfecteerde cel antigeen

NK-cel

complement

apoptose

fagocyt receptor voor Fc-staart van antilichaam

antilichaam

'JHVVS

Antilichamen kunnen verschillende reacties teweegbrengen na contact met hun antigeen. Ze kunnen de biologische werking van een antigeen onmogelijk maken (OFVUSBMJTFSFO
) en klontering van de antigeenmoleculen veroorzaken (BHHMVUJOBUJF
), hetgeen kan leiden tot de vorming van een neerslag (QSFDJQJUBUJF
). Daarnaast kan binding van het antigeenantilichaamcomplex via de Fc-staart verschillende effecten bewerkstelligen, waaronder activatie van DPNQMFNFOU
(moleculen van de aangeboren immuniteit), versterking van de initiële binding bij een fagocytose (PQTPOJTBUJF
) en BDUJWBUJF
WBO

/,DFMMFO

(cellen van de aangeboren immuniteit) die de spontane doding van virusgeïnfecteerde cellen of tumorcellen versterken.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL



schildklier trachea thymus longen hart diafragma

a Thorax van een kind (links) en van een volwassene (rechts)

C Co

M M S

M Co M

A

Co

S

C

S b Microscopie thymus van een kind

c Microscopie thymus van een volwassene

'JHVVS

De thymus is een tweelobbig orgaan, gelegen voor de trachea in de ruimte tussen de twee longen (mediastinum). Het orgaan kent een piekactiviteit voor de puberteit en neemt in omvang en activiteit af bij volwassenen (a). Ook histologisch is er een groot verschil tussen de jonge thymus (b) en de volwassen thymus (c). In de jonge thymus zijn veel actieve lobuli te zien met daartussen trabekels (bindweefselschotten, S), waarin bovendien een schors (Co, cortex) en een merg (M, medulla) waarneembaar zijn. In de volwassen thymus is een groot deel van de lobuli vervangen door vetweefsel (A). De thymus wordt omgeven door een kapsel (C).

"MHFNFOF
CPVX Zowel de SCHORS als de MERGZONE van de thymus bestaan uit eenzelfde basisstructuur van een EPITHELIAAL RETICULUM, geïnfiltreerd met grote massa’s LYMFOCYTEN, hun voorstadia en MACROFAGEN (fig. 13.8). De getalsverhouding tussen lymfocyten en reticulaire epitheelcellen is bij de mens in de schors ongeveer 6:1 en in het merg 2,5:1. De RETICULAIRE EPITHEELCELLEN zijn in het lichtmicroscopisch beeld op sommige plaatsen goed te herkennen (fig. 13.10). Ze hebben grote blazige KERNEN met fijn verdeeld chromatine. De uitlopers van deze

cellen zijn met elkaar verbonden door desmosomen. Het CYTOPLASMAbevat weinig opvallende organellen; wel komen in het elektronenmicroscopische beeld bundels tonofilamenten (KERATINE)voor als uiting van het epitheliale karakter van deze cellen. Verder ziet men in deze cellen dichte korrels, die wijzen op secretorische activiteit. 4HYMUSHORMONEN, die uit thymusextracten zijn geïsoleerd (onder andere thymosine-α, thymuline en thymopoëtine) en die de proliferatie van T-lymfocyten bevorderen, worden door de reticulaire epitheelcellen gesynthetiseerd.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

beenmerg lymfoblast

B-lymfocyt

-

-

CD4 CD8 T-lymfocytvoorlopercel

natural killer-cellen

worden eveneens aangetroffen in de T-celgebieden van perifere lymfoïde organen (bijvoorbeeld in de periarteriolaire lymfocytenschede, PALS, van de milt; fig. 13.23b en fig. 13.25). Hun belangrijkste functie is antigeenpresentatie, waarbij ze in de thymus een rol zouden spelen bij de (negatieve) selectie van die T-cellen die tegen lichaamseigen antigenen zouden kunnen reageren: de KLONALE DELETIE van autoreactieve T-cellen (zie verderop).

7BBUWPPS[JFOJOH bloed

B-lymfocyt

-

-

CD4 CD8 T-lymfocytvoorlopercel

natural killer-cellen

thymus

CD4+ T-lymfocyt

CD8 + T-lymfocyt

perifere lymfoïde organen, bindweefsel, epithelia

'JHVVS

Oorsprong, ontwikkeling en functies van de belangrijkste typen lymfocyten. B-lymfocyten ontstaan en rijpen in het beenmerg en migreren daarna naar de perifere lymfoïde organen zoals milt en lymfeklieren. T-lymfocytvoorlopercellen migreren van het beenmerg naar de thymus, waar ze verder uitrijpen, waarna ze als CD4+ of CD8+ de thymus weer verlaten. Natural killer-cellen ontstaan in het beenmerg en spelen een rol in de nietspecifieke of aangeboren immuniteit.

Takjes van de thymusarterie dringen vanuit het kapsel via interlobulaire trabekels door tot op de grens van schors en merg. Van daaruit worden schors en merg apart van bloed voorzien. 3CHORSCAPILLAIRENverlopen radiair door de cortex naar het kapsel, van waaruit ze via de cortex weer naar de schors-merggrens terugkeren en daar in venen uitmonden. Met uitzondering van een capillairgedeelte in het kapsel, hebben thymusschorscapillairen een niet-gevensterd endotheel van het continue type en een zeer dikke lamina basalis; dit speelt waarschijnlijk een rol bij de BLOED THYMUSBARRInRE (zie hierna). In het MERG is een normaal capillairnetwerk aanwezig zonder bijzondere eigenschappen. Capillairen uit schors en merg verenigen zich in mergvenen. Venen in het merg en in het grensgebied tussen merg en schors dringen door in de bindweefselsepta en verlaten de thymus via het kapsel. De thymus heeft geen afferente LYMFEVATEN en vormt geen filter voor passerende lymfe zoals de lymfeklieren. De weinige lymfevaten die in de thymus kunnen worden gevonden, zijn efferent; ze komen voor in de nabijheid van grotere bloedvaten en in het bindweefsel van de septa en het kapsel. De afvoer van lymfocyten uit de thymus vindt hoofdzakelijk plaats via de venulen. In de lymfevaten op de grens van schors en merg worden soms lymfocyten aangetroffen; kennelijk kunnen ze ook op deze wijze de thymus verlaten.

4DIPST
FO
CMPFEUIZNVTCBSSJ²SF In het MERGkomen naast de epitheliale reticulumcellen ook INTERDIGITERENDECELLENvoor. Deze cellen zijn gespecialiseerde bindweefselelementen en worden gerekend tot het mononucleaire-fagocytensysteem. Het zijn cellen met sterk vertakte uitlopers, die tussen de epitheliale reticulumcellen en de lymfocyten lopen en vooral met de laatste in nauw contact staan. Interdigiterende cellen

In het SCHORSGEBIED vindt een enorme PRODUCTIE VAN LYMFOCYTEN plaats. De overgrote meerderheid daarvan gaat in dit gebied echter ook te gronde door APOPTOSE (geprogrammeerde celdood) (zie ‘Histofysiologie’). De restanten worden door schorsmacrofagen gefagocyteerd. Slechts een klein deel, de ‘positief geselecteerde’ thymocyten, overleeft en bereikt het merg (zie hierna).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL



'JHVVS

LM-opname van een enkele lob in de thymus van een kat. De verdeling van schors (cortex, donker) en merg (lichter van kleur) is duidelijk te zien. De donkere kleur ontstaat door de kleuring van de talrijke kernen van de T-cellen, die maar weinig cytoplasma bezitten. In de schors zien we enkele roze lichaampjes van Hassall, niet te verwarren met erytrocyten. 100 × (opname: E. Wisse).

In het schorsparenchym omgeven reticulaire epitheelcellen met hun uitlopers groepjes lymfocyten. Daardoor zijn nauwe contacten tussen de cellen mogelijk, die bij het differentiatieproces van de T-lymfocyten een belangrijke rol spelen. Deze epitheelcellen worden daarom wel ‘THYMICNURSECELLS’genoemd. Aan de buitenzijde van de schors en overal rond de capillairen in de schors vormen de epitheelcellen een continue en afsluitende laag, tegen het bindweefsel afgegrensd door een lamina basalis (fig. 13.11). Uit elektronenmicroscopisch onderzoek, waarbij gebruikgemaakt werd van in vitro ingespoten tracermoleculen, is gebleken dat de wand van de schorscapillairen voor deze moleculen ondoorlaatbaar is. Op deze waarnemingen was het concept

van de BLOED THYMUSBARRInRE gebaseerd. Op deze wijze zou het proces van T-celvorming antigeenonafhankelijk kunnen verlopen. Hoewel de bloed-thymusbarrière de passage van grote moleculen door de schorscapillairen verhindert, is uit onderzoek gebleken dat sommige plasma-eiwitten (ten minste tot een molecuulmassa van ± 200.000 u) toch – en wel vanaf de periferie – in de schors terechtkomen. Ze worden door de capillairen van het kapsel doorgelaten en bereiken tezamen met de interstitiële vochtstroom het thymusmerg. Langs deze TRANSCAPSULAIREWEGzouden lichaamseigen eiwitten in de thymusschors een rol kunnen vervullen bij het tot stand brengen van tolerantie voor lichaamseigen eiwitten door eliminatie van potentieel autoreactieve T-cellen.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

'JHVVS

LM-opname van het centrale deel van een thymuslobje. Naast de T-cellen, die hier minder talrijk zijn dan in de cortex, zien we de blekere kernen van de medullaire epitheelcellen. De lichaampjes van Hassall hebben een onregelmatige structuur van concentrische, soms gecondenseerde epitheelcellen. De cytokinen die ze uitscheiden, spelen een rol in de regulatie van dendritische cellen en de differentiatie van de T-cellen. Voor de lokalisatie van deze celtypen zijn specifieke (immuno)kleuringen nodig. 630 × (opname: E. Wisse).

.FSH Slechts ongeveer 5% van het totaalaantal THYMUSLYM FOCYTEN wordt in het merg gevonden. Er zijn hier naar verhouding meer RETICULAIRE EPITHEELCELLEN. Het merg is daarom in histologische preparaten licht van kleur. De merglymfocyten zijn vrijwel rijpe T-cellen en zijn voor het overgrote deel afkomstig uit de schors. Ze verlaten de thymus via venulen en efferente lymfevaten. Negatieve selectie (zie hierna) zou op de grens van schors en merg plaatsvinden. In de mazen van het epitheliale reticulum van het merg komen naast lymfocyten ook MACROFAGENen INTER DIGITERENDECELLENvoor. Kenmerkend voor het merg zijn de eosinofiele LICHAAMPJESVAN(ASSALL met een grootte

van 20 tot 100 μm. Deze lichaampjes zijn een bron van het cytokine TSLP en andere cytokinen die de activiteit van de dendritische cellen en T-cellen beïnvloeden. Deze hebben een doorsnede van 30-150 μm en bestaan uit concentrische lagen van drie tot twintig afgeplatte epitheliale cellen, die een wisselende graad van verhoorning tonen; soms hebben ze keratohyaliene granula. De functie van deze lichaampjes is nog niet volledig opgehelderd.

0OUXJLLFMJOH
FO
JOWPMVUJF
WBO
EF
UIZNVT In verhouding tot het lichaamsgewicht heeft de thymus zijn maximale ontwikkeling direct na de geboorte. Bij het begin van de puberteit wordt de grootste omvang

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

desmosoom

13 LYMFOÏD WEEFSEL



thymusepitheelcellen

lymfocyten desmosoom

B

C 'JHVVS
 B LM-opname van de thymuscortex met de dichte stapeling van T-cellen. Ze ondergaan hier zowel positieve als negatieve selectie. De thymusepitheelcellen (pijlpunten) begeleiden de T-cellen tijdens deze gebeurtenissen. 400 ×. C Epitheliale reticulumcellen in de thymuscortex zijn APC’s (‘antigen-presenting cells’), die lange uitlopers uitsturen, die met desmosomen aan elkaar verbonden zijn. De cellen scheiden ook cytokinen uit – belangrijk voor de ontwikkeling van de T-cellen.

bereikt, waarna de involutie (verkleining) inzet. Het GE WICHTvan de thymus is bij de mens direct na de geboorte 12-15 g, bij het begin van de puberteit 30-40 g en op oudere leeftijd weer 10-15 g. Op oudere leeftijd komen in de thymus steeds meer vetcellen voor. De thymus is gevoelig voor stress. De thymus van kinderen en volwassenen die na een langdurige ziekte zijn overleden, blijkt bij sectie vaak veel kleiner dan normaal te zijn. De PRODUCTIEVAN4 LYMFOCYTEN is waarschijnlijk maximaal in de periode voor de puberteit. Met toenemende involutie neemt deze productie geleidelijk af. Het INVO LUTIEPROCES begint in het schorsgebied, dat geleidelijk dunner wordt. Daarbij neemt vooral het aantal lymfocyten af. De thymus verdwijnt nooit helemaal: het orgaan is ook bij hoogbejaarden nog te vinden en bestaat dan uit reticulaire epitheelcellen, lichaampjes van Hassall, enkele gebieden met concentraties van lymfocyten en grote hoeveelheden bindweefsel met veel vetcellen.

)JTUPGZTJPMPHJF Prothymocyten verlaten als gerichte stamcellen het beenmerg en bereiken via de bloedbaan de thymus; dit is een continu proces (fig. 13.7). In dit speciale micromilieu ondergaan deze naïeve cellen eerst een PROLIFERATIE en vervolgens een SELECTIE. Tijdens beide processen

vindt geleidelijke DIFFERENTIATIE tot rijpe T-lymfocyten plaats. Proliferatie van THYMOCYTEN speelt zich voornamelijk af in de schors. Na enkele celdelingen begint de expressie van antigeenreceptoren (4 CELRECEPTOR, 4#2) aan het oppervlak van de cel. Deze TCR toont een diversiteit zoals de B-celreceptoren. Aansluitend brengen de thymocyten ook de differentiatiemerkers #$ en #$ tot expressie (#$#$ CELLEN). In dit stadium vindt een eerste (POSITIEVE)SELECTIEplaats (fig. 13.12). Hierbij speelt het micromilieu van het epitheliale reticulum van de schors een essentiële rol (zie hierna). De epitheelcellen van de schors brengen zowel MHC-klasse-I-moleculen (net als alle andere kernhoudende cellen) als MHC-klasse-II-moleculen tot expressie (fig. 13.13 en fig. 13.16). Elders in het lichaam worden MHC-klasse-II-moleculen voornamelijk door antigeenpresenterende cellen (APC, monocyten, macrofagen, dendritische cellen) en B-cellen tot expressie gebracht. Bij het EERSTE (POSITIEVE) SELECTIEPROCES overleven alleen die thymocyten waarvan de TCR ‘past’ op de MHC-moleculen zoals deze op de schorsepitheelcellen voorkomen (-(# RESTRICTIE). De niet-geselecteerde cellen (de overgrote meerderheid!) gaat via APOPTOSE te gronde en wordt door nabijgelegen schorsmacrofagen opgeruimd.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

3 -

-

'JHVVS

TEM-opname van een deel van de schors van de thymus. Rechts van het midden een bloedcapillair met een dikke lamina basalis (lichte zoom). De pijlen wijzen naar uitlopers van epitheelcellen, die een onvolledige omhulling van de bloedvaten vormen. Let op de verschillen tussen de lymfocyten (L) en de epitheliale reticulumcel (R). 2850 ×. Inzet: elektronenmicroscopische opname van een capillair uit het kapsel van de thymus. Hier toont het endotheel de aanwezigheid van fenestrae (pijlen), een verschil in doorlaatbaarheid ten opzichte van het capillair in de schorscapillairen. 5500 × (opname: P. Nieuwenhuis).

Afhankelijk van de mate waarin de T-celreceptor (TCR) MHC-I- dan wel MHC-II-moleculen op het epitheliale reticulum kan herkennen, ontstaan nu bij verdere differentiatie respectievelijk #$ #$- dan wel #$#$ -T-lymfocyten. Bij de overgang van schors naar merg worden vervolgens nog uit deze primair (positief) geselecteerde T-cellen, door middel van interactie met daar gelegen dendritische cellen, juist die cellen geëlimineerd waarvan de TCR een te hóge affiniteit heeft voor de eigen MHC-moleculen (KLONALE DELETIE of NEGATIEVE SELECTIE). Op deze wijze worden potentieel autoreactieve T-cellen uit het repertoire verwijderd. Het selectieproces leidt ertoe dat rijpe T-lymfocyten, na het verlaten van het merg, in de periferie hetzij MHC-II+-antigeenpresenterende

cellen kunnen herkennen (dit geldt voor de CD4+helper-T-lymfocyten), dan wel bijvoorbeeld door virus geïnfecteerde MHC-I+-cellen (dit geldt voor CD8+cytotoxische-T-lymfocyten) (CTL) en daardoor worden geactiveerd. Bij eerdergenoemde processen spelen de door de thymusepitheelcellen geproduceerde THYMUS HORMONENeen rol, al is nog niet duidelijk hoe. Na de thymus te hebben verlaten, migreren de T-lymfocyten via de bloedbaan naar de THYMUSAFHAN KELIJKEGEBIEDENin de PERIFERELYMFOtDEORGANEN.Dit zijn de paracorticale gebieden van de lymfeklieren, de periarteriolaire lymfocytenscheden (PALS) in de witte pulpa van de milt en de interfolliculaire regio’s van het met de darm geassocieerde lymfoïde weefsel (GALT), zoals de platen van Peyer in de dunne darm.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

De T-lymfocyten, die door de thymus aan het bloed zijn afgegeven, zijn langlevende lymfocyten; ze vormen de meerderheid van de lymfocyten in het bloed en de lymfe.

&GGFDUFO
WBO
FFO
BBOUBM
IPSNPOFO
PQ
EF
UIZNVT De thymus is ook onderhevig aan de inwerking van verschillende hormonen. Inspuiting van BIJNIERSCHORS HORMONEN, zoals GLUCOCORTICOSTEROtDEN, leidt tot een sterke vermindering van de lymfocytenaantallen en van de delingsactiviteit in de thymus. Hierbij treedt vooral atrofie op van het schorsgebied van de thymus. Langdurige stress zou een soortgelijk effect hebben. !DRENOCORTICOTROOP HORMOON (!#4() uit de hypofysevoorkwab veroorzaakt hetzelfde effect doordat het de secretorische activiteit van de bijnierschors aanzet. !NDROGENEen OESTROGENEHORMONENversnellen de involutie van de thymus; castratie heeft een omgekeerd effect. 'ROEIHORMOONuit de hypofyse (somatotropine, STH) bevordert de groei van de thymus op een nietspecifieke wijze, als onderdeel van een algemeen effect op de groei van het lichaam. -:.'&,-*&3&/

"MHFNFOF
CPVX Lymfeklieren zijn boon- of niervormige organen, die uit lymfoïd weefsel bestaan, omgeven door een KAPSEL. Vanuit het kapsel delen schotvormige bindweefseltrabekels het orgaan in een aantal onvolledig afgesloten compartimenten. De basisstructuur van het orgaan wordt gevormd door een netwerk van stervormige, vertakte reticulumcellen en reticulaire vezels. In de mazen van het netwerk bevinden zich talrijke lymfoide cellen en macrofagen. Lymfeklieren kunnen eigenlijk beter lymfeknopen (‘lymph nodes’, noduli lymphatici) worden genoemd omdat de lymfe hier niet wordt gevormd (fig. 13.17 en fig. 13.18). Ze komen door het hele lichaam verspreid voor en staan met elkaar in verbinding via aanvoerende (afferente) en afvoerende (efferente) lymfevaten. Ze worden in groepjes bijeen gevonden in de oksel en in de liesstreek, langs de grote vaten van de hals en in grote aantallen in borst- en buikholte en vooral aan de basis van het mesenterium. Lymfeknopen vormen in serie geschakelde FILTERS, waar de lymfe, die als weefselvloeistof afkomstig is uit de weefsels, ten minste door één lymfeknoop wordt gefiltreerd alvorens te worden uitgestort in de bloedbaan.

13 LYMFOÏD WEEFSEL



thymus ijk van positieve selectie: overleving afhankelijk lecuul mogelijkheid tot binding aan MHC-molecuul CD8

TCR MHCklasse I

MHCklasse II CD4 corticale epitheliale cellen presenteren T-lymfocytvoorlopercel MHC-moleculen met antigenen aan T-lymfocytvoorlopercel binding aan MHC-molecuul?

ja

nee dood door apoptose

thymus

overleving en verplaatsing ove naar medulla

negatieve neg ga attieve selectie: ov overleving afhankelijk van niet-herkennen vvan eigen antigeen TCR

lichaamseigen antigeen

MHCklasse I

MHC-klasse II

dendritische cellen presenteren lichaamseigen antigenen aan T-lymfocytvoorlopercel

T-lymfocytvoorlopercel

herkenning lichaamseigen antigenen?

nee

ja dood door apoptose

overleving en complete maturatie

2% van de cellen overleeft selectieproces in de thymus

selectief verlies van CD4- of CD8-expressie

naïeve immuuncompetente cellen

helper-T-lymfocyten (behoud CD4-eiwit)

cytotoxische T-lymfocyten (behoud CD8-eiwit)

'JHVVS

Positieve selectie gebeurt in de cortex en laat alleen T-cellen door met functionele TCR’s die MHC-klasse I en II herkennen. Negatieve selectie gebeurt in het merg en laat alleen de T-cellen over die tolerant zijn voor lichaamseigen antigenen op de daar aanwezige dendritische cellen.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

antigeenreceptor

NH 2

presentatie van exogeen antigeen-MHC-II-complex aan het celoppervlak

presentatie van endogeen antigeen-MHC-I-complex aan het celoppervlak 4

NH 2

a

HOOC

3

3

COOH

COOH

MHC-I

MHC-II

c b

'JHVVS
B
Schematische weergave van de twee typen MHC-moleculen. Het zijn transmembrane eiwitten, die zowel binnen als buiten de cel uitvoerige en functionele onderdelen bevatten. Het MHC-klasse-I-molecuul heeft slechts één transmembraansegment. 2

2

.FEJTDIF
DPOUFYU MHC-I

.BMJHOF UVNPSFO
kunnen op verschillende manieren hun tumorcellen over het lichaam verspreiden: 1 lymfogeen (via de lymfe), waarbij de tumorcellen in eerste instantie in de drainerende lymfeknoop lokaliseren en MZNGFLOPPQNFUB TUBTFO
vormen; 2 hematogeen (via het bloed): hetzij direct, hetzij indirect via lymfeknopen, waarbij de uiteindelijke lokalisatie afhankelijk is van het circulatiepatroon (levermetastasen, longmetastasen, beenmerg).

Lymfeknopen hebben aan de CONCAVEZIJDEeen iets verzonken gebied, de HILUS,waar via de VAATSTEELarteriën en zenuwen het orgaantje binnenkomen, terwijl venen en een efferent lymfevat daar uittreden. De LYMFEkomt de lymfeknoop binnen aan de convexe zijde via de AFFERENTE LYMFEVATENen verlaat het orgaan via een of soms meer EFFERENTELYMFEVATENaan de hilus. Dankzij de aanwezigheid van kleppen in de afferente en efferente lymfebanen stroomt de lymfe in één richting door de lymfeknoop. Aan een lymfeknoop zijn een perifere SCHORS (CORTEX), die onder het kapsel is gelegen, en een meer centraal gelegen MERG(MEDULLA)te onderscheiden. De schors is onder te verdelen in een BUITENSTE SCHORSGE BIED, dat vooral uit (lymfe)follikels bestaat, en een meer naar binnen gelegen PARACORTICAAL GEBIED, dat aan het merg grenst. De in de SCHORS gelegen LYMFEFOLLIKELS

proteasoom

1 antigeen 1

'JHVVS
C
Schematische weergave van de antigeenverwerking en -presentatie door toedoen van MHC-I- en MHC-II-moleculen. Links: de weg waarlangs eigen antigenen worden verwerkt en aan het oppervlak worden gepresenteerd. Eiwitfragmenten die vrijkomen bij de afbraak door proteasomen, worden door het RER opgenomen, waar ze binden aan nieuwe MHC-I-moleculen (1). Het MHC-I-antigeencomplex wordt via het Golgi-complex (2) door kleine vesikels naar het celoppervlak getransporteerd, waar de MHC-I-moleculen in de celmembraan worden opgenomen zodat ze de antigeenfragmenten presenteren. Als een virus erin slaagt de cel binnen te dringen en er geen apoptose optreedt, zal het mogelijk zijn dat het virus van dezelfde weg gebruikmaakt en zo het infectieproces compliceert. Rechts: synthese van MHC-II-moleculen gebeurt ook in het RER (1). Ze worden via vesikels naar het Golgi-complex getransporteerd (2). Micro-organismen worden via fagocytose door de cel opgenomen (a); door fusie met primaire lysosomen (b) wordt het opgenomen materiaal verteerd tot fragmenten (c). Fusie met een Golgi-vesikel brengt de MHC-IImoleculen in contact met de fragmenten, waarop binding aan de MHC-II-molecuul volgt (3). De vesikels fuseren met de celmembraan en de presentatie van MHC-II-antigeencomplex aan het oppervlak van de cel is een feit (4).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

humorale immuunrespons

13 LYMFOÏD WEEFSEL



cellulaire immuunrespons

antigeenpresenterende cel

presentatie van antigenen op MHCklasse-II-moleculen

antigenen cytokinen h-TL

helper-Tlymfocyt

mitose

B-lymfocyt h-TL

BL

geactiveerde B-lymfocyt

h-TL

h-TL

BL cytokinen mitose

BL

BL

BL

differentiatie tot plasmacellen

BL antilichamen

h-TL

geheugenhelper-Tlymfocyt

geheugenB-lymfocyt door cytokine geactiveerde macrofaag vernietigt micro-organisme

'JHVVS

Immuunreactie gericht tegen een micro-organisme (humorale respons). Helper-T-lymfocyten (h-TL) worden door antigeenpresenterende cellen geactiveerd. Deze cellen hebben na enkele celdelingen een interactie met antigeenpresenterende B-cellen die ze activeren. Daarna maken deze op hun beurt, ook onder invloed van door h-TL geproduceerde cytokinen, een reeks celdelingen door. Uiteindelijk differentiëren deze B-cellen tot plasmacellen, die antilichamen vormen tegen het antigeen. Een deel van de B-cellen kan als geheugencellen blijven circuleren en bij een tweede contact snel reageren. NB In deze figuur komt niet tot uiting dat door antigeenpresenterende cellen (APC) geactiveerde h-TL ook antigeen herkennen aan het oppervlak van B-cellen en met deze cellen fysiek contact maken (‘cognate interaction’).



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

humorale immuunrespons

cellulaire immuunrespons

door virus geïnfecteerde antigeenpresenterende cel

antigeenpresenterende cel

antigenen presentatie van antigenen op MHCklasse-II-moleculen

cytokinen h-TL

presentatie van antigenen op MHC-klasse-Imoleculen

helper-Tlymfocyt

c-TL mitose

mitose

B-lymfocyt h-TL

BL

h-TL

h-TL

c-TL

c-TL

c-TL

c-TL

c-TL

c-TL

cytokinen geactiveerde B-lymfocyt

BL cytokinen mitose

BL

BL

BL

effectorcytotoxische T-lymfocyt

differentiatie tot plasmacellen

BL antilichamen

geheugenB-lymfocyt

h-TL geheugenhelper-Tlymfocyt

doden van door virus geïnfecteerde cel door lytische factoren en/of inductie van apoptose

geheugencytotoxische T-lymfocyt

'JHVVS

Immuunreactie gericht tegen een virusinfectie (cellulaire respons). Cytotoxische T-lymfocyten (c-TL) worden geactiveerd door het virusantigeen-MHC-I-complex aan het oppervlak van geïnfecteerde cellen. Ook door eveneens geactiveerde h-TL en hun cytokinen leidt dit tot proliferatie en differentiatie van meer cytotoxische T-cellen (effectorcytotoxische T-cellen) en T-geheugencellen. Effectorcytotoxische T-cellen produceren het eiwit perforine, dat lysis van de geïnfecteerde cel veroorzaakt. Dit verhindert verdere proliferatie van de virussen.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL



Costimulatie voor activatie van T-lymfocyten voor klonale selectie

Helper-T-lymfocyt naïeve helper-T-lymfocyt

TCR 2 Tweede stimulatie: helper-T-lymfocyten geven IL-2 af; dit stimuleert de IL-2 helper-T-lymfocyten APC

CD4

1 Eerste stimulatie: CD8 bindt aan MHC-klasse-I-molecuul op verschillende cellen; TCR interageert met abnormale antigenen in MHC-klasse-Imolecuul

CD8

naïeve cytotoxische T-cel TCR

MHC-klasse l met antigeen

IL-2

MHC-klasse II met antigeen

1 Eerste stimulatie: CD4 bindt aan MHC-klasse-IImolecuul van APC; TCR interageert met antigeen van MHC-klasse-IImolecuul

Cytotoxische T-lymfocyt

geïnfecteerde cel 2 Tweede stimulatie: IL-2 komt vrij van geactiveerde helper-T-lymfocyt en stimuleert de cytotoxische T-lymfocyt geactiveerde helperT-lymfocyten prolifereren en differentiëren; ze vormen een kloon van geactiveerde en geheugenhelper-T-lymfocyten

IL-2 geactiveerde cytotoxische T-lymfocyten prolifereren en differentiëren; ze vormen een kloon van geactiveerde en geheugenhelper-T-lymfocyten

C

B 'JHVVS
 Lymfocytactivatie vereist de costimulatie van ten minste twee receptoren en veroorzaakt de proliferatie van effectorcellen en een geringer aantal geheugencellen. B TCR en CD4 van een T-helpercel binden antigenen gepresenteerd op MHC-II van een APC. Door het interleukine-2 van de T-helpercel zal de lymfocyt worden geactiveerd en gaan delen. C Cytotoxische T-cellen binden aan eiwitfragmenten op MHC-klasse-I-moleculen. Door het interleukine-2 van een T-helpercel gaan ze ook prolifereren.

zijn bolvormige structuren met een diameter van 0,2-1 mm, vrijwel uitsluitend bestaande uit donkerkleurende " LYMFOCYTEN.Men noemt deze structuren ook wel PRI MAIREFOLLIKELS.Soms bevindt zich in het centrum van de follikel een lichter gebied, het FOLLIKELCENTRUM of KIEMCENTRUM(‘GERMINALCENTER’). Men spreekt dan van SECUNDAIRE FOLLIKELS. Rond het follikelcentrum bevindt zich een donkerder krans, de LYMFOCYTENCORONA. Behalve de reticulumcellen van de grondstructuur bevinden zich in de follikels bijzondere reticulumcellen met sterk vertakte dunne uitlopers, die tussen de talrijke dicht opeengepakte lymfocyten van de follikel liggen, de FOLLICULAIRE DENDRITISCHE CELLEN (&$#). Ze kunnen immuuncomplexen aan hun oppervlak vasthouden en zouden een belangrijke rol spelen bij de vorming van " GEHEUGENCELLEN, die in het follikelcentrum ontstaan. Het PARACORTICALE gebied, ook wel ‘diepe schorszone’ genoemd, bevat vrijwel uitsluitend 4 LYMFOCYTEN. Omdat deze T-lymfocyten uit de thymus afkomstig zijn, zoals onder andere is gebleken uit dierexperimenten

waarbij neonataal de thymus werd verwijderd, wordt dit gebied ook wel thymusafhankelijk gebied genoemd. In het paracorticale gebied komt naast de reticulumcellen een ander soort niet-lymfoïde cellen voor, de INTERDIGITERENDE DENDRITISCHE CELLEN ()$#). Die staan met talrijke vingervormige uitlopers in nauw contact met de omgevende T-lymfocyten. Bij de activering van de T-lymfocyten tijdens een cellulaire immuunrespons spelen ze, als ANTIGEENPRESENTERENDE CELLEN, een belangrijke rol. IDC’s hebben een typisch onregelmatig gevormde, sterk ingedeukte kern in een lichtgekleurd cytoplasma; ze zijn redelijk te onderscheiden van gewone macrofagen en reticulumcellen. IDC’s behoren tot het mononucleaire-fagocytensysteem. Ook in de thymusafhankelijke gebieden van de milt (PALS) worden deze cellen aangetroffen, evenals in het merg van de thymus. Deze cellen zijn in staat om antigenen, die bijvoorbeeld met de lymfe of het bloed zijn aangevoerd, op te nemen (fagocytose) en intracellulair gedeeltelijk af te breken. Bij dit ‘ANTIGEN PROCESSING’ worden in het cytoplasma peptidenfragmenten gekoppeld aan



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

stroomrichting lymfe

cortex subcapsulaire sinus lymfefollikels kapsel

kiemcentrum mantelzone

trabekel

merg medullaire sinus medullaire strengen

hilus efferent lymfevat

paracortex

stroomrichting lymfe

klep

arterie vene hoogendotheliale venule afferente lymfevaten

bloedcapillairen rondom de lymfeknoop

'JHVVS
 Lymfeknopen (lymfeklieren) zijn orgaantjes die door een bindweefselkapsel worden omgeven. Aan de bolle kant komen verschillende kleine afferente lymfevaten (met kleppen) binnen in het corticale deel van de lymfeknoop. Aan de andere zijde, de hilus, is het orgaantje voorzien van een arterie, een vene en een efferent lymfevat. Binnenin zijn verschillende gebieden te onderscheiden: de cortex, de paracortex en het merg. In de cortex liggen lymfefollikels in verschillende stadia van ontwikkeling. De lymfe stroomt langs de subcapsulaire sinus, de trabeculaire sinus, door het merg met de mergstrengen weer naar buiten.

MHC-klasse-II-moleculen, waarna het geheel als antigeen-MHC-complex aan het oppervlak verschijnt. Aangezien T-lymfocyten bij hun rijping in de thymus zijn geselecteerd op hun vermogen om deze MHCmoleculen te herkennen (MHC-selectie en -restrictie), kan antigeenpresentatie in associatie met deze MHCmoleculen effectief plaatsvinden. Onder het bindweefselkapsel van de lymfeknoop bevindt zich aan de hele convexe zijde een RANDSI NUS of SUBCAPSULAIRE SINUS, die via SCHORSSINUSSEN of peritrabeculaire sinussen met de MERGSINUSSEN in verbinding staat. In deze sinussen verzamelt zich de door de afferente lymfevaten aangevoerde lymfe, die zeer traag door de lymfeknoop stroomt op weg naar de efferente lymfevaten. Het MERGGEBIEDbevat, naast de MERGSINUSSEN, MERGSTRENGEN van dicht lymfoïd weefsel, waarin lymfocyten, plasmacellen en macrofagen voorkomen (fig. 13.19).

7BBUWPPS[JFOJOH De eerste vertakkingen van de arteriën die bij de hilus binnenkomen, verspreiden zich via de trabekels. Kleinere arteriolen verlaten de trabekels en lopen via mergstrengen schorswaarts, waar ze in een CAPILLAIRNETovergaan. De capillairen verenigen zich tot venulen, die in trabekelvenen uitmonden. In de wand van het direct op de capillairen aansluitende deel van de venulen bevinden zich sterk verdikte endotheelcellen; deze venulen worden daarom HOOGENDOTHEELVENULEN ((%6) genoemd (fig. 13.20). Dit type venule komt onder normale omstandigheden uitsluitend voor in perifere lymfoïde organen, behalve in de milt. Het zijn plaatsen waar T- en B-lymfocyten, na specifieke herkenning en aanhechting aan het endotheel, uit de bloedbaan treden en in het lymfoïde weefsel terechtkomen. HEV’s hebben op hun oppervlak adhesiemoleculen (‘vascular addressins’), waaraan T- of B-lymfocyten, met speciale receptoren (‘selectins’) in hun

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL



'JHVVS
B
LM-opname van een lymfeknoop bij lage vergroting. Direct onder het bindweefselkapsel (boven) ligt de subcapsulaire sinus, waar de binnenstromende lymfe zich verdeelt over het weefsel. In de dichtbevolkte cortex zien we de aftekening van lymfefollikels, waar zich voornamelijk B-cellen bevinden. Tussen het gebied met de follikels en het merg ligt de paracortex (voornamelijk T-celterritorium), die in het centrum overgaat in het merg met de mergstrengen die iets donkerder kleuren (opname: E. Wisse).

celmembraan, kunnen hechten. Na aanhechting kan een T- of B-lymfocyt door middel van amoeboïde bewegingen tussen de endotheelcellen naar het lymfoïde weefsel migreren. HEV’s komen bij uitstek voor in de PARACOR TICALEGEBIEDEN. B-lymfocyten, die hier via de wand van deze vaten de bloedbaan verlaten, migreren vervolgens naar het buitenste schorsgebied, het B-celcompartiment. Op gelijke wijze bereiken T-lymfocyten uit het bloed de rond de HEV’s gelegen paracorticale gebieden. Na enige tijd (uren tot dagen) verlaten de via de bloedbaan binnengetreden T- en B-lymfocyten de lymfeknopen weer via het efferente lymfevat, tenzij ze inmiddels bij een immunologische reactie betrokken zijn geraakt (zie paragraaf ‘Histofysiologie’). In de wand van HEV’s worden steeds veel lymfocyten aangetroffen. Bij antigene stimulatie van een lymfeknoop, wanneer zich in het weefsel een immuunreactie gaat afspelen,

vindt via de HEV’s een sterk verhoogde aanvoer van lymfocyten plaats. Daardoor neemt de lymfeknoop sterk in omvang toe; dit verklaart de lymfeknoopzwelling bij ontstekingen.

)JTUPGZTJPMPHJF Elke lymfeknoop ontvangt lymfe uit een bepaald gebied van het lichaam, waarvan het de REGIONALE of DRAINERENDE LYMFEKNOOP is. Met deze lymfe kunnen antigenen (onder andere bacteriële toxinen, bacteriefragmenten, dode celresten of antigeenpresenterende cellen, die in de periferie antigeen hebben opgenomen, maar ook bacteriën en virussen) de lymfeknoop bereiken. In de lymfeknoop worden partikels door de fagocyterende activiteit van macrofagen uit de lymfe verwijderd (ZEEFFUNCTIE). Lymfedrainage van een weefsel is een belangrijk element in het proper houden van organen en in



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

'JHVVS
C
LM-opname van het merg van een lymfeknoop met een kleuring die vooral het reticulinenetwerk van de reticulumcellen kleurt. Hier hebben de cellen dus twee niveaus van vrijheid, iets meer vaste grond onder de voeten in de mergstrengen en nog ruimere mogelijkheden voor verplaatsing en interactie in het ijle weefsel tussen de strengen (opname: E. Wisse).

de afweer van het lichaam tegen invasieve organismen. Met de lymfe worden dus vreemde organismen, afvalstoffen van cellen, resten van de extracellulaire matrix en eventueel tumorcellen verwijderd. Een goede lymfedrainage is dus belangrijk voor een gezond weefsel. Bovendien kan de lymfe, stromend door het reticulum, de B- en T-lymfocyten van de lymfeknoop bereiken. Bij een ontsteking in het drainagegebied kan zo, in de drainerende lymfeknoop, een HUMORALEof CEL LULAIREIMMUUNREACTIE(meestal beide) op gang komen. Voor de meeste antigenen geldt dat ze THYMUS AFHANKELIJK zijn, dat wil zeggen dat de hulp van helper-T-lymfocyten nodig is om B-lymfocyten te activeren tot proliferatie en differentiatie. De hulp bestaat daaruit dat de 4 LYMFOCYT lymfokinen uitscheidt nadat deze met zijn T-celreceptor het antigeen én de

MHC-klasse-II-moleculen op de celmembraan van een ANTIGEENPRESENTERENDE CEL (interdigiterende cel of macrofaag) heeft herkend. Die initiëren de B-celproliferatie en -differentiatie. " LYMFOCYTEN transformeren daarbij tot plasmablasten op de grens van de diepe en buitenste schorszone, aan de ‘onderzijde’ van de follikel. De plasmablasten delen zich en differentiëren achtereenvolgens tot onrijpe en tot rijpe plasmacellen. Die komen in groten getale in de mergstrengen te liggen en geven aan de langsstromende lymfe immunoglobulinen mee. Deze zogenoemde PLASMACELLULAIRE REACTIE heeft zijn hoogtepunt ongeveer drie tot vier dagen na het eerste contact met antigeen. Aansluitend vindt ook in het centrale deel van de follikels een reactie plaats, de FOLLIKELCENTRUMREACTIE, gekenmerkt door een lokale proliferatie van " LYMFOBLASTEN(CENTROBLASTEN).

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

MS MS

MC

'JHVVS

Een mergstreng (MC) bij hogere vergroting toont plasmacellen (pijlen) met ronde, excentrische kernen en een ruim cytoplasma. MS duidt een medullaire sinus aan, waarin zich eosinofiele uitlopers van de reticulumcellen bevinden. 400 × (opname: P.A. Abrahamsohn).

Antilichamen die via de circulatie het ontstekingsgebied bereiken, zullen daar met antigenen aan het oppervlak van bacteriën reageren en deze zo onschadelijk maken. Daarbij ontstaan antigeen-antilichaamcomplexen, die voor een deel weer via de lymfe de drainerende lymfeknoop bereiken. Deze ‘immuuncomplexen’ worden daar aan het oppervlak van de folliculaire dendritische cellen geruime tijd (weken) vastgehouden, waardoor ze bijdragen aan het onderhouden van de follikelcentrumreactie. Een deel van de bij de proliferatie ontstane cellen gaat ter plaatse te gronde door apoptose. De (kern)resten van deze cellen worden door de aanwezige macrofagen gefagocyteerd en zijn hierin als ‘TINGIBELE+yRPER’(‘kleurbare lichaampjes’) zichtbaar. De follikels en vooral hun centra worden ten gevolge van deze delingsactiviteit veel groter. Enkele weken na contact met het antigeen neemt de delingsactiviteit van het centrum weer af. Hierbij ontstaan " GEHEUGENCELLEN(‘MEMORY" CELLS’).

13 LYMFOÏD WEEFSEL



Dat zijn B-lymfocyten die op een hernieuwd contact met hetzelfde antigeen door hun grotere aantallen met een sterke ‘secundaire respons’ kunnen reageren. Tijdens de differentiatie van geheugencellen vindt een omschakeling plaats van IgM-productie naar productie van IgG-moleculen (‘ISOTYPE SWITCH’). De voor de specificiteit verantwoordelijke Fab-gedeelten van de immunoglobuline veranderen hierbij uiteraard niet. Wanneer de hiervoor genoemde reactie zich in een primaire follikel afspeelt, transformeert deze tot een SECUNDAIRE FOLLIKEL. Vanwege de vorming van geheugencellen in de follikelcentra worden deze ook wel KIEMCENTRAgenoemd (fig. 13.21). De ACTIVERINGVAN4 LYMFOCYTENdoor antigeen vindt plaats in de paracorticale gebieden, waarbij het antigeen wordt gepresenteerd door de interdigiterende dendritische cellen (IDC). Bij deze CELLULAIRE IMMUUNREACTIE vindt ook proliferatie en differentiatie plaats, in dit geval van geactiveerde T-lymfocyten (T-lymfoblasten). Hierbij zijn twee typen T-helpercellen betrokken, te weten #$4H-cellen, die CD8+-T-cellen activeren tot cytotoxische T-cellen, en #$4H-cellen, die B-lymfocyten activeren. Geactiveerde CD4+Th2-cellen hebben daarnaast ook een ‘down’-regulerend effect op CD4+Th1-cellen, reden waarom ze ook wel T-suppressorof T-regulatorcellen worden genoemd. Bij de cellulaire immuunreactie ontstaan grote aantallen geactiveerde cytotoxische T-lymfocyten, die via de efferente lymfe worden afgevoerd. Deze T-effectorcellen scheiden, zodra ze in aanraking komen met het antigeen waartegen ze zijn gericht, lokaal lymfokinen (fig. 13.15) uit. Een deel van de aldus geactiveerde T-cellen blijft waarschijnlijk als 4 GEHEUGENCELLEN bestaan, zodat bij een tweede contact met hetzelfde antigeen een snelle en effectieve afweer mogelijk is. Wanneer in het DRAINAGEGEBIEDvan een lymfeknoop geen ontsteking aanwezig is en er dus ook geen antigeen de lymfeknoop bereikt, zal deze in de B- en T-celgebieden weinig activiteit tonen. De lymfeknoop toont dan zijn normale, dat wil zeggen: niet-gestimuleerde, beeld. Anders is dat met de MESENTERIALE LYMFEKNOPEN, die de lymfe van de ingewanden ontvangen en daardoor voortdurend in aanraking komen met veel antigenen afkomstig van de bacterieflora en de inhoud van de darm. Deze lymfeknopen tonen steeds een grote activiteit. Cellen die in een lymfeknoop zijn gevormd of in een stroomopwaarts gelegen lymfeknoop aan de lymfe zijn toegevoegd, en ook lymfocyten die via de HEV’s de lymfeknoop zijn binnengekomen en enige tijd daarin hebben vertoefd, verlaten de lymfeknoop via de sinussen en de efferente lymfevaten. Via de DUCTUSTHORACICUS



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

B

C 'JHVVS
 B LM-opname van een plastic coupe met een hoogendotheliale venule in een paracorticaal veld in een lymfeknoop. Tussen de bolle endotheelcellen (pijlpunten) zijn doorkruipende lymfocyten (pijlen) te zien. Moleculen aan het oppervlak van deze lymfocyten worden herkend door receptoren op de endotheelcellen. Deze interactie bepaalt de ‘homing’ van lymfocyten in lymfeknopen. 400 ×. C SEM-opname van een opengebroken hoogendotheliale venule. De opname toont de endotheelcellen (witte driehoekjes) en de aangehechte lymfocyten van het perifere bloed. 500 × (bron: Fujita 1989).

of de TRUNCUSLYMPHATICUSDEXTERkomen ze weer in de bloedbaan terecht. Vanuit de bloedbaan kunnen ze opnieuw deel gaan uitmaken van een lymfoïd orgaan. Door deze RECIRCULATIEvan zowel B- als T-lymfocyten vindt een continue herverdeling (REDISTRIBUTIE)van lymfocyten over de lymfoïde organen plaats, waardoor deze verspreid liggende organen functioneel als één IMMUUNSYSTEEM kunnen worden beschouwd. .*-5

"MHFNFOF
CPVX De milt is bij de mens het grootste lymfoïde orgaan en is ingeschakeld in de bloedbaan. Door de rijkdom aan fagocyterende cellen en hun nauwe contact met de cellen van het circulerende bloed, is de milt: r een belangrijke verdedigingsbarrière tegen in het bloed binnengedrongen micro-organismen, zoals onder meer blijkt uit een gezwollen, pijnlijke milt bij ‘bloedvergiftiging’ (sepsis); r de plaats waar oude rode en andere bloedcellen uit de circulatie worden weggevangen en afgebroken. De milt wordt omgeven door een kapsel van dicht bindweefsel van waaruit trabekels uitgaan, die het parenchym van de milt – de MILTPULPA«binnendringen. Aan de mediale zijde van de milt bevindt zich een hilus, waar arteriën

en zenuwen het orgaan binnenkomen en zich via de trabekels door het orgaan verdelen. De venen, die het bloed uit het parenchym verzamelen, verlaten de milt via de hilus. De milt heeft geen afferente lymfevaten; de efferente lymfevaten, die pas in de trabekels ontstaan, verlaten het orgaan eveneens aan de hilus (fig. 13.22).

.JMUQVMQB Een snede door een verse milt toont een dieprode massa, de RODEPULPA, te midden waarvan scherp afgegrensde witte vlekken, de WITTEPULPA, voorkomen (fig. 13.23). De RODE PULPA bestaat voor 60% uit speciale bloedruimten, de VENEUZESINUSSEN, gevuld met rode bloedcellen afgewisseld met strengen van reticulumweefsel, de "ILLROTH STRENGEN. Deze strengen bevatten veel macrofagen. De WITTEPULPA,rond de arteriële vaatvertakkingen, wordt gevormd door dicht opeen gelegen hoeveelheden lymfocyten. Zowel rode als witte pulpa hebben als basale structuur een ruimtelijk netwerk van reticulumcellen, gesteund door dunne collagene vezels.

7BBUWPPS[JFOJOH De structuur van de milt is het beste te beschrijven door uit te gaan van de weg die de bloedstroom door het orgaan volgt. De vertakkingen van de ARTERIA

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL



GC M GC M

B

V

C

C

P

P

C 'JHVVS
 B De lymfefollikels in de lymfeknopen (en in andere weefsels) bestaan voornamelijk uit ophopingen van B-cellen. Lymfefollikels tonen variaties in hun morfologie, afhankelijk van hun functionele toestand. Hier is een follikel afgebeeld met rechts een duidelijk ‘germinal center’ (GC, kiemcentrum), waaromheen een folliculaire mantel (M) te zien is met een hogere densiteit van cellen. Cellen die prolifereren, hebben een ruimer cytoplasma en daarom kleuren ze lichter in GC. C Twee opeenvolgende coupes door de cortex (C) van een lymfeknoop werden immunogekleurd met een antilichaam tegen B-cellen (links) en een antilichaam tegen T-cellen (rechts). Links kleuren de B-cellen in de cortex (C) en in de hoogendotheelvenule (V); in de paracortex (P) is er weinig reactie te bespeuren. Rechts kleuren slechts weinig cellen in de cortex, maar kleuren de cellen in de paracortex sterk (P). 200 × (opname: I.L. Weissman).

LIENALIS,die de milt aan de hilus binnentreden, splitsen zich in het bindweefsel van het hilusgebied in arteriën. Deze arteriën volgen het verloop van de trabekels en worden TRABEKELARTERIpNgenoemd. Takken van deze arteriën verlaten de trabekel en dringen het parenchym binnen, waar ze direct en volledig worden omgeven door een schede van lymfoïd weefsel (PERIARTERIOLAIRE LYMFOCYTENSCHEDE, 0!,3). Dit weefsel is zo dicht met lymfocyten bevolkt, dat de reticulumcellen daarin geheel schuilgaan. Gezien hun centrale ligging in de PALS worden deze vaten CENTRALEARTERIOLENgenoemd.

Aan de rand van de PALS liggen FOLLIKELS, die uit de centrale arteriole een eigen vaatvoorziening ontvangen. Deze vaatvoorziening mondt uit in de MARGINALESINUS, van waaruit het bloed vrijelijk het reticulaire bindweefsel van de rode pulpa instroomt. Wanneer de centrale arterie in zijn verdere verloop een dikte heeft bereikt van ongeveer 50 μm, wordt de lymfoïde schede dunner en deelt het vat zich in een aantal uitwaaierende, recht verlopende arteriolen, die de rode pulpa ingaan. Deze TERMINALEARTERIOLENworden PENSEELARTERIpN (penicilli) genoemd; ze hebben



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

S

periarteriolaire lymfocytenschede (PALS)

S

penseelarteriën p elar l terriën la iën

S witte pulpa pul ulpa eets ets ts sheets ro ofa fag fag gen) e ) en (macrofagen)

centrale arteriën

S g gesloten esl s ote ote ten n ccirculatie ci ircu ula atie at ie e

kiemcentrum zone marginale sinussen

S

S

trabekel rode pulpa ulpa ulp

op pen pe p n open ci c cir circulatie

trabekelarterie venen rode rod od o de pulpa p pul ulp ul l a trabekelvene

'JHVVS

De bloedcirculatie in de milt start bij de hilus, waar de miltarterie het orgaan binnenkomt. De bindweefselschotten die uitgaan van het kapsel bevatten de vertakkingen, de trabeculaire arteriën, die op een bepaald moment het weefsel in gaan. Daar vormen ze de centrale arteriole, die omgeven is met een schede van lymfocyten: de PALS of periarteriolaire lymfocytenschede. Dit weefsel behoort tot de witte pulpa. Hierin kunnen zich lymfefollikels ontwikkelen, die apart van bloed worden voorzien door een zijtakje van de centrale arteriole. Dit bloed stroomt uit in de marginale sinussen, die op hun beurt het bloed vrij laten uitlopen in de rode pulpa waarmee ze zijn omgeven. Het vervolg van de centrale arteriole gaat over in de typische miltsinussen. Daar worden de rode bloedcellen getest. In de Billroth-strengen tussen de sinussen liggen macrofagen, die de oude bloedcellen fagocyteren. Uiteindelijk stroomt het bloed via het veneuze systeem terug naar de vena lienalis. S = sinusoïd.

een diameter van circa 25 μm en zijn nog door één of twee lagen lymfocyten omgeven. Hierna zetten de penseelarteriën zich als gewone capillairen voort. De wijze waarop het bloed uit de penseelarteriën en de daarvan aftakkende capillairen in de VENEUZE SINUS SEN terechtkomt, is lange tijd onduidelijk geweest. Enkele onderzoekers waren van mening dat er in de milt, zoals vrijwel overal elders, een GESLOTEN CIRCULA TIE is, dat wil zeggen dat alle capillairen continu zijn met de veneuze sinussen. Anderen stelden zich een OPENCIRCULATIEvoor, waarbij het bloed uit de capillairen in het reticulumweefsel van de Billroth-strengen zou uitstromen. Van daaruit zou het, via openingen in de wand van de veneuze sinussen, in de circulatie terugkeren. Uit SEM-onderzoek is gebleken dat veruit de meeste capillairen eindigen in het reticulum van de

Billroth-strengen; dit komt dus overeen met een open circulatie. Vanuit de veneuze sinussen wordt het bloed afgevoerd naar venen, die zich tot grotere vaten verenigen en, na een vrij kort verloop door de rode pulpa, als TRA BEKELVENEN in de bindweefseltrabekels van de milt verlopen in de richting van de hilus. Daar verenigen ze zich in de VENALIENALIS.

8JUUF
QVMQB De witte pulpa (het lymfoïde weefsel van de milt) bestaat uit twee componenten. 1 De PERIARTERIOLAIRELYMFOCYTENSCHEDE(0!,3), die uit een compacte lymfocytenmassa bestaat die de arteriolen over hun hele lengte omgeven. Het meer centraal gelegen deel van de PALS (‘inner PALS’ of

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL



'JHVVS
B
LM-opname van rode en witte pulpa in de milt van een konijn na intraveneuze injectie van Oost-Indische inkt. Koolstofpartikels zijn opgenomen in de macrofagen van de rode pulpa, die hiermee ook hun aantal en locatie in het weefsel laten zien. PALS = periarteriolaire lymfocytenschede met centrale arteriole. Mallory-kleuring, lage vergroting (opname: P. Nieuwenhuis).

2

‘binnen-PALS’) is bevolkt door 4 LYMFOCYTEN. Evenals in de paracorticale gebieden van de lymfeknopen worden ook hier INTERDIGITERENDEDENDRITISCHECELLEN ()$#)gevonden. De op de grens met de rode pulpa gelegen lymfocyten zijn " LYMFOCYTEN. De FOLLIKELS,die aan de rand van de witte pulpa gelegen zijn. Op doorsnede ontstaat daardoor het voor de milt kenmerkende beeld van een follikel waarlangs een arteriole verloopt, die zelf nog weer door lymfocyten omgeven is. De follikels in de milt kunnen, net als in lymfeknopen, voorkomen als PRIMAIREen SECUNDAIRE FOLLIKELS. Deze laatste hebben een FOLLIKELCENTRUM, omgeven door een LYMFOCYTENKRANS (CORONA) of MANTELZONE, gevormd door rijpe " LYMFOCYTEN(membraan-IgM–IgD+) (fig. 13.24 en fig. 13.25).

De follikels worden aan de buitenzijde begrensd door een RANDZONE met ¯MARGINAL ZONE° " CELLEN. De grens tussen de mantelzone (corona) en de randzone wordt gemarkeerd door de MARGINALE SINUS (zie paragraaf ‘Vaatvoorziening’). De cellen van de marginale zone zijn een speciaal soort " LYMFOCYTEN, die op hun oppervlak bezet zijn met IgM-moleculen (IgM+IgD–). De randzone kan zich voor een deel over de PALS uitstrekken.

.FEJTDIF
DPOUFYU ‘Marginal-zone’-B-cellen spelen een rol bij de afweer tegen kapseldragende bacteriën, zoals pneumokokken. Patiënten bij wie de milt is verwijderd, blijken daarna een verhoogde gevoeligheid te hebben voor infecties met dit soort bacteriën (QPTUTQMFOFDUP NJFTZOESPPN
). Enkele functies kunnen na een splenectomie worden overgenomen door de andere lymfoïde organen, zoals het wegvangen van erytrocyten door de lever en het beenmerg.

Evenals bij de lymfeknoop bevatten de follikels van de milt sterk vertakte FOLLICULAIRE DENDRITISCHE CELLEN, die ook hier immuuncomplexen kunnen vasthouden en presenteren aan hun oppervlak. Het aantal follikels wisselt sterk, afhankelijk van de immunologische geschiedenis en activiteit in de witte pulpa.

3PEF
QVMQB De rode pulpa is een RETICULAIR BINDWEEFSEL. Dit bindweefsel wordt gekenmerkt door de betrekkelijk dichte



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

'JHVVS
C
LM-opname van een dwarsdoorsnede van de PALS, waarbij de opeenhoping van lymfocyten en de ligging van de ‘centrale arteriole’ te zien zijn. Het omgevende weefsel van de rode pulpa is inderdaad roodgekleurd door de aanwezigheid van talrijke erytrocyten (opname: E. Wisse).

Billroth-strengen, gelegen tussen de meer open VE NEUZESINUSSEN, die de rode pulpa het karakter van een spons geven (fig. 13.26 en fig. 13.27). De Billroth-strengen vormen een ruimtelijk samenhangend netwerk. In de mazen van het reticulum bevatten deze strengen macrofagen, monocyten, lymfocyten, plasmacellen en de verschillende soorten bloedcellen (erytrocyten, granulocyten en bloedplaatjes). De VENEUZESINUSSENvan de milt vormen een karakteristiek bestanddeel van de rode pulpa van de milt. Deze veneuze sinussen monden rechtstreeks uit in vrij grote venen. Zeer opvallend is de wand van deze vaatruimten, die bestaat uit langgerekte,

rolvormige endotheelcellen, die niet aaneensluiten. Door de langwerpige spleten die deze merkwaardige endotheelcellen openlaten, wordt de uitwisseling van bloedcellen tussen het lumen en de strengen van Billroth en de omliggende sinussen vergemakkelijkt.

)JTUPGZTJPMPHJF De milt is een lymfoïd orgaan met de volgende kenmerkende functies: r vorming van bloedcellen; r afbraak van erytrocyten; r verdediging van het lichaam tegen vreemde stoffen door fagocytose en immunologische afweer;

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL



B

C 'JHVVS
 B Follikelcentrumreactie in de milt van een rat, vijf dagen na intraveneuze toediening van rode bloedcellen van schapen als antigeen. Let op de grote, sterk pyroninofiele blasten en delingsfiguren. Methylgroen-pyroninekleuring, middelsterke vergroting (opname: P. Nieuwenhuis). C Vijf macrofagen in een Billroth-streng, bezig met het fagocyteren en verteren van erytrocyten. 400 ×.

r

opslag van een reservevoorraad bloed, in het bijzonder erytrocyten.

in de milt de bloedbaan verlaten, voor enige tijd respectievelijk in follikels en PALS verblijven om daarna opnieuw, via de veneuze sinussen, in het bloed te komen.

7PSNJOH
WBO
CMPFEDFMMFO In de embryonale periode is de milt een centrum van hemopoëse voor granulocyten en erytrocyten, maar deze activiteit gaat verloren tegen het einde van de embryonale periode.

.FEJTDIF
DPOUFYU Onder bepaalde omstandigheden kan in de milt ook bij volwassenen weer extramedullaire bloedcelvorming optreden in de Billroth-strengen. Men spreekt dan van NZFMP«EF
NFUBQMBTJF

van de rode pulpa. Bij DISPOJTDI
CMPFEWFSMJFT

kunnen zich weer rode bloedcellen vormen. De milt kan dan in volume toenemen en de toestand van TQMFOPNFHBMJF
bereiken. Bij oudere mensen treft men onder normale omstandigheden geregeld megakaryocyten in de Billroth-strengen aan. In de witte pulpa van de milt worden, als onderdeel van immuunreacties, lymfocyten gevormd, onder andere B-geheugencellen en effector-T-lymfocyten, die naar de rode pulpa migreren en vandaar via de veneuze sinussen in de bloedsomloop terechtkomen. Dit proces staat los van de continue RECIRCULATIE VAN" EN4 LYMFOCYTEN, die

"GCSBBL
WBO
FSZUSPDZUFO Rode bloedcellen hebben een gemiddelde levensduur van 120 dagen, waarna ze worden gefagocyteerd en afgebroken. Dat gebeurt voornamelijk in de milt, maar ook in het beenmerg. De MACROFAGEN in de Billroth-strengen fagocyteren fragmenten van oude erytrocyten. Deze cellen verliezen ten gevolge van membraan- en cytoskeletveranderingen hun elasticiteit en zwellen op. Hierdoor blijven ze in de Billroth-strengen of in de sinuswand steken en fragmenteren vervolgens. De erytrocytfragmenten worden gefagocyteerd en in de lysosomen van de macrofagen verteerd. (EMOGLOBINEwordt afgebroken, waarbij verschillende producten worden gevormd. Eén daarvan is het FERRITINE,een verbinding van ijzer met een speciaal dragereiwit, het apoferritine. Verder ontstaat het HEMOSIDERINE, een ijzerhoudende verbinding die in de lichtmicroscoop als bruingele pigmentkorrels kan worden waargenomen. Het ijzer in de ijzerbevattende eiwitten worden hergebruikt bij de synthese van hemoglobine in het beenmerg (zie ook hoofdstuk 12). Een ander product dat ontstaat bij de afbraak van de haemkern, is het BILIRUBINE,dat geeloranje van kleur



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

B

C 'JHVVS
 B LM-opname van de milt van een rat met een overzicht van de rode en de witte pulpa, na aankleuring met HIS14, een B-celspecifiek antilichaam. In de witte pulpa zijn alleen de B-celgebieden (follikels met marginale zone) aangekleurd. De PALS, centraal in de foto met de centrale arterie, is niet aangekleurd, net zomin als de rode pulpa. Lage vergroting (opname: P. Nieuwenhuis). C LM-opname van de milt na intraveneus ingespoten Oost-Indische inkt. De macrofagen zijn beladen met koolstofdeeltjes (zwart) en liggen duidelijk in de Billroth-strengen en in de wand van de sinussen. Mallory-kleuring, middelsterke vergroting (opname: P. Nieuwenhuis).

is. Dit product wordt aan albumine gekoppeld en door het bloed naar de lever vervoerd, waar het als galkleurstof wordt uitgescheiden.

'BHPDZUPTF
FO
JNNVOPMPHJTDIF
BGXFFS In het concept van de open circulatie stroomt het bloed uit de terminale arteriolen − via capillairen − uit in de Billroth-strengen en komt dan in contact met de daar aanwezige macrofagen in een soort van zeeffunctie. Deze zuivering van het bloed van ‘ongerechtigheden’ (bacteriën, vetdruppeltjes bij hyperlipemie) kan worden nagebootst door intraveneuze inspuiting van OostIndische inkt. Dat is een vloeistof die bestaat uit een waterige suspensie van koolstofpartikeltjes, die door de miltmacrofagen worden gefagocyteerd en zo het weefsel en de fagocyterende cellen zwart kleuren. Doordat de milt is ingeschakeld in de bloedbaan, kan deze als een

immunologisch filter en detectieorgaan ten opzichte van het bloed functioneren, zoals de lymfeknopen dat doen voor de lymfe. Voor T-celafhankelijke antigenen vindt de HUMO RALEREACTIEplaats aan de buitenzijde van de PALS, waar B-cellen langs migreren op weg naar de follikel. Door antigeen gestimuleerde B-cellen transformeren dan tot PLASMABLASTEN, die, ook hier, via proliferatie en differentiatie uitrijpen tot klonen van plasmacellen tijdens een PLASMACELLULAIREREACTIE(fig. 13.28). Het hoogtepunt van deze reactie in de milt valt ongeveer drie à vier dagen na contact met het antigeen. De gevormde ANTILICHAMEN van de humorale immuniteit worden rechtstreeks aan het bloed afgegeven, terwijl ook de rijpe plasmacellen met het bloed de milt verlaten en voor een groot deel uiteindelijk in het beenmerg terechtkomen. De CELLU LAIRE REACTIE die aan deze humorale reactie voorafgaat

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL



C

S S

S

M C

S

C S

R B

C

sinusoïd

arterie

vene

Billroth-strengen

reticulaire vezels

D 'JHVVS
 B SEM-opname van de rode pulpa (R) van de milt, met daarin sinussen, Billroth-strengen en macrofagen (M). De wand van de veneuze sinussen wordt bekleed met endotheelcellen, staafcellen (S) genoemd, die een speciale bouw hebben. De cilindrische cellen liggen parallel aan elkaar en laten tussen elkaar langwerpige openingen van wisselende grootte open. Erytrocyten ondergaan hier de test op oppervlaktelading, oppervlaktesamenstelling en plasticiteit. 1600 × (bron: Fujita 1989). C Na zilverkleuring komt het collageen van de reticulaire vezels duidelijk naar voren. Hier liggen Billroth-strengen (C) op regelmatige afstanden rond de sinussen (S), net als duigen rond een ton. D Een langdurig wetenschappelijk twistpunt is de open of gesloten circulatie in de milt. Zijn de arteriolen die de sinussen van bloed voorzien, direct aangesloten op de sinussen of stromen die vrij uit in de rode pulpa?



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

S S

C

S

S

S C

C

S S

C

B

C 'JHVVS
 B LM-opname van de rode pulpa met afwisselende sinusoïden (S) en strengen van Billroth (C), die allebei rode en witte bloedcellen bevatten. De strengen zijn opgebouwd door reticulumcellen en bevatten ook veel macrofagen. HEkleuring, 140 ×. C Bij hogere vergroting tonen de sinusoïden (S) dat ze afgegrensd worden door endotheelcellen (pijlen) met duidelijke, uitpuilende kernen. Deze cellen worden vanwege hun lange, cilindrische vorm staafcellen genoemd. De sinusoïden worden geflankeerd door de strengen van Billroth (C). 200 ×. (Opnamen: P.A. Abrahamsohn.)

(T-celactivatie voor T-celhulp aan B-lymfocyten), vindt vooral plaats in de binnen-PALS. Na enkele dagen treedt, net als in de lymfeknopen, in de centra van de follikels een FOLLIKELCENTRUMREAC TIE op. Bij deze reactie gevormde " GEHEUGENCELLEN kunnen zich via de bloedbaan over het gehele lichaam verspreiden.

0QTMBH
WBO
CMPFE In tegenstelling tot de situatie bij sommige dieren, is de functie van opslag van bloed bij de mens van weinig of geen belang. Bij een jachtluipaard is deze functie in optimale vorm aanwezig: bij een sprint voor het vangen van een prooi komen de extra rode bloedcellen uit de milt weer in circulatie.

.6$04"(&"440$*&&3%
-:.'0È%
8&&'4&-
&/
50/4*--&/

Tonsillen (fig. 13.29 en fig. 13.30) zijn organen die bestaan uit opeenhopingen van onvolledig door een kapsel omgeven lymfoïd weefsel, die aan het begin van het darmkanaal en de luchtwegen onder het slijmvlies zijn gelegen. De tonsillen vormen een KRANS VAN LYMFOtD WEEFSEL om de keelingang, die de RING VAN 7ALDEYER wordt genoemd. Deze bestaat uit de TONSILLAPHARYNGEA (het ADENOtD), de beide, ter linker- en rechterzijde gelegen, TONSILLAEPALATINAEen de TONSILLAELINGUALES. Deze lymfoïde formaties maken deel uit van een systeem van − in principe ONGEKAPSELD − lymfoïd weefsel, gelegen langs de slijmvliezen van het maag-darmkanaal, de luchtwegen en het urogenitale systeem, samengevat

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL



Costimulatie voor het activeren van een B-lymfocyt voor klonale selectie B-lymfocyt naïeve B-lymfocyt antigeen

geactiveerde helper-T-lymfocyten

BCR antigeen crosslink BCR

1 Eerste stimulatie: vrij antigeen bindt aan BCR; B-lymfocyt presenteert antigeen aan geactiveerde helper-T-lymfocyt

IL-4 CD4 TCR

B-geheugencellen

MHC-klasse II met antigeen antigeen wordt gepresenteerd door MHC-klasse-IImoleculen

2 Tweede stimulatie: IL-4-afgifte van geactiveerde helper-T-lymfocyten stimuleert B-lymfocyten

geactiveerde B-lymfocyten prolifereren en differentiëren; ze vormen een kloon van plasmacellen en B-geheugencellen

antilichamen

plasmacellen produceren antilichamen

'JHVVS

Een antigeen dat wordt gebonden op een immunoglobulinereceptor (B-celreceptor, BCR) op het oppervlak van een B-lymfocyt, wordt opgenomen, behandeld en aangeboden via MHC-II aan T-helpercellen. Deze cellen scheiden dan interleukine-4 (IL-4) en andere cytokinen uit, die gen-recombinatie stimuleren en de specifieke B-cellen klonaal doen prolifereren. Ze differentiëren dan tot plasmacellen en produceren hoeveelheden van het specifieke antilichaam tegen het antigeen dat aanvankelijk op de BCR werd gebonden.

als MUCOSA GEASSOCIEERD LYMFOtD WEEFSEL (‘MUCOSA AS SOCIATEDLYMPHOIDTISSUE’,-!,4)(zie ook hoofdstuk 14 en 16). Van de onderdelen van de ring van Waldeyer zijn alleen de tonsillae palatinae echt afzonderlijke orgaantjes; de andere tonsillen zijn minder scherp begrensd. De tonsillen kunnen worden beschouwd als LYMFEKNO PEN ZONDER AANVOERENDE LYMFEVATEN. Dit geldt in het algemeen ook voor andere onderdelen van het -!,4. Antigenen bereiken het lymfoïde weefsel van de tonsillen direct via het epitheel. Er zijn dus ook geen afferente lymfevaten en geen lymfesinussen. Wel bevinden zich aan de rand lymfecapillairen, die naar efferente lymfevaten leiden en zodoende de lymfedrainage verzorgen. Het niet-verhoornend plaveiselepitheel dat over de tonsillen is gelegen, is meestal sterk geïnfiltreerd met polymorfonucleaire granulocyten en/of lymfocyten. De bacteriën, die steeds in de keelholte aanwezig zijn, zijn aanleiding in de tonsillen voor de vorming van veel plasmacellen. Deze plasmacellen synthetiseren IgA. De IgM->IgA-switch vindt ook hier plaats tijdens de

differentiatie van B-lymfocyten in de follikels. Samen met soortgelijk IgA uit de speekselklieren zou dit een zekere bescherming van de mond-keelholte tegen bacteriële infecties vormen. Gesynthetiseerde antilichamen en gevormde lymfocyten worden uit de tonsillen afgevoerd via de efferente lymfevaten naar de regionale lymfeknopen. In de lymfefollikels van de tonsillen is, als uiting van continue antigene stimulering, steeds een follikelcentrumreactie te zien.

5POTJMMBF
QBMBUJOBF De twee tonsillae palatinae (KEELAMANDELEN) liggen in de nissen tussen de beide verhemeltebogen van de farynx. Elk van beide tonsillen heeft een aantal, soms vertakte, instulpingen: invaginaties of CRYPTEN. Deze zijn een voortzetting van het NIET VERHOORNEND MEERLAGIG PLAVEISELEPITHEEL van de farynx (fig. 13.31). In het lumen van de crypten vindt men afgestoten epitheelcellen, lymfocyten en meestal ook bacteriën en granulocyten. De crypten zijn omgeven door compact



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

adenoïd buis van Eustachius gehemelte keelamandelen tongamandelen

'JHVVS

Tonsillen (amandelen) zijn gelegen in de farynx, bij het gehemelte en achter de tong. Ze bestaan uit invaginaties van niet-verhoornend epitheel van de mondholte die in de lamina propria (het bindweefsel onder het epitheel) voorzien zijn van lymfefollikels. Er zijn geen aanof afvoerende vaten.

lymfoïd weefsel met talrijke FOLLIKELS. In de dichtbevolkte lymfocytenvelden (4 CELGEBIEDEN) tussen de follikels liggen HOOGENDOTHEELVENULEN ((%6°S), waar B- en T-lymfocyten uit het bloed het lymfoïde weefsel binnentreden. De tonsillae palatinae worden omgeven door een MATIG ONTWIKKELD KAPSEL. Dankzij de losse structuur van het omliggende bindweefsel is het vrij gemakkelijk de tonsil, bijvoorbeeld bij chronische ontsteking, te verwijderen (‘pellen’). De soms optredende nabloeding wijst op een sterke vascularisatie van de tonsillae palatinae.

.FEJTDIF
DPOUFYU Vooral bij kinderen is de afweerfunctie van de tonsillen maar zeer ten dele of geheel niet effectief, doordat zich daar een chronisch ontstekingsproces ontwikkelt. Ook de halslymfeknopen kunnen hierbij gezwollen zijn. Omdat dan van hieruit allerlei ontstekingsprocessen elders worden onderhouden, worden de tonsillen (dat wil zeggen: het adenoïd en de tonsillae palatinae) verwijderd (BEFOP«EFDUPNJF
+ UPOTJMMFDUPNJF).

5POTJMMB
QIBSZOHFB
BEFOP«E

De tonsilla pharyngea is een ongepaarde ophoping van lymfoïd weefsel in het dak van de NASOFARYNX, die in het Nederlands wel met de term NEUSAMANDEL wordt aangeduid. Onder een geplooid epitheel ligt hier een

grote agglomeratie van lymfoïd weefsel dat zich kan uitstrekken tot aan de uitmonding van de tuba auditiva (buis van Eustachius). Het epitheel is meerrijig trilhaarepitheel dat typerend is voor de luchtwegen. Plaatselijk kunnen gebieden van meerlagig plaveiselepitheel voorkomen. De farynxtonsil bestaat uit diffuus lymfoïd weefsel met vele FOLLIKELS, dat het epitheeloppervlak volgt; er zijn geen crypten. Het kapsel, dat dunner is dan dat van de tonsillae palatinae, is niet overal even duidelijk aanwezig.

.FEJTDIF
DPOUFYU Bij UPOTJMMJUJT
(ontsteking van de keelamandelen) zijn de crypten, die dan vaak verstopt zijn met necrotisch materiaal, etensresten en leukocyten, bij inspectie van de keelholte als geelwitte puntjes te zien.

5POTJMMBF
MJOHVBMFT De linguale tonsillen zijn kleiner, nog minder scherp afgegrensd en talrijker dan de andere tonsillen. Ze zijn in het slijmvlies van de tongbasis gelegen en bevinden zich dus ook onder een niet-verhoornend meerlagig plaveiselepitheel. Elke tongtonsil heeft één enkele, ondiepe crypte.

4PMJUBJSF
GPMMJLFMT Solitaire follikels (lymphonoduli solitarii) komen in sterk wisselende aantallen, afhankelijk van de voorgeschiedenis ter plaatse, verspreid voor onder alle slijmvliesepithelia. Het zijn structuren waarvan de aanleg NIET GENETISCH BEPAALD is: ze zijn per definitie REACTIEF. In principe kunnen ze onder invloed van een ontstekingssituatie overal in het bindweefsel en zelfs in parenchymateuze organen ontstaan. Vaak ziet men overgangen van infiltraten van mononucleairen (lymfocyten en monocyten) naar FOLLIKELS, soms met een goed ontwikkeld FOLLIKELCEN TRUM en een typische LYMFOCYTENKRANS (" CELLEN). In hun directe omgeving kunnen vaak enkele (%6°S worden aangetroffen, omgeven door 4 LYMFOCYTEN. Solitaire follikels kunnen worden beschouwd als een lokale reactie op een chronische ontstekingsprikkel, waardoor een tussenvorm ontstaat tussen een verspreide ophoping van lymfocyten en macrofagen in het bindweefsel en een echt ‘zelfstandig’ lymfoïd orgaan zoals milt, lymfeknoop, tonsil, platen van Peyer en appendix.

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

13 LYMFOÏD WEEFSEL



B

C 'JHVVS

LM-opname van een tonsil. B Deze opname bij lage vergroting laat duidelijk de invaginaties, crypten en lymfefollikels zien. De lymfefollikels zijn langs de crypten gelegen, die via hun lumen met de mondholte zijn verbonden (niet in het vlak van de coupe). 16 ×. C Hogere vergroting van hetzelfde preparaat, waarbij het crypte-epitheel en twee corona’s van lymfefollikels waarneembaar zijn. Duidelijk is te zien dat het epitheel door grote aantallen lymfocyten geïnfiltreerd is, die de immunologische ‘boodschap’ uit het lumen van de crypte kunnen ophalen en meedelen aan het immuunsysteem. 430 × (opnamen: E. Wisse).

'JHVVS

LM-opname van een deel van een tonsilla palatina. Het niet-verhoornend meerlagig plaveiselepitheel is massaal door lymfocyten geïnfiltreerd. Methylgroen-pyroninekleuring (MGP-kleuring), lage vergroting (opname: P. Nieuwenhuis).



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

1 3 LY M FO ÏD WEEFSEL

4".&/7"55*/(


)00'%456,



-:.'0È%
8&&'4&-

#BTBMF
JNNVOPMPHJF

0PSTQPOH
FO
EJGGFSFOUJBUJF
WBO
MZNGPDZUFO

r

r

r r

r

r

r

r

r

r

De OJFUTQFDJmFLF (AJOOBUF
PG
BBOHFCPSFO) JNNV OPMPHJF berust op de aanwezigheid van cellen en afweerstoffen die een spontane afweer van het lichaam al vanaf de geboorte verzorgen. Dit betreft voornamelijk de granulocyten, monocyten, macrofagen en natural killer-cellen (NK-cellen) en eiwitten zoals EFGFOTJOFO, DPNQMFNFOU, MZTP[ZNFO en JOUFSGFSPO. De TQFDJmFLF
BEBQUJFWF
JNNVOJUFJU komt later tot stand en is gebaseerd op de presentatie van antigenen aan lymfocyten. Het lymfoïde systeem kent DFOUSBMF
(QSJNBJSF; beenmerg en thymus) en QFSJGFSF
(TFDVOEBJSF; milt, lymfeknopen en MALT)
MZNGP«EF
PSHBOFO. Cellen van het immuunstelsel beïnvloeden elkaar via eiwithormonen, de DZUPLJOFO, maar worden zo ook door andere cellen in de lymfoïde weefsel beïnvloed. "OUJHFOFO zijn meestal een bepaald onderdeel van een (vreemd) eiwit of macromolecuul, de BOUJHFOF
EFUFSNJOBOU of FQJUPPQ, dat door lymfocyten wordt herkend. Die reageren daarop met een specifieke JNNVVOSFTQPOT. "OUJMJDIBNFO zijn JNNVOPHMPCVMJOFO die door QMBTNBDFMMFO worden gesynthetiseerd en uitgescheiden en die specifiek reageren met het epitoop van het antigeen. 1SPHFOJUPS
#DFMMFO zijn de voorlopers van QMBT NBDFMMFO die door een antigeen kunnen worden geactiveerd, waarna ze hun immunoglobuline-genen zo herschikken dat ze een antilichaam specifiek tegen het bepaalde antigeen kunnen maken: een mooi staaltje van ‘natuurlijke’ biotechnologie! De celmembraan van alle cellen dragen fragmenten van de eigen eiwitten op hun NBKPS
IJTUPDPNQBUJCJMJUZ
DPNQMFY (.)$) LMBTTF*-moleculen. Lymfocyten zijn geselecteerd om hier niet op te reageren. "OUJHFFOQSFTFOUFSFOEF
DFMMFO ("1$T) presenteren brokstukken van opgenomen exogene, vreemde eiwitten en cellen bijvoorbeeld van bacteriën of virussen op hun NBKPS
IJTUPDPNQB UJCJMJUZ
DPNQMFY (.)$)
LMBTTF**moleculen en geven deze door aan lymfocyten. Belangrijk is de continue SFDJSDVMBUJF van B- en T-cellen in de lymfoïde organen, die als surveillanten veel weefsels controleren op de aanwezigheid van vreemde antigenen.

r

r r

r

r

r r

r

Lymfocyten worden in de primaire lymfoïde organen gevormd zoals CFFONFSH (B-lymfocyten) en UIZNVT (T-lymfocyten). B-cellen kunnen tot plasmacellen differentiëren, die immunoglobulinen maken voor de IVNPSBMF
JNNVOJUFJU, terwijl T-cellen betrokken zijn bij de DFMMVMBJSF
JNNVOJUFJU. De 5DFMSFDFQUPS (5$3) bindt antigeen dat wordt gepresenteerd door MHC I of II. Er bestaan verschillende klassen van T-cellen: de 5IFMQFScellen (CD4+), DZUPUPYJTDIF
5cellen (CD8+), SFHVMBUPJSF
5-cellen (CD4+CD25+ FoxP3+) en HE-T-cellen. #DFMSFDFQUPSFO (#$3T) zijn IgM- of IgDantilichamen op het celoppervlak, die direct beschikbaar zijn voor interactie met hun specifiek antigeen. Bij de start van een immunologisch proces worden B- en T-cellen geactiveerd en gaan ze prolifereren in de
TFDVOEBJSF
PG
QFSJGFSF
lymfoïde
PSHBOFO zoals lymfeknopen, mucosa-geassocieerd lymfoïd weefsel (MALT) en de milt. In het reticulair netwerk van deze weefsels met APC’s percoleren de immuuncellen die zich voorbereiden op een immuunrespons. Na activatie van een B-cel door een GPMMJDVMBJSF
EFOESJUJTDIF
DFM ('%$) gaan de B-cellen prolifereren, daarbij gestimuleerd door cytokinen van de T-helpercellen. B-cellen vormen zo opeenhopingen van klonale nazaten die zich organiseren in MZNGFGPMMJLFMT met een GPMMJLFMDFOUSVN
(LJFNDFO USVN). Hier vormen zich nadien ook plasmacellen, verschillende soorten T-cellen en B- en T-HFIFV
HFODFMMFO, die allemaal zullen reageren als het antigeen aanwezig blijft of weer verschijnt.

5IZNVT r r

r

Een reticulum van thymusepitheelcellen huisvest de 5MZNGPCMBTUFO of UIZNPDZUFO. De UIZNVTFQJUIFFMDFMMFO scheiden een aantal cytokinen uit en verdelen de thymuslobben in een DPSUFY en een NFEVMMB, terwijl ze in de cortex de bloedvaten omringen om de CMPFEUIZNVTCBS SJ²SF te vormen. Ontwikkelende thymocyten met een niet-functionerende TCR worden in de cortex herkend en

FU NCTIONEL E HISTOL OGIE

r

r r

r

verwijderd. Thymocyten met een functionele TCR gaan door naar de medulla. Dit is een QPTJUJFWF
TFMFDUJF met MHC-restrictie. Wanneer de TCR van thymocyten in de medulla sterk bindt aan lichaamseigen eiwitten gepresenteerd door de epitheelcellen, worden die cellen aangezet tot BQPQUPTF, zodat latere auto-immuniteit zo veel mogelijk vermeden wordt. Dit is de OFHBUJFWF
TFMFDUJF. Beide selectieprocessen leiden tot de belangrijke tolerantie van T-cellen voor de lichaamseigen antigenen. Immuuntolerantie vindt plaats in het gehele lichaam als specifieke immuunreacties worden onderdrukt door regulatoire T-cellen die in de thymusmedulla worden gevormd. In de thymusmedulla liggen de lichaampjes van Hassall. Deze scheiden cytokinen uit die een rol spelen in de presentatie van lichaamseigen antigenen door de thymusepitheelcellen aan regulatoire T-cellen.

r

r

r r

r

.JMU

r

r

r r

-ZNGFLOPQFO r r

-ZNGFLOPQFO hebben een kapsel, afferente (aanvoerende) lymfevaten en één efferent (afvoerend) vat en zijn ingeschakeld in het lymfevaatstelsel. De BGGFSFOUF
MZNGFWBUFO storten hun inhoud uit in de TVCDBQTVMBJSF
SBOETJOVT onder het kapsel. Daarna stroomt de lymfe door de USBCFDVMBJSF
TJOVTTFO om uit te monden in de DFOUSBMF
NFSHTJ

r



OVTTFO die bij de hilus uitmonden in het
FGGFSFOUF
MZNGFWBU. Perifeer in de lymfeknoop vindt men de DPSUFY, daarna de QBSBDPSUFY en centraal de NFEVMMB. Ze staan met elkaar in verbinding en bieden plaats aan immunologisch competente cellen, die hier geactiveerd worden, prolifereren en immunologisch actief worden, afhankelijk van de antigenen die via de efferente lymfevaten binnenstromen. Lymfeknopen mMUFSFO
EF
MZNGF
die in de weefsels wordt verzameld en bieden plaats aan de B-cellen om zich desgevallend tot antilichaam producerende plasmacellen te ontwikkelen. In de cortex vindt men MZNGFGPMMJLFMT met B-cellen, die zich na activatie verplaatsen naar de medulla. Lymfocyten uit het bloed hebben toegang tot de lymfeknopen via de gespecialiseerde IPPHFOEPUIF MJBMF
WFOVMFT ()&7), die liggen in de paracortex. De meeste T-cellen in dit gebied zijn T-helpercellen. De medulla bevat een bindweefselreticulum met plasmacellen, macrofagen en leukocyten.

.VDPTBHFBTTPDJFFSE
MZNGP«E
XFFGTFM
."-5

."-5 is een verzameling lymfefollikels die zijn gelegen in de mucosa van de tractus digestivus, meer bepaald in de UPOTJMMFO, 1FZFSTF QMBUFO en de BQQFOEJY. Anders dan bij de lymfeknopen zijn deze structuren niet omgeven door een kapsel en zijn ze ook niet verbonden met lymfevaten. Hun interne structuur is eenvoudig in vergelijking met lymfeknopen.

13 LYMFOÏD WEEFSEL

De milt heeft de functie van een lymfeknoop, maar niet de structuur, want deze is met bijkomende functies en structuren ingeschakeld in de bloedcirculatie. De milt kan worden ingedeeld in twee regio’s: de SPEF
QVMQB en de XJUUF
QVMQB. De kleinere witte pulpa (20 vol %) vormt een secundair lymfoïd weefsel waarin centrale arteriolen worden omgeven door een cilinder van T-cellen: de QFSJBSUFSJPMBJSF
MZNGPDZUFOTDIFEF of PALS. De rode pulpa filtert het bloed en verwijdert PVEF
FSZUSPDZUFO in de NJMUTJOVTTFO, die met rolvormige endotheelcellen bekleed zijn. Daar moeten de erytrocyten tussendoor om verder te kunnen. Daar liggen ook NBDSPGBHFO in de Billroth-strengen die de oude cellen fagocyteren en de hemoglobine verteren en JK[FS en CJMJSVCJOF recycleren.

,JKL
WPPS
PFGFOWSBHFO
FO
TBNFOWBUUJOHFO
PQ
XXXTUVEJFDMPVEOM


4QJKTWFSUFSJOHTLBOBBM

*/-&*%*/(

Het spijsverteringskanaal (fig. 14.1) en de bijhorende klieren hebben als taak het verteren van voedsel en het opnemen van voedingsstoffen in het bloed. Deze processen vinden plaats op de grens van de buitenwereld en het inwendige milieu. Het voedsel bevat de moleculen die nodig zijn voor de instandhouding, groei en energiebehoeften van het lichaam. Tijdens het kauwen wordt het voedsel gemengd met speeksel, dat een begin maakt met de vertering van koolhydraten. Speekselklieren produceren ook mucus, dat als glijmiddel dienstdoet. In de maag en in de darm worden eiwitten, vetten, koolhydraten en nucleïnezuren afgebroken tot aminozuren, vetzuren en glyceriden, monosachariden en nucleotiden, die daarna worden geresorbeerd door het darmepitheel. Door wateronttrekking worden in de dikke darm de onverteerbare resten ingedikt en samen met de afgestorven epitheelcellen en bacteriën als feces door de anale opening geloosd.

.FEJTDIF
DPOUFYU Problemen van de USBDUVT
EJHFTUJWVT zijn bekend door hun veelvuldige voorkomen. Het betreft slikproblemen, indigestie, misselijkheid, constipatie, gasvorming, diarree, bloedingen en tumoren. Aangezien de tractus in verbinding staat met de buitenwereld zijn veel aandoeningen te wijten aan intoxicaties of infecties door bacteriën, virussen of parasieten. Ook al dan niet aangeboren disfuncties van het autonome zenuwstelsel en het immuunstelsel kunnen de oorzaak zijn van ernstige darmaandoeningen.

%&
.0/%)0-5&

De lippen (fig. 14.2) zijn rood omdat het epitheel dunner is dan de huid en de onderlaag sterker is doorbloed. Bij pasgeborenen is dit epitheel verdikt tot een

zuigkussen. De mondholte wordt bekleed door een MEERLAGIG PLAVEISELEPITHEEL waarvan de cellen niet verhoornen (PARAKERATOTISCH), in tegenstelling tot het HARDE GEHEMELTE (palatum durum) en het TANDVLEES (gingiva), waarvan de cellen wel geheel verhoornen (ORTHOKERATOTISCH) (fig. 14.3). De parakeratotische cellen van het mondepitheel zijn tot aan het oppervlak KERNHOUDEND en kunnen in een uitstrijkpreparaat worden gebruikt om bijvoorbeeld het LICHAAMPJE VAN "ARR op te sporen en zo het geslacht te bepalen. Het epitheel aan de onderzijde van de tong en de mondbodem is dun, zodat bepaalde geneesmiddelen langs deze weg snel kunnen worden geresorbeerd (sublinguale toediening). Op het zachte gehemelte en andere plaatsen in de mondholte is het slijmvlies beweegbaar; hier zijn de oppervlakkige epitheelcellen ook een beetje gezwollen door een hoog watergehalte (‘waterzakcellen’), zodat ze dienen als stootkussen tegen hard voedsel. De bindweefsellaag direct onder het epitheel, de LAMINA PROPRIA, heeft vrij hoge papillen. Die papillen zorgen voor een goede hechting aan de oppervlakkige epitheelbekleding. De lamina propria is niet scherp afgegrensd van de submucosa, waarin kleine speekselklieren verspreid liggen. Het dak van de mondholte wordt gevormd door het HARDEen het ZACHTEGEHEMELTE(palatum molle). In het orthokeratotische, harde gehemelte vindt men ook een stratum granulosum met keratohyaliene granula, dat elders in de buccale mucosa ontbreekt. De verhoornde gebieden ondervinden de grootste druk of slijtage tijdens het kauwen. Hier is het epitheel door dicht bindweefsel vast verbonden met het periost van het onderliggende bot en daardoor is het niet beweegbaar over de onderlaag. Aan de achterrand van het zachte gehemelte hangt de HUIG (uvula), opgebouwd uit een kegelvormige uitstulping van spierweefsel en losmazig bindweefsel, bekleed door mondslijmvlies.

A. L. Mescher, Functionele histologie, DOI 10.1007/978-90-368-1090-6_14, © 2016 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

14 SP IJS VERTER ING SKANAAL

Geassocieerde organen

Tractus digestivus

glandula parotis paro otis tanden tong

mondholte farynx

glandula sublingualis glandula submandibularis slokdarm

lever

maag

galblaas pancreas dikke darm dunne darm

anus

'JHVVS

De tractus digestivus strekt zich uit van de mond tot de anus en werkt samen met talrijke geassocieerde organen zoals de speekselklieren, de lever, de galblaas en de pancreas. Voor de geassocieerde organen, zie hoofdstuk 15.

Afvoergangen van de SPEEKSELKLIEREN lozen het speeksel in de mondholte. Door de mondholte verspreid komen kleine speekselklieren voor. De klieren onder de tong en voor in de mond zijn voornamelijk sereus, terwijl ze elders meer mukeus zijn. %&
50/(

De tong bestaat uit een complexe massa dwarsgestreepte spieren, afgewisseld met mukeuze en sereuze klieren, omhuld door een slijmvlies (fig. 14.4). Typisch voor de tong is het ingewikkelde driedimensionale patroon van de spiervezels en het voorkomen van vertakte spiervezels, die in meer dan één punt eindigen. Dit maakt complexe bewegingen mogelijk, zoals bij het eten en bij het spreken. Het slijmvlies is vast met de spiermassa verbonden doordat de lamina propria diep tussen de

spierbundels doordringt. Aan de onderzijde van de tong is het slijmvlies glad, aan de bovenkant steken talrijke PAPILLEN uit. Achter op de tong bevinden zich de TON SILLAE LINGUALES, bestaande uit lymfefollikels, die langs CRYPTENgelegen zijn. De papillen zijn uitstulpingen van het tongepitheel en de lamina propria. Ze kunnen drie verschillende vormen aannemen (fig. 14.4 en fig. 14.5). 1 0APILLAE¹LIFORMES(draadvormige papillen) komen in grote aantallen voor en veroorzaken een zekere ruwheid, die bij katachtigen zo sterk is dat deze dieren hun tong als rasp kunnen gebruiken. Bij andere species kunnen nog andere aangepaste papilvormen voorkomen. Rond een puntig toelopende bindweefselkern vormt het epitheel een spits toelopende massa, die uit dicht opeengepakte parakeratotische cellen bestaat. De turnover van dit

F UN CTIONEL E HISTOL OGIE

14 SPIJSVERTERINGSKANAAL



'JHVVS
 LM-opname van een menselijke lip bij lage vergroting. Aan de rechterzijde vindt men de structuur van de huid met de epidermis, dermis en hypodermis. De epidermis (verhoornend plaveiselepitheel) is gelaagd en ingestulpt bij de periodiek voorkomende haarfollikels, die van talgklieren zijn voorzien. Aan de linkerzijde bevindt zich de mondholte met de structuur van de mondmucosa. Al bij deze lage vergroting is te zien dat het epitheel van de mondmucosa weinig tot geen gelaagdheid bezit en uit niet-verhoornend plaveiselepitheel bestaat. In het midden van de coupe zijn spieren, twee arteriën (midden) en bindweefsel te zien. 16 × (opname: E. Wisse).



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

14 S P IJS VERTER ING SKANAAL

B

C 'JHVVS

LM-opname van een biopsie van de mondmucosa van de mens. B Het epitheel toont cellen die kernhoudend zijn tot op het niveau van het lumen, dat zich bovenaan op de foto bevindt. Bij het lumen schilferen de cellen af. De cellen van het epitheel zijn QBSBLFSBUPUJTDI
en verhoornen dus niet volledig. In de epidermis is geen gelaagdheid te zien; de cellen behouden tijdens hun ontwikkeling een min of meer gelijke morfologie. De lamina propria is met lange papillen verankerd in het epitheel. HE-kleuring van een paraffinecoupe. 250 ×. C LM-opname van een biopsie van de mondmucosa op een plaats waar wel een volledige verhoorning (PSUIPLFSBUPUJTDI) optreedt, zoals bij het tandvlees (gingiva) en het verharde gehemelte. Door de volledige verhoorning verdwijnen de kernen en de organellen. De cellen schilferen af in het lumen (boven). Een differentiatie in lagen binnen de epidermis ontbreekt. Ook hier zijn cilindrische dermispapillen aanwezig die door scheve aansnijding als eilanden in de epidermis te zien zijn. Toluïdineblauwkleuring van een plastic coupe, 400 × (opnamen: E. Wisse).

F UN CT IONEL E HISTOL OGIE

14 SPIJSVERTERINGSKANAAL



plaveiselepitheel van het tongoppervlak dorsale tonsillen bulbus terminalis

epitheel

gustatory cell gustatory microvillus smaakporie steuncel

Omwalde papillen

gevoels- basale cel zenuw Smaakknop kern van de smaakcellen

apex epitheel epitheel

smaakknop smaakknop

epitheel

kern van de steuncel paddenstoelvormige papillen Dorsaal oppervlak van de tong

draadvormige papillen

richelvormige papillen Histologie van de smaakknop

'JHVVS

De tong bezit dorsale tonsillen; op de achterzijde van de tong vindt men de grote omwalde papillen. Met behulp van een loep zijn de draadvormige papillen (papillae filiformes) te zien, die verspreid zijn over het oppervlak van de tong. Omwalde papillen (papillae circumvallatae) en richelvormige papillen (papillae foliatae) komen ook voor. Smaakknoppen zijn aanwezig op omwalde en paddenstoelvormige papillen (papillae fungiformes) (voor meer informatie, zie hoofdstuk 9).

2

3

epitheel is door slijtage vrij hoog. Wanneer, bijvoorbeeld bij ernstig zieken, de afgestoten cellen door immobiliteit van de tong niet worden verwijderd, kan een beslagen tong ontstaan. 0APILLAE FUNGIFORMES (paddenstoelvormige papillen) hebben een smalle basis en een breed boveneinde. Deze papillen zijn in kleinere aantallen tussen de filiforme papillen verspreid. Ze dragen enkele smaakknoppen op hun bovenoppervlak. 0APILLAE CIRCUMVALLATAE (omwalde papillen) zijn grote ronde papillen, waarvan de bovenkant verder boven het tongoppervlak uitsteekt dan die van de andere papillen. Zeven tot twaalf van deze papillen

liggen in een V-vormige formatie (de sulcus terminalis) op het achterste deel van de tong. Deze papillen zijn ook paddenstoelvormig en worden omgeven door een ronde groeve, in de wand waarvan tweehonderd tot driehonderd SMAAKKNOPPEN gelegen zijn. In de bodem van deze groeve monden de sereuze KLIERTJESVANVON%BNERuit. Het secreet van deze kliertjes spoelt de groeve schoon, zodat de smaakknoppen nieuwe smaakprikkels kunnen registreren. Bij sommige diersoorten komen bladvormige (‘foliate’) papillen voor, die bij de mens slechts rudimentair aanwezig zijn. De sensorische cellen in de



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

B

14 SP IJS VERTER ING SKANAAL

b

Dc

C

'JHVVS

LM-opnamen van de drie typen tongpapillen. B De draadvormige papil (papilla filiformis) bestaat uit een bindweefselkern, met daarop een laag parakeratotisch epitheel, de mucosa. 16 × (opname: E. Wisse). C Paddenstoelvormige papil (papilla fungiformis) met een andere vorm, maar gelijke samenstelling. 25 × (opname: E. Wisse). D Omwalde papil (papilla circumvallata) met diepe, aansluitende groeve. Ook hier een bindweefselkern en epitheel. 20 ×.

smaakknoppen registreren vier basissmaken: zout, zuur, zoet en bitter. Soms wordt de smaak van glutamaat, veel toegepast in de Aziatische keuken, ook als een aparte smaak (UMAMI) beschouwd. De scherpe smaak van peper wordt waargenomen via pijnreceptoren op de tong. )&5
(&#*5

De gebitselementen zijn in twee gebogen rijen ingeplant in de maxilla en mandibula (boven- en onderkaak) (fig. 14.6). Elke tand of kies steekt voor het grootste deel met zijn kroon boven het tandvlees uit, hoewel een deel door het tandvlees is bedekt. Het overgangsgebied tussen KROON en WORTEL heet de TANDHALS. De tand is met zijn wortel vast in de TANDALVEOLEverankerd. Alle tanden bestaan uit een kern van losmazig bindweefsel, de PULPA. Het harde deel van de tand bestaat uit DENTINE (tandbeen), GLAZUUR (email) en CEMENT. Aan de wortelpunt bevindt zich een opening, het FORAMEN API CALE, waar bloedvaten en zenuwen binnenkomen. Rond de tandwortel bevindt zich het wortelvlies, ook wel het PA RODONTAAL (OFPERIODONTAAL) LIGAMENT genoemd (fig. 14.14). Dit ligament hecht de tandwortel vast in de TANDALVEOLE door middel van talrijke collagene vezels, die in de alveolewand en aan de tandwortel zijn gehecht. Deze ophanging geeft de tand een geringe beweeglijkheid (fig. 14.7).

%FOUJOF Door een hoger gehalte aan HYDROXYAPATIET (70% in plaats van 65% in bot) is dentine of tandbeen iets harder dan botweefsel. De organische matrix bestaat uit collageen type I, fosfoproteïnen en proteoglycanen en wordt gesynthetiseerd door odontoblasten.

.FEJTDIF
DPOUFYU Periodontale ziekten zijn onder andere gingivitis, een ontsteking van het tandvlees (gingiva) en periodontitis, een ontsteking van de parodontale weefsels. Beide kunnen ontstaan door bacteriële infecties en slechte hygiëne. Chronische periodontitis kan lijden tot het verlies van gebitselementen. De diepte van de TVMDVT
HJOHJWBMJT,
normaal circa 0,5-3 mm diep, is een belangrijke indicator voor het ontstaan van periodontale ziekten. /DONTOBLASTEN vormen een monolaag van cilindrische cellen op de grens tussen pulpa en (pre)dentine (fig. 14.8 en fig. 14.9). De cellen zijn polair en zetten predentine af. De odontoblasten bevatten een basale kern, veel ribosomen, zowel vrije als aan ER-cisternen gebonden, een goed ontwikkeld Golgi-apparaat en apicale secretieblaasjes die

F UN CT IONEL E HISTOL OGIE

bovenste (maxillaire) kwadrant, rechts centrale snijtand (7-8 jaar)

bovenste (maxillaire) kwadrant, links

14 SPIJSVERTERINGSKANAAL



glazuur

laterale snijtand (8-9 jaar)

kroon

hoektand (11-12 jaar) 1e premolaar (10-11 jaar)

boventanden

dentine

2e premolaar (10-12 jaar) 1e molaar (6-7 jaar) 2e molaar (12-13 jaar)

hard verhemelte

pulpa

3e molaar (17-25 jaar)

odontoblasten

3e molaar (17-25 jaar)

alveolair bot

2e molaar (11-13 jaar)

wortel

1e molaar (6-7 jaar) 2e premolaar (11-12 jaar)

tandvlees

1e premolaar (10-12 jaar) hoektand (9-10 jaar)

wortelkanaal cement foramen apicale

laterale snijtand (7-8 jaar) centrale snijtand (6-7 jaar) onderste (maxillaire) kwadrant, rechts

B

parodontaal ligament

ondertanden

onderste (maxillaire) kwadrant, links

C

Blijvende tanden

'JHVVS
 B Tanden en kiezen dragen verschillende namen, maar zijn histologisch gelijk van bouw. C Een tand bestaat uit een uitstekende kroon, die bekleed is met glazuur, met een kern van dentine die een holte met mukeus bindweefsel omsluit: de pulpa. Door het foramen aan de top van de tandwortel komen bloedvaten en zenuwen de pulpa binnen. De buitenkant van de wortel is niet bekleed met glazuur, maar met dentine, een botachtig weefsel, dat via een dynamisch bindweefsel verbonden is met het bot van de tandkas (bron: Leeson & Leeson 1970).

glazuur

kroon

tandvlees dentine

tandhals

pulpa

wortelkanaal

wortel

cement parodontale ligamenten tandalveole

B

C 'JHVVS
 B Tekening van een kies (molaar) waarin links van boven naar beneden aangeduid zijn: glazuur, tandvlees, dentine, pulpaholte, wortelkanaal, cement, periodontaal ligament, en de tandkas. Rechts zijn dat: kroon, tandhals en wortel. C LM-opname van een coupe door een kies. De opname laat zien dat het bouwpatroon van snijtanden en kiezen gelijk is. 16 × (opname: E. Wisse).



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

14 S P IJS VERTER ING SKANAAL

'JHVVS
B
LM-opname van een tandkiem van een hond. In deze coupe zijn de elementen van het klokstadium (figuur 14.15) terug te vinden. De massa van deze vroege tand bestaat vooral uit de pulpa en de zich ontwikkelende kroon. Links in het beeld zien we een vene, een arterie en een zenuw. Het alveolaire bot van de kaak wordt aan de buitenzijde afgegrensd door een periosteum. 16 × (opname: E. Wisse).

procollageen bevatten. Vanuit het apicale cytoplasma vertrekt een lange, dunne uitloper, de VEZELVAN4OMES, die door een kanaaltje in het dentine loopt tot aan de grens met het glazuur (fig. 14.10). De vezels van Tomes van naburige cellen lopen parallel aan elkaar door het dentine (fig. 14.11). De odontoblasten blijven het hele leven actief en kunnen reparaties aan het dentine uitvoeren. De vorming van extracellulaire matrix door odontoblasten gaat vooraf aan de verkalking van het PREDENTINE, zodat er tussen de odontoblasten en het dentine steeds een helder laagje predentine ligt. Bij de verkalking spelen de matrixblaasjes een rol; deze worden uitgescheiden door de odontoblasten en zijn rijk aan alkalische fosfatase. Dentine is gevoelig voor prikkels zoals warmte, koude, zuren en traumata. De

.FEJTDIF
DPOUFYU %FOUJOF
is niet afhankelijk van de aanwezigheid van functionele odontoblasten, zoals bot afhankelijk is van de aanwezigheid van osteocyten. Als het weefsel van de pulpa door een infectie is aangetast of bij een wortelbehandeling is verwijderd, kan de tand zelf intact aanwezig blijven. Een gaatje in het glazuur door slijtage, erosie of cariës zet de PEPOUPCMBTUFO
aan tot de synthese van (reparatie)dentine. De gevoeligheid van glazuur voor zuren, meestal afgescheiden door bacteriën in UBOEQMBRVF, is de oorzaak van DBSJ¯T.

F UN CTIONEL E HISTOL OGIE

14 SPIJSVERTERINGSKANAAL



'JHVVS
C
Hogere vergroting van hetzelfde preparaat met een detail van de kroon in opbouw. Van onder naar boven zien we de pulpa, de enkele laag van odontoblasten, de lichtere laag van het predentine, de iets donkerder laag van het dentine, een dunne donkere laag van het glazuur en vervolgens de enkele rij van cilindrische ameloblasten die het glazuur aanleggen. Daarbuiten bevindt zich het reticulair epitheel. 630 × (opname: E. Wisse).

(MB[VVS Tandenpoetsen verwijdert de QMBRVF.
Behandeling van het HMB[VVS
met fluor, waardoor hydroxyapatiet wordt omgezet in fluoroapatiet, verhoogt de hardheid en de weerstand van het glazuur. Ook het cement rond de tandwortel heeft een andere structuur dan botweefsel; het weefsel is niet doorbloed. Dit verklaart de inertie van het cement bij orthodontische gebitsaanpassingen: het botweefsel van de kaak past zich aan, het dentine en het cement niet.

frequentste gewaarwording is pijn. Hierbij spelen ongemyeliniseerde zenuwvezels in de dentinekanaaltjes een rol. Later aangelegd secundair of REPARATIEFDENTINEvormt zich in de pulpaholte aan de binnenzijde van het dentine. Het reparatieve dentine vormt zich na beschadiging of slijtage van de tand.

Terwijl de tand wordt gevormd door cellen van mesodermale afkomst, wordt het GLAZUUR (email, ‘enamel’) tijdens de tandaanleg gevormd door cellen van het ectoderm: de AMELOBLASTEN (fig. 14.8b). Na de eruptie en na de vorming van het glazuur verdwijnen de ameloblasten. Glazuur is het hardste materiaalin het lichaam; het bevat 97% hydroxyapatiet en slechts 3-4% eiwitten (enameline, amelogenine) of ander organisch materiaal en water. !MELOBLASTENzijn hoogcilindrische cellen met een apicale UITLOPERVAN4OMES(niet te verwarren met de vezel van Tomes op de odontoblast), die secretiegranula bevat waarin matrixeiwitten voorkomen. Bij de vorming van het glazuur, de amelogenese, trekken de ameloblasten zich terug. Het eerste onrijpe glazuur, dat later wordt vervangen, bevat 30% organische bestanddelen. Van rijp glazuur blijft bij een ontkalking niets over, maar van het onrijpe glazuur zijn nog resten terug



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

14 S P IJS VERTER ING SKANAAL

'JHVVS

Doorsnede van een volwassen tand. Onder is de pulpa aanwezig, bestaande uit bindweefsel met veel bloedvaten. Tussen de pulpa en de dentinemassa (boven in de figuur) bevindt zich een enkele rij odontoblasten, waarvan de uitlopers het dentine in gaan (hier niet te zien). De onderste laag van het dentine is het lichtgekleurde predentine, dat nog voornamelijk uit collageen bestaat. Door verkalking ontstaat het dentine, dat het bovendeel van de figuur inneemt. De streping in het dentine is afkomstig van de vezels van Tomes (de uitlopers van de odontoblasten). Objectief 20 × (opname: E. Wisse).

P

S S

OP

OP

D

P

N

B

C 'JHVVS

TEM-opnamen van odontoblastuitlopers. B Een odontoblastuitloper (OP) begeeft zich via het predentine (P) in het gecalcificeerde dentine (D). De calcificatie is herkenbaar aan de kleine elektronenstrooiende kristalletjes. In de uitloper zien we sterk ontwikkeld cytoskelet, waarschijnlijk microtubuli. S is de ruimte rond de uitloper in de dentinetubule. Elke odontoblast heeft één uitloper; alle uitlopers steken de volledige laag dentine over. 32.000 ×. C Dwarsdoorsnede van een odontoblastuitloper (OP) ter hoogte van het predentine (P). Er ligt een ongemyeliniseerde zenuwvezel (N) tegen de uitloper. Deze zenuw kan koude of warmte registreren en is verbonden met de zenuwen in de pulpa. 61.000 ×.

F UN C TIONEL E HISTOL OGIE

14 SPIJSVERTERINGSKANAAL



'JHVVS

LM-opname van odontoblastuitlopers, die het dentine volledig doorlopen tot aan de glazuurlaag. 16 × (opname: E. Wisse).

te vinden in ontkalkte preparaten. Voor de microscopische bestudering van glazuur gebruikt men: r slijppreparaten; r coupes gesneden met een diamantmes; r coupes van een ontkalkt preparaat. In het volwassen glazuur onderscheidt men GLAZUUR PRISMA°S met daartussen interprismatische substantie (fig. 14.12). De 3-7 μm dikke langgerekte, parallelle glazuurprisma’s liggen dwars of iets schuin ten opzichte van de dentine-glazuurgrens. De glazuurprisma’s en de interprismatische substantie bestaan uit dichte kristallen van hydroxyapatiet. De OH-groepen uit het hydroxyapatiet kunnen worden uitgewisseld tegen ºU OR-ionen, waardoor een zeer hard kristal ontstaat dat zeer resistent is. Dit verklaart het nut van fluortoediening tijdens de groei van de tand.

1VMQB De pulpa bestaat uit losmazig bindweefsel en is ontstaan uit de tandpapil tijdens de embryonale ontwikkeling. In de pulpa liggen dunne collagene vezels in alle richtingen door elkaar, samen met veel amorfe grondsubstantie van glycosaminoglycanen. De stervormige fibroblasten (PULPACELLEN) hangen met hun uitlopers samen; daarnaast komen macrofagen en leukocyten voor. Bloedvaten, lymfevaten en gemyeliniseerde zenuwen komen door het nauwe foramen apicale binnen en vertakken zich door de pulpa.

5BOEXPSUFM De TANDWORTEL is opgebouwd uit dentine en wordt bekleed met een laag cement dat via het parodontaal ligament aan het bot van de tandalveole is gehecht. De tand is een heel klein beetje beweeglijk, zodat



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

14 S P IJS VERTER ING SKANAAL

'JHVVS
B LM-opname van een slijppreparaat van een menselijke tand in het bovendeel van het dentine: overgang naar het glazuur (kroon). De odontoblastuitlopers komen hier samen en sluiten aan op de prisma’s van het glazuur, dat hier bruiner gekleurd is. Objectief 5 × (opname: E. Wisse).

plotselinge sterke krachten tijdens het kauwen kunnen worden opgevangen, bijvoorbeeld wanneer men per ongeluk op een kersenpit bijt. De aard van de bevestiging laat ook toe dat de gebitselementen hun positie in de kaak kunnen aanpassen. Hierdoor wordt optimale aansluiting (OCCLUSIE) tussen boven- en ondergebit bereikt en is GEBITSREGULATIEmogelijk.

$FNFOU Het cement lijkt op bot, zowel wat betreft het mineraalgehalte (65%), als door de ligging, aard en vorm van de CEMENTOCYTEN (fig. 14.13). Cement is iets minder hard dan bot; osteonen ontbreken. In de tandhals is de cementlaag dun en acellulair. Dit cement wordt

.FEJTDIF
DPOUFYU Autoradiografische gegevens duiden op een sterke turnover van collageen in het QBSPEPOUBBM
MJHBNFOU.
Een gevolg hiervan is dat bij gebrek aan aminozuren of vitamine C (de cofactor van prolylhydroxylase, die nodig is voor de ‘crosslinking’ van tropocollageen) de collageenvorming verstoord raakt, zodat tanden los gaan zitten en kunnen uitvallen (in het geval van TDIFVSCVJL). De relatief snelle turnover van dit bindweefsel speelt ook een rol in gebitsregulatie. Het weefsel past zich relatief snel aan een nieuwe positie van de tand aan.

F UN C TIONEL E HISTOL OGIE

14 SPIJSVERTERINGSKANAAL



'JHVVS
C TEM-opname van een ultradunne coupe door het glazuur van een tand. TEM-opname bij hoge vergroting van de fijne, dicht gestapelde kristallen van het glazuur. De kristallen komen voor in bundels (prisma’s), die een verschillende oriëntatie hebben ten opzichte van elkaar. Tussen de dicht opeengepakte kristallen bevindt zich geen ander materiaal (opname: I. Gorter de Vries).

afgezet door de fibroblasten van het parodontaal ligament. Naar de wortelpunt toe wordt het cement dikker. Dit cement wordt gevormd door CEMENTO BLASTEN,die bij de vorming van het cement ingesloten raken in de matrix. De cementocyten zijn door uitlopers in canaliculi met elkaar verbonden. Bij de vorming van het cement zijn talrijke collagene vezels ingebouwd die via het parodontaal ligament tot in het alveolaire bot doorlopen. Deze vezels zijn zo gericht dat ze bij het kauwen worden strakgetrokken. Het parodontaal ligament bestaat uit dicht opeengepakte collagene vezels en bevat bloedvaten, zoals blijkt uit het bloeden bij extractie. Het parodontaal ligament bestaat voornamelijk uit collageen type I, maar bevat relatief veel (15-20%) collageen type III. Het bot dat de TANDKASvormt, is spongieus en wordt afgedekt door een laagje compact bot. De collagene

vezels van het parodontale ligament zijn als VEZELSVAN 3HARPEYin dit bot verankerd. De tandkas reageert op veranderingen in de belasting, bijvoorbeeld wanneer een naburige tand uitvalt. Dit kan resulteren in trekkrachten op de collagene vezels aan één kant van de tandkas en druk aan de andere. Trek wordt beantwoord met botafzetting, druk induceert botafbraak. Men maakt van deze eigenschappen gebruik in de orthodontie.

(JOHJWB De rode kleur van het tandvlees weerspiegelt de rijkdom aan bloedvaten in de bindweefselpapillen van de lamina propria. Het epitheel hecht zich aan de kroon. Deze aanhechting begint op het glazuur, maar schuift in de loop van de jaren geleidelijk naar de tandhals op. De hechting vindt plaats via hemidesmosomen in de celmembraan



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

14 S P IJS VERTER ING SKANAAL

'JHVVS

LM-opname van het cement, waarin duidelijk cementocyten zichtbaar zijn. De cementocyten lijken sterk op osteocyten door de aanwezigheid van medusa-achtige uitlopers. In het cement zijn echter geen bloedvaten aanwezig zoals in het botweefsel. 100 × (opname: E. Wisse).

en de lamina basalis van de basale epitheelcellen, die zich via een GLAZUURCUTICULA,een dunne eiwitlaag, aan het tandoppervlak hechten.

0OUTUBBO
WBO
EF
HFCJUTFMFNFOUFO In de zesde embryonale week vormt het ectoderm de tandlijst, die uitgroeit in het onderliggende mesenchym. Vanuit deze lijst groeien TANDKIEMEN. Die stulpen aan de onderzijde in, zodat een klokvorm ontstaat, en worden gevuld door mesenchym, dat de papil (de latere pulpa) vormt (fig. 14.8 en fig. 14.15). In elke kaak ontstaan tien tandkiemen van het melkgebit. In de tiende week ontstaan aan de tongzijde de tandkiemen van de definitieve gebitselementen. De verbinding met de tandlijst verdwijnt, zodat de

TANDKLOK vrijkomt van het oppervlakte-epitheel; de epitheliale massa wordt het GLAZUURORGAANgenoemd. In de twaalfde week bestaat het glazuurorgaan uit een laag cellen tegen de tandpapil, het BINNENSTEGLA ZUUREPITHEEL, dat aan de buitenzijde wordt afgegrensd door een BUITENSTEGLAZUUREPITHEEL. De ruimte tussen deze twee epitheellagen wordt opgevuld door het RE TICULAIR EPITHEEL. Bloedvaten dringen binnen in het glazuurorgaan om de epitheelmassa te voeden. Uit de mesenchymcellen van de tandpapil ontwikkelt zich een laag odontoblasten langs de basaal membraan van het binnenste glazuurepitheel. De apicale cellen van het binnenste glazuurepitheel differentiëren tot ameloblasten. Het glazuurepitheel breidt zich naar onderen in het mesenchym uit en vormt zo de

F UN CT IONEL E HISTOL OGIE

14 SPIJSVERTERINGSKANAAL



B

C 'JHVVS
 B Links bevindt zich de tand, rechts het bot van de tandkas. Het parodontaal ligament bestaat uit dicht-vezelrijk bindweefsel met veel bloedvaten. Van links naar rechts zien we de volgende lagen: de pulpaholte, de odontoblasten, het predentine, het dentine en een dunne laag cement. Een hoge turnover van het bindweefsel tussen de tand en de tandkas zorgt ervoor dat de tand niet helemaal vastgegroeid zit en scherpe schokken kan opvangen. Ook kan hij onder inwerking van externe krachten een andere positie innemen door aanpassingen van het bindweefsel en het bot van de tandkas. 200 × (opname: E. Wisse). C De vezels van het parodontaal ligament komen in de polarisatiemicroscoop goed tot uitdrukking (geel).

epitheliale wortelschede. Daarbij wordt de diameter van de tandklok van onderen (het latere foramen apicale) kleiner, zodat de vorm van de tand tot stand komt. Na de vorming van het eerste dentine beginnen de ameloblasten glazuurmatrix te vormen. Aanvankelijk zijn de ameloblasten zo georiënteerd dat hun basis naar de basaal membraan en het dentine, respectievelijk de pulpa gericht is. Wanneer de vorming van het glazuur begint, ondergaan de ameloblasten een ompoling, waarbij de kern aan de oorspronkelijke apicale kant, bij het reticulair epitheel komt te liggen. Tussen de kern en de basaal membraan bevindt zich veel RER en een sterk ontwikkeld Golgi-complex, terwijl zich in het nieuwe apicale cytoplasma secretiegranula ophopen. In de ruimten tussen de nieuwgevormde apicale celuitlopers (van Tomes) vormen de ameloblasten de eerste GLAZUURMATRIX(initieel glazuur). Deze primaire glazuurmatrix bevat hydroxyapatietkristallen, al is het aandeel aan organische bestanddelen nog aanzienlijk. Het initiele glazuur wordt op enige afstand van de uitlopers van Tomes gevormd, waardoor een honingraatachtig patroon ontstaat. Het initiële glazuur correspondeert met de latere interprismatische substantie. De prisma’s zelf worden gevormd in de ruimten binnen de honingraat-

structuur, terwijl de ameloblast zijn uitloper van Tomes terugtrekt. Als de glazuurvorming voltooid is, vormen de ameloblasten nog de primaire glazuurcuticula (MEM BRAANVAN.ASMYTH), die bij het doorbreken van de tand nog korte tijd als een dun vliesje over de kroon ligt, maar bij gebruik van het gebit verdwijnt. Als het glazuur is voltooid, sterven de ameloblasten af. Ter hoogte van de tandhals leggen de odontoblasten zich aaneen zonder dat hier ameloblasten tegenover komen te liggen. Als de dentineafzetting het foramen apicale heeft bereikt, verdwijnt de epitheliale wortelschede, op enkele resten (EILANDJES VAN -ALASSEZ) na. Pas dan gaan de uit mesenchymcellen ontstane cementoblasten cement afzetten tegen het worteldentine. Wanneer de knoppen van het blijvende gebit zich later gaan ontwikkelen tot glazuurorganen, herhaalt het hele proces zich. Onder de druk van deze groeiende kiemen worden de elementen van het MELKGEBIT door OSTEOCLASTENafgebroken; deze afbraak begint aan de wortelpunt. Als dit proces tot aan de hals is gevorderd, kan de tand nog met enkele collagene vezels via het halscement aan het bindweefsel van de gingiva vastzitten. Als ook dit cement is geresorbeerd, ligt de melktand geheel los en valt hij uit.



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

14 S P IJS VERTER ING SKANAAL

ectoderm mondholte

lip

epitheliale tandknop

tong

mesenchym

mesenchym (VROEG KAPSTADIUM)

(KNOPSTADIUM) a

b

buitenste glazuurepitheel

lamina dentalis knop van blijvend

%&
'"3:/9

De farynx verbindt de mondholte met de holten van het spijsverteringskanaal en van de luchtwegen. De farynx is bekleed met hetzelfde epitheel als de mondholte, maar op plaatsen die niet aan de passage van voedsel en wrijving blootstaan, bevindt zich meerrijig TRILHAAREPITHEEL met slijmbekercellen. In de farynx liggen de tonsillen, als onderdeel van een krans van lymfoïd weefsel rond de keelingang, de RING VAN 7ALDEYER. In het dichte bindweefsel onder de mucosa liggen kleine slijmkliertjes. Daaronder vindt men de circulaire en longitudinale spieren van de farynx, die onder meer een belangrijke functie hebben bij het SLIKKEN.

element

"-(&.&&/
#0681"5300/

binnenste glazuurepitheel (LAAT KAPSTADIUM) c

reticulair epitheel intermediaire laag

buitenste glazuurepitheel

binnenste glazuurepitheel bloedvaatjes

odontoblasten

basaal membraan d

(KLOKSTADIUM)

'JHVVS

Weergave van de verschillende stadia van de epitheliale tandaanleg. B De tandknop prolifereert en groeit uit in het onderliggende mesenchym. C Daar vormt de tandknop een kapvormige structuur. D In latere stadia differentieert zich in de epitheelmassa het binnenste glazuurepitheel, waaruit de ameloblasten ontstaan. E In het klokstadium ontstaan de odontoblasten uit mesenchymcellen, die zich in een rij leggen tegen de basaal membraan van het binnenste glazuurepitheel. (Bron: Warshawsky 1983.)

Het spijsverteringskanaal bezit een ALGEMEEN BOUWPA TROONdat bestaat uit vier lagen, van binnen naar buiten: de MUCOSA(het slijmvlies), de SUBMUCOSA(de bindweefsellaag daaronder), de tunica MUSCULARIS externa of muscularis (spierlaag), de adventitia (bindweefsel) of (indien bekleding met mesotheel aanwezig) de SEROSA (fig. 14.16). De MUCOSAbestaat uit: r een epitheel; r een lamina propria van losmazig bindweefsel, met daarin bloed- en lymfevaten en soms gladde spiervezels, klieren en lymfefollikels; r een (lamina) muscularis mucosae, een dun laagje glad spierweefsel dat op de grens tussen mucosa en submucosa ligt. In de FARYNX,de SLOKDARMen de MAAG,waar het voedsel nog een vrij vaste consistentie heeft, heeft de mucosa een glad oppervlak. Pas enkele centimeters voorbij de PYLORUS, die alleen vloeibare maaginhoud doorlaat, vormt het slijmvlies VILLIof DARMVLOKKEN.Deze worden tegen het einde van het ileum korter en ontbreken in het colon. De functie van het darmepitheel is: r selectieve RESORPTIEvan nutriënten; r bijdragen aan het verteren en transporterenvan het voedsel; r de productie van ENTERO ENDOCRIENEhormonen; r barrière tegen infecties. De MUSCULARISMUCOSAEgeeft de mucosa een eigen beweeglijkheid, die het contact tussen het darmepitheel en de darminhoud bevordert. Deze spierlaag gaat waarschijnlijk ook de perforatie van de darmwand tegen, omdat deze contraheert wanneer een scherp voorwerp

F UN C T IONEL E HISTOL OGIE

14 SPIJSVERTERINGSKANAAL



mucosa epitheel lamina propria muscularis mucosae mesenterium

vene arterie lymfevat

submucosa submucosale klier

lumen

bloedvat submucosale zenuwplexus

muscularis binnenste circulaire laag

myenterische zenuwplexus buitenste longitudinale laag

serosa

'JHVVS

Het algemene bouwpatroon van de tractus toont een aantal basiselementen, die in verschillende onderdelen van de tractus terug zijn te vinden. Van binnen naar buiten zijn de volgende lagen te herkennen: een epitheellaag die het lumen begrenst, een dunne bindweefsellaag (de lamina propria) en de lamina muscularis mucosae, die de mucosa afsluit. De submucosa bestaat uit een laag bindweefsel en wordt afgesloten met een circulaire en daarbuiten longitudinale externe spierlaag bestaande uit gladde spieren. Deze spieren worden, naast een extrinsieke bezenuwing, geïnnerveerd door een intrinsieke neurale plexus, voornamelijk tussen de twee spierlagen gelegen. Deze ondersteunt de darmmotiliteit (peristaltiek). De serosa sluit de wand af met een bindweefsellaag en een buitenste epitheellaag, het mesotheel. Klieren van toenemende grootte zijn gelegen in de mucosa, in de submucosa of net buiten de tractus (hier niet getekend). In de mucosa vindt men, naast bindweefsel, structuren van het immuunapparaat, zoals lymfefollikels. Via de mesenteriale vliezen is de tractus bevestigd aan de wand van de buikholte. extracellulaire ruimte epitheelcel lumen lgAdimeer

membraangebonden secretiecomponent

complex SC-lgA endocytose en transport m.b.v. receptor

'JHVVS
 Schematische weergave van het transport van het dimeer IgA-molecuul door een epitheelcel met behulp van de secretiecomponent (SC). De secretiecomponent wordt gevormd door de epitheelcel als een transmembraanglycoproteïne en fungeert als receptor voor het dimeer IgA. Het complex SC-IgA wordt door een endocytoseblaasje in de cel opgenomen en aan het luminale celoppervlak door exocytose uitgescheiden. Het deel van het SC dat aan het dimeer IgA is gebonden, wordt daarbij van het transmembranaire deel (afgebeeld met een zwarte stip) afgesplitst, waardoor het complex in het lumen vrijkomt. (Bron: Alberts e.a. 1983.)



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

14 SP IJS VERTER ING SKANAAL

L

'JHVVS
B
LM-opnamen van de slokdarm van een mens. Overeenkomstig het bouwplan zijn de verschillende lagen van de tractus te zien. Het lumen (L) wordt begrensd door een meerlagig plaveiselepitheel, dat sterke gelijkenis toont met dat van de mondholte. Direct onder het epitheel bevindt zich een dunne laag bindweefsel (de lamina propria), die door een dun spierlaagje wordt afgegrensd (muscularis mucosae). Daarbuiten de submucosa en de twee dikke spierlagen van de muscularis externa. 16 ×.

(bijvoorbeeld een visgraat) het slijmvlies dreigt binnen te dringen. Deze reflex wordt gestuurd vanuit de plexus submucosus. De SUBMUCOSAbestaat ook uit losmazig bindweefsel, waarin veel bloed- en lymfevaten voorkomen en een zenuwplexus, bij de hogere vertebraten topografisch onderverdeeld in een binnenste (-EISSNER) en een buitenste ((ENLE3CHABADASCH) plexus submucosus. In de submucosa kunnen ook KLIEREN en concentraties van LYMFOtDWEEFSELliggen. De MUSCULARISbestaat uit een dikke circulaire laag van gladde spieren en daarbuiten een dunnere longitudinale

laag. Tussen de beide spierlagen ligt een tweede zenuwplexus, de plexus myentericus of PLEXUS VAN !UERBACH. De muscularis kneedt en stuwt het voedsel voort (PE RISTALTIEK). De contracties van de beide spierlagen, die ook spontane contracties tonen, worden door de plexus myentericus gecoördineerd. Deze plexus bevat enterische ganglia met multipolaire neuronen (waarvan een beperkt aantal als postganglionaire parasympatische zenuwcellen kunnen worden beschouwd) en een net van pre- en postganglionaire vezels van het autonome systeem (ook postganglionaire vezels van de orthosympathicus) en enkele viscerosensorische vezels.

F UN CT IONEL E HISTOL OGIE

14 SPIJSVERTERINGSKANAAL



'JHVVS
C Bij hogere vergroting zien we dat het epitheel van de slokdarm tot op het lumen kernhoudend blijft. Aan het lumen schilferen de cellen af. In de lamina propria zien we veel mononucleaire cellen, lymfocyten die aanduiden dat hier ter plaatse al ‘immunosurveillance’ bestaat. (Opnamen: E. Wisse.)

De SEROSA bestaat uit bindweefsel met veel bloeden lymfevaten, afgedekt met een dunne laag MESOTHEEL. Injectie van een stof in de peritoneale holte leidt meestal tot een snelle opname en aanwezigheid in de circulatie. Van deze eigenschap wordt bijvoorbeeld gebruikgemaakt bij peritoneale dialyse in het geval van falende nierfunctie. Anderzijds leidt een prikkeling van de peritoneale holte snel tot de exsudatie van witte bloedcellen uit de serosa naar de peritoneale holte. Door deze cellen uit te spoelen met een peritoneale lavage, kan men vrij snel witte bloedcellen verzamelen. Bij de slokdarm ontbreekt een serosa.

Verschillende KLIERENdragen bij tot de smering van de voedselbrij door het afscheiden van mucus, of leveren een aandeel in de vertering door de toevoeging van spijsverteringsenzymen. Klieren van de tractus kunnen unicellulair zijn en zijn dan in de epitheellaag gelegen. Meercellige, samengestelde klieren kunnen in de mucosa, de submucosa of zelfs buiten de tractus zijn gelegen, zoals in het geval van de pancreas of de lever. Het LYMFOtDE APPARAAT (waaronder de PLATEN VAN 0EYER)in het darmkanaal beschermt ons lichaam tegen het binnendringen van infectieuze organismen en antigenen. De PLASMACELLEN in de lamina propria vormen



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

14 SP IJS VERTER ING SKANAAL

)G!, dat na secretie via de basale celmembraan aan de darmepitheelcellen wordt gekoppeld door middel van een ‘SECRETORYCOMPONENT’. Het gevormde complex wordt door receptorgemedieerde endocytose opgenomen en daarna naar het darmlumen uitgescheiden, waar het zijn functie kan uitoefenen (fig. 14.17). ‘Secretory component’ beschermt het IgA tegen proteolyse tijdens het intracellulaire transport en in het darmlumen. Naast verspreide cellen van het immuunsysteem komen in de lamina propria lymfefollikels voor (zie hierna en hoofdstuk 13). %&
0&40'"(64

In de OESOFAGUS is het meerlagig niet-verhoornend plaveiselepitheel vergelijkbaar met dat van de mond. De muscularis mucosae is matig ontwikkeld. De muscularis bestaat dicht bij de farynx uit DWARSGESTREEPT SKELETSPIERWEEFSEL,is verderop gemengd en bestaat in het onderste derde deel volledig uit GLADSPIERWEEFSEL. Men kan dus uit een coupe van de humane slokdarm ongeveer afleiden van welk deel het weefsel afkomstig is (fig. 14.18). De oesofagus bevat twee soorten klieren. 1 De GLANDULAE PROPRIAE of glandulae oesophageales, die door de hele oesofagus voorkomen en gelegen zijn in de submucosa. Dit zijn tubuloalveolaire klieren, die slijm produceren en waarvan de uitvoergang door de muscularis mucosae heendringt en omgeven kan zijn met lymfoïd weefsel. 2 De CARDIAKLIEREN nabij de maag, die gelegen zijn in de lamina propria, en die met een korte uitvoergang in het lumen uitmonden. Men vindt dit type klieren ook ter hoogte van de bifurcatie van de trachea en bij de farynx. De cardiaklieren bevatten hoogcilindrische slijmvormende cellen en incidenteel wandcellen, zoals in de maag.

.FEJTDIF
DPOUFYU Gastro-oesofageale SFnVY
of regurgitatie (terugstroming) is een veelvoorkomende klacht, die ontstaat door een onvolledig sluitende of niet goed werkende sfincter. De zure maaginhoud kan FSPTJF
van het oesofagusepitheel veroorzaken. In een chronische vorm kan een #BSSFUUPFTPGBHVT ontstaan, waarbij het meerlagig plaveiselepitheel van het laatste deel van de oesofagus is vervangen door een metaplastisch epitheel van cilindrische cellen, gemengd met slijmbekercellen. Het gevaar van een tumorontwikkeling of een perforatie van de oesofaguswand is dan aanwezig.

Bij de maagingang vindt men een ABRUPTEOVERGANGvan het meerlagig plaveiselepitheel van de oesofagus in het éénlagig cilinderepitheel van de maag (fig. 14.19). Soms monden de cardiaklieren uit in eilanden van maagepitheel die als roze plekken (‘erosies’) te zien zijn met een oesofagoscoop. Aangezien deze klieren pepsine en HCl kunnen vormen, kunnen ze het epitheel aantasten, dat hier niet afdoende wordt beschermd door een slijmlaag. %&
.""(

In de maag wordt het voedsel: r met een grote hoeveelheid vocht gemengd, zodat de BOLUS(spijsbrok) overgaat in de halfvloeibare CHYMUS; r enige tijd bewaard, zodat het verteringsproces kan beginnen.

.FEJTDIF
DPOUFYU Bij QPSUBMF
IZQFSUFOTJF
(verhoogde druk in de vena portae, onder andere als gevolg van cirrose) kan de splanchnische circulatie zich omleggen en kunnen WBSJDFT
(spataderen) ontstaan in de submucosa van de oesofagus. Het gevaar van bloedingen is groot en deze bloedingen zijn levensbedreigend. Naast medicatie en maatregelen om de portale hypertensie tegen te gaan, probeert men soms door sclerotherapie het bindweefsel van de submucosa zodanig te versterken dat de varices worden ingekapseld.

%F
NBBHNVDPTB Zoals de wand van een lege slokdarm in longitudinale plooien ligt die door vulling worden strakgetrokken, zo liggen ook de mucosa en submucosa van de lege maag in plooien (RUGAE), die bij vulling verstrijken. Ook in uitgerekte toestand heeft het maagslijmvlies ondiepe plooien, die het oppervlak verdelen in veldjes van 2-5 mm, de AREAEGASTRICAE.De klieren van de mucosa monden uit op dit oppervlak met afvoergangen, de FOVEOLAE GASTRICAE(‘GASTRICPITS’), gescheiden door AREOLAEGASTRI CAE (fig. 14.20 en fig. 14.21). Het OPPERVLAKTE EPITHEELvan de maagwand is eenlagig cilindrisch en zet zich in de foveolae voort tot aan de vernauwing (istmus). Het bestaat exclusief uit SLIJMNAPCELLEN(pseudoslijmbekercellen; ‘gastric surface mucous cells’: '3- CELLEN) die uitsluitend in de maag worden gevonden. Deze cellen synthetiseren slijm, dat ze opslaan in dicht opeengestapelde secretiegranula, die als een nap apicaal in de cel liggen. Het slijm bestaat

F UN C T IONEL E HISTOL OGIE

14 SPIJSVERTERINGSKANAAL



'JHVVS
 LM-opname van de aansluiting van de oesofagus op de maag. Rechts bevindt zich het meerlagig epitheel van de slokdarm, links de mucosa en cardiakliertjes van de maag. De overgang is abrupt. Onder in de foto zien we de enorm dikke spierlagen van de maagwand, die hier een sfincterfunctie hebben om de reflux van de maaginhoud te beletten. 16 × (opname: E. Wisse).

uit verschillende typen MUCINEN (glycoproteïnen). Het slijm verspreidt zich na de secretie over het epitheeloppervlak. De slijmnapcellen zijn onder meer door occludensverbindingen met elkaar verbonden. De kern van de slijmnapcellen is ovaal en ligt in het basale deel van de cel, maar is niet weggedrukt zoals bij veel mukeuze cellen. De slijmlaag beschermt de slijmnapcellen en daarmee de maagwand tegen het sterk zure (P(   ) maagsap, dat ook eiwitsplitsende enzymen bevat. De HCO3–-ionen, die ook door de slijmnapcellen worden uitgescheiden, vormen een pH-gradiënt in de mucuslaag, die varieert van een pH van 1 (aan het lumen) tot neutraal aan het celoppervlak. De HCO3–-ionen en hydrofobe eigenschappen van het mucus vormen een belangrijke, beschermende barrière tegen het maagsap. De celcontacten tussen de slijmnapcellen voorkomen lekkage van de maaginhoud tussen de cellen door. De afscheiding van BICARBONAAT en de microcirculatie in de lamina propria beschermen het maagepitheel aan

de abluminale zijde verder tegen de inwerking van de zure maagsappen. Ondanks deze bescherming leven de slijmnapcellen zeer kort, namelijk drie tot vijf dagen. Ze zijn daarmee een van de kortst levende cellen in ons lichaam. Naar de aard van de klieren die in de foveolae uitmonden, kan de maagmucosa in drie zones worden ingedeeld: 1 het cardiagebied; 2 het corpusgebied; 3 het pylorusgebied. In het CORPUSGEBIED wordt anatomisch nog een FUNDUS deel onderscheiden (fig. 14.22). Histologisch verschillen beide gebieden echter niet van elkaar. De klieren van het maagslijmvlies liggen in de lamina propria (intramucosale klieren). Regionale verschillen tussen de klieren betreffen de wijze van vertakking en het al of niet kronkelige verloop. Het CARDIAGEBIED



F U NC T I O NE L E HIST O LO GIE

14 SP IJS VERTER ING SKANAAL

areolae

foveola

oesofagus

uitmonding van een klier in de basis van een foveola

fundus cardia

lamina propria

P

klieren muscularis mucosae

corpus CARDIA

antrum pylori pylorus pyloruskanaal

areolae

C

duodenum

P

P P

areolae

foveola foveola

hals

hals klier

klier

lymfefollikel

lamina propria

B

ANTRUM PYLORI

basis muscularis mucosae submucosa

CORPUS

'JHVVS
 B De verschillende gebieden van de maagmucosa en hun histologische structuur. De maagkliertjes komen tot stand door invaginatie van het epitheel van de maagwand. Aan de kliertjes onderscheidt men de volgende onderdelen (van boven naar beneden): de nekgedeelten en het eigenlijke kliergedeelte. De lengte, vertakking en kronkeling van de verschillende onderdelen zijn verschillend in de diverse regio’s van de maag, zoals de cardia, de fundus, het corpus en het antrum pylori. De grote massa van het orgaan (en de kliertjes) wordt gevormd door het corpus. Vooral in het pylorusdeel vindt men de ontwikkeling van lymfefollikels. C SEM-opname van het maagepitheel, nadat de mucuslaag verwijderd is. We zien de uitmondingen van de maagkliertjes, de ‘gastric pits’ (P). De celgrenzen zijn eveneens duidelijk te zien. D LM-opname van een maagkliertje, waarin de verschillende celtypen nog niet duidelijk herkenbaar zijn. 600 ×.

D

F UN CT IONEL E HISTOL OGIE

14 SPIJSVERTERINGSKANAAL



slijmnapcellen

foveola foveola lumen van de maag

mukeuze halscellen

hals pariëtale cellen

hoofdcellen basis

enteroendocriene cellen

C

B 'JHVVS
 B Het bouwpatroon van de maagmucosa wijkt niet af van het algemene bouwpatroon van de tractus, maar er zijn aanpassingen die verband houden met de lokale functie. De spierlagen liggen kruiselings, hetgeen te zien is aan de lengte- en dwarsdoorsneden. De maagkliertjes openen met de foveolae of ‘gastric pits’; lager liggen de eigenlijke kliertjes waarin vijf functioneel verschillende celtypen te vinden zijn (zie b). C In de maagkliertjes bevinden zich verschillende celtypen, die niet willekeurig over de lengteas gespreid zijn. Aan het lumen van de maag vindt men de slijmnapcellen (‘gastric surface mucous cells’, GSM), die in de foveolae worden vervangen door mukeuze halscellen. Dan volgen de wandcellen of pariëtale cellen, die HCL uitscheiden. Daarna zijn het de zymogeencellen of hoofdcellen, die pepsinogeen produceren. Ten slotte zijn er de entero-endocriene cellen die zich op de bodem van het kliertje bevinden. In het hals- of nekgebied zijn er ook stamcellen, die hier niet zijn getekend.

van de maag vormt een 1,5 tot 3 cm brede zone in het maagslijmvlies rond de monding van de oesofagus. De CARDIAKLIEREN komen overeen met de oesofageale cardiaklieren en bestaan uit soms vertakte, sterk gekronkelde buizen met een wand van mukeuze cellen. Daartussen bevindt zich af en toe een wandcel (pariëtale cel) (fig. 14.23). De klieren produceren onder andere LYSOZYM.Ze liggen in een lamina propria van losmazig bindweefsel met bloed- en lymfevaten, verspreide gladde spiervezels en lymfoïde cellen. In de klieren in het CORPUSGEBIED kunnen vijf soorten cellen worden gevonden met regionaal wisselende onderlinge verhoudingen. In het corpus zijn de foveolae tamelijk ondiep. Onder in de foveolae monden twee tot drie rechte klierbuizen uit via een vernauwd verbindingsstuk (ISTMUS). In de lamina propria, het

interstitieel bindweefsel tussen de CORPUSKLIEREN, is een rijke vascularisatie aanwezig. De celtypen in deze klieren zijn de volgende. 1 Enkele ONGEDIFFERENTIEERDESTAMCELLENin het halsgebied, die zich door mitose vermenigvuldigen, maar niet allemaal differentiëren. Een deel van de dochtercellen schuift op in twee richtingen: (a) in de richting van het maagoppervlak, waar de cellen differentiëren tot slijmnapcellen die dode cellen vervangen; en (b) in basale richting, waar ze differentiëren tot mukeuze halscellen, zymogene hoofdcellen en wandcellen. De levensduur van de laatste twee cellen is enkele maanden tot een jaar (fig. 14.29). 2 -UKEUZEHALSCELLEN(‘mucous neck cells’). Deze cellen zijn langwerpig, hebben een kleine, ronde kern



F U NC T I O NE L E H IS T O LO GIE

14 S P IJS VERTER ING SKANAAL

'JHVVS

LM-opname van de mucosa in het fundusdeel van de maag. In deze ‘gewone’ HE-coupe is bij deze vergroting alleen de algemene bouw van de mucosa te zien; het onderscheid tussen de verschillende celtypen in de kliertjes kan hier niet worden gemaakt. Wel is te zien dat de lamina propria zeer dun is en eigenlijk direct aansluit op de muscularis mucosae. De submucosa is breder en wordt naar onderen gevolgd door een reusachtige muscularis, die zich nog veel verder voortzet dan de coupe laat zien. 25 × (opname: E. Wisse).

3

en vormen een koolhydraatrijk secreet dat meer zure kenmerken heeft dan het neutrale slijm van de slijmnapcellen. 7ANDCELLENof PARIpTALECELLEN, die opvallen door hun eosinofilie in een HE-preparaat (fig. 14.24). Rondom de centrale kern van de wandcellen komen CANALICULIvoor, instulpingen van het celoppervlak die bekleed zijn met microvilli. In het cytoplasma bevindt zich een TUBULOVESICULAIR systeem dat een membraanreserve vertegenwoordigt, die gebruikt wordt bij de vorming van microvilli. Deze microvilli spelen een rol bij de secretie van HCl. Tijdens de secretie nemen de microvilli in de canaliculi toe, terwijl het tubulovesiculaire systeem afneemt. Bij vermindering

van de secretie gebeurt het omgekeerde. Het eiwitsyntheseapparaat (RER, Golgi) is zwak ontwikkeld. Pariëtale cellen bevatten zeer veel MITOCHONDRIpN, die meer dan 40% van het cytoplasma innemen. De mitochondriën leveren de energie voor de SECRETIE VAN (#L, waarbij H+ionen en Cl–-ionen actief over de celmembraan worden getransporteerd. De secretoire activiteit van de zoutzuurproductie wordt door cholinerge zenuwen of door gastrine en histamine gestimuleerd. Voor deze stoffen heeft de wandcel receptoren in de basolaterale celmembraan. De wandcel produceert ook ‘INTRINSIC FACTOR’, een glycoproteïne met een moleculaire massa van