Histologie

Bindweefsel: wat?

• materiaal dat cellen & organen verbindt

• verschaft het lichaam steun (mechanische functie)

• functie van bindweefsel berust voor een belangrijk deel op de extracellulaire matrix (& niet op de cellen) → anders dan bij primaire weefsels (epitheel, spierweefsel & zenuwweefsel)

  • extracellulaire matrix: uit vezels (collageen & elastische vezels) & de grondsubstantie

• bindweefsel: hoofdzakelijk uit 1 embryonaal weefsel = mesenchym

  • uit mesoderm afkomstig = middelste laag van het embryo

mesenchym

• opgebouwd uit een visceuze grondsubstantie, collageen vezels & ongedifferentieerde spoelvormige tot stervormige mesenchymale cellen

Bindweefsel: functies

1. Steunfunctie

• kapsels rond, & trabekels in organen

• bindweefsels vormt pezen & ligamenten

• bindweefsel vult ruimte tussen organen op

• bot & kraakbeen → bijzondere vormen van bindweefsel

2. Afweer

• bestanddelen van bindweefsel vormen barrière tegen verspreiding van bv. binnengedrongen bacteriën

• aanwezigheid van fagocyterende cellen & cellen behorend tot het afweersysteem

3. Voeding

• voedingsfunctie van bindweefsel ten behoeve van andere weefsels (bv. epithelia) of organen → berust op de daarin voorkomende bloedvaten

Bindweefsel: samenstelling

• cellen in het bindweefsel

  • fibroblast, adipocyt (vetcel), plasmacel, lymfocyt, eosinofiele granulocyt, neutrofiele granulocyt, macrofaag, mestcel, dendritische cel (Langerhanscel)

    → cellen zorgt voor productie van de matrix

• vezels (extracellulaire matrix)

  • collagene vezel, elastische vezel, reticulaire vezel

• grondsubstantie (extracellulaire matrix)

  • glycosaminoglycanen, proteoglycanen & glycoproteïnen

functies van de cellen → productie matrix of activiteit

bindweefsel: fibroblast → onder lichtmicroscoop

• meest algemeen voorkomende bindweefselcel

• produceren collagene & elastische vezels en glycosaminoglycanen & glycoproteïnen van de grondsubstantie

• 2 soorten:

  • actieve fibroblasten → grotere cellen met grotere actieve ‘euchromatische’ kern & meer uitgesproken cytoplasma

  • inactieve fibroblasten (= fibrocyten) → kleinere cellen met kleinere & meer ‘heterochromatische’ kern & minder cytoplasma

myofibroblasten

• bv. bij wondgenezing & bij andere reparatieprocessen na beschadiging & defecten

  → toename van actinefilamenten in het cytoplasma van fibroblasten

  => cellen krijgen contractiele eigenschappen

= myofibroblasten

bindweefsel: fibroblast → onder elektronenmicroscoop

• fibroblast

  • talrijke onregelmatige cytoplasma-uitlopers

  • kern = ovaal, groot, licht, gekleurd met fijn verdeeld chromatinepatroon & grote nucleolus

  • cytoplasma: rijk aan ruw ER & goed ontwikkeld Golgi-apparaat, mitochondriën zijn slank

• fibrocyt

  • kleiner dan de fibroblast

  • minder cytoplasma-uitlopers

  • kern = langwerpig, kleiner & donkerder gekleurd

  • cytoplasma: weinig ontwikkeld ruw ER & Golgi-apparaat

bindweefsel: vezels

• collagene vezels

• elastische vezels

• reticulaire vezels

COLLAGEEN: wat?

• familie van eiwitten die door verschillende celtypen worden geproduceerd

• bij zoogdieren: collageen is meest voorkomende eiwit

  • bij de mens: collageen = 30% van totale droge gewicht

• meer dan 20 verschillende collageentypes (genummerd I t.e.m. XX) → op grond van hun chemische samenstelling

  • meer dan 95% van collageen behoort tot typen I t.e.m. IV

  • sommige soorten collageen zijn vezelvormend (zoals I & III), andere niet (zoals IV)

• belangrijkste aminozuren waaruit collageen is opgebouwd:

  • glycine (33,5%)

  • proline (12%)

  • hydroxyproline (10%)

COLLAGEEN: tropocollageen & fibrillen

• ‘basis’ eiwiteenheid = tropocollageen

  • langgerekt molecule, uit 3 polypeptide-subeenheden (ketens) → vormen een triple-helix

• verschillen in soorten collageen:

  • verschillen in aminozuursamenstelling van de polypeptideketens

• bij collageen type I, II & III → tropocollageenmoleculen op complexe wijze aaneengevoegd tot zeer lange fibrillen

  • elektronenmicroscopie: dwarsbandtekeningen

• collageen type IV (typische component van laminae basales van epitheel & endotheel) → geen fibrillen gevormd, maar wel viltachtige/ korrelige lagen zonder zichtbare structuurkenmerken

  • (collageen type VII ook geen fibrillen)

COLLAGEEN: onder de elektronenmicroscoop

• collagene fibrillen = dunne structuren (diameter tussen 20-200 nm)

  • in elektronenmicroscoop: dwarsbandpatroon

  • (onder lichtmicroscoop geen dwarsbandtekening te zien)

  → bandenpatroon veroorzaakt door de typische rangschikking van de langgerekte tropocollageenmoleculen, die elkaar gedeeltelijk overlappen

• bij collageentypen I & III

  • fibrillen tot grotere eenheden samengevoegd → onder lichtmicroscoop waarneembaar als vezels

  • vezels dan als bundels verenigd (soms met het blote oog waarneembaar)

• collageen type II (hyalien & elastisch kraakbeen)

  • vormt fibrillen, maar die voegen zich niet tot vezels aaneen

→ typen I, II & III = interstitiële collagenen (= collagenen die fibrillen vormen)

COLLAGEEN: collagene vezels

• meest voorkomende vezels in bindweefsel

• vrijwel niet elastisch, grote trekvastheid (als gevolg van moleculaire bouw)

• collagene fibrillen in elektronenmicroscoop:

  • dwarsdoorsnede: rolrond & onvertakt

  • in lengtedoorsnede: dwarse bandtekening

• collagene vezels in lichtmicroscoop:

  • gekruist dooreenlopende, min of meer golvende/ gekronkelde bundels

ELASTISCHE VEZELS: verschil met collagene vezels:

• elastische vezels zijn dunner, verlopen strakker & niet uit fibrillen opgebouwd

• elastische vezels vormen een echt netwerk doordat ze vertakken of op kruispunten zijn versmolten

• elastische vezels in elektronenmicroscopisch beeld: geen dwarse bandtekening

• elastine geeft gemakkelijk mee aan trekkrachten (tov collageen)

• in huid & pezen: elastine wordt door fibroblasten gemaakt

• in grotere bloedvaten: elastine door gladde spiercellen gevormd

• elastische vezels: door hematoxyline-eosine zwak gekleurd → vallen in routinepreparaten niet op

• elastine: selectief te kleuren met bv. orceïne of elastica von Gieson kleuringen → elastische vezels worden bruinrood tot zwart gekleurd

elektronenmicroscopisch beeld elastinevezels & collageenvezels

beeld 2b

• collageenfibrillen zowel dwars als in de lengte aangesneden

RETICULAIRE VEZELS

= fijnvezelig collageen

• uit bundels van dunne collageenfibrillen, ook een typische dwarse bandtekening (vnl. collageen type III)

• vlechtwerk van elkaar overkruisende vezels (netwerk of reticulum)

• vezels aankleuren met histochemische reticuline (zilver) kleuring → argentofiele/ argyrofiele vezels

• reticulaire vezels: in basale membranen & als een ruimtelijk complex

  • verleent steun aan cellen van beenmerg & lymfoïde organen (bv. milt)

bindweefsel: grondsubstantie (extracellulaire matrix)

• intercellulaire grondsubstantie vult de ruimte tussen de cellen & de vezels van het bindweefsel

• histochemisch onderzoek: substantie is PAS-positief → bevat suikers

• in elektronenmicroscopisch beeld: grondsubstantie doet zich voor als een korrelig materiaal temidden van de cellen & fibrillaire structuren

• grondsubstantie uit 2 componenten:

  • glycosaminoglycanen

  • structurele proteïnen

grondsubstantie (extracellulaire matrix): glycosaminoglycanen

• groot-moleculaire onvertakte polysacchariden

  • opgebouwd uit disacchariden → uit een hexosamine (glucosamine of galactosamine) & een uronzuur (glucuronzuur of iduronzuur) (= zure mucopolysacchariden)

• histochemisch aangekleurd met alciaanblauw

• glycosaminoglycanen: in grote aantallen covalent gebonden aan 1 centraal eiwit (as-eiwit) (behalve hyaluronzuur → dat komt ook afzonderlijk voor) → ° proteoglycaan-molecule

• sterk hydrofiele verbindingen

  • frequent voorkomen van hydroxyl-, carboxyl- & sulfaatgroepen in koolhydraatgedeelte van de meest proteolycanen

• eiwitgedeelte vormt niet meer dan 10-20% van het macromolecuul op gewichtsbasis

• collagene vezels gaan met hun basische aminozuurresiduen verbindingen aan met de zure groepen van de proteoglycanen

• door hun hoge viscositeit vormen proteoglycanen & hyaluronzuur een belangrijke barrière tegen bacteriën & andere partikels

3 belangrijkste soorten van glycosaminoglycanen

• dermatansulfaat

  • voornamelijk in het bindweefsel van de huid, in pezen/ ligamenten & adventitia van de aorta

• chondroïtinesulfaat

  • vooral in hyalien & elastisch kraakbeen

  • ook in bot, huid & tunica media van de aorta

• heparansulfaat

  • vooral in associatie met collageen type III (oa. aorta, long, lever) & in lamina basalis (collageen type IV)

grondsubstantie (extracellulaire matrix): structurele glycoproteïnen

• verbindingen die een eiwitcomponent bevatten waaraan koolhydraten zijn bevestigd

• eiwitcomponent domineert

  • moleculen bevatten geen lineaire polysaccharideketens met glycosamine

• structurele glycoproteïnen spelen een belangrijke rol in celadhesie

3 belangrijkste soorten van structurele glycoproteïnen

• fibronectine

  • gesynthetiseerd door fibroblasten

  • speelt een rol bij adhesie van cellen, collageen & glycosaminoglycanen

• laminine

  • speelt een rol bij adhesie van (epitheel)cellen aan laminae basales

• chondronectine

  • speelt een rol bij adhesie van chondrocyten aan collageen type II

overzicht bindweefsel & steunweefsel

losmazig bindweefsel

= ‘loose connective tissue’ (‘areolar tissue’)

• los geweven, vult ruimten tussen spiervezels en fasciën, ondersteunt epitheel & omgeeft bloed- en lymfevaten

• tot deze categorie behoren:

  • papillaire dermis van de huid

  • onderhuidse bindweefsel (subcutis) van de huid

• meest frequent voorkomende cellen:

  • fibroblasten

  • macrofagen

• collagene & elastische vezels

• sterk gevasculariseerd = sterk doorbloed

• zeer reactief bindweefsel:

  • relatief grote rijkdom aan cellen (fibroblasten & macrofagen)

  • onderling goed verschuifbare losse collagene bundels & elastine-netten

  • sterke vascularisatie

• cellulaire functies meer op de voorgrond

  • gebeurtenissen die in samenhang met de bloedvaten optreden (bv. oedeem, ontsteking, overgevoeligheidsreacties)

losmazig bindweefsel → reticulair bindweefsel

• bijzondere variant van losmazig bindweefsel dat een ruimtelijk steunapparaat vormt in myeloïde (beenmerg) & lymfoïde (lymfklieren, milt) organen

• reticulair bindweefsel bestaat uit:

  • fijne vezels (collageen type III) (‘reticuline’) → vormen de tussenstof

  • ertussen: macrofagen, lymfocyten & ‘reticulum cellen’

→ aankleuren met zilverkleuring

straf bindweefsel

= dens bindweefsel (‘dense connective tissue’)

• in principe dezelfde componenten als losmazig bindweefsel, maar collageen domineert sterk met dikke collageenbundels waartussen fibroblasten zijn gelegen

• minder vervormbaar dan losmazig bindweefsel, maar veel trekvaster

• 2 soorten dens bindweefsel:

  • ongeordend

  • geordend

straf bindweefsel: ongeordend dens bindweefsel

• bundels van vrij dikke collagene vezels lopen in alle richtingen dooreen

  • er is geen voorkeursrichting

• weerstand tegen trek in alle richtingen → door driedimensionale netwerk van collagene vezels

• weefsel te vinden in:

  • reticulaire dermis (huid)

  • submucosa van de darm

  • in bindweefselkapsels rond organen (bv. milt, lymfeklieren & zenuwganglia)

straf bindweefsel: geordend dens bindweefsel

• collagene vezels zijn in 1 of enkele hoofdrichtingen georiënteerd

• weefsel biedt weerstand tegen trek in 1 of enkele richtingen

• protype voorbeeld: peesweefsel

• andere voorbeelden: fasciën & aponeurosen

geordend dens bindweefsel → voorbeeld: peesweefsel

• pezen = cilindervormige tractie-elementen die spieren met het skelet verbinden

• bestaan uit evenwijdig verlopende, dicht opeengepakte bundels collageen met weinig amorfe grondsubstantie ertussen

• in een overlangse aansnijding:

  • fibroblasten in rijen te zien

• op dwarsdoorsnede:

  • fibroblasten vertonen vliesvormige uitlopers die tussen de collagene bundels in verschillende richtingen uitstralen en deze ten dele omwikkelen (= vleugelcellen)

schematisch weergave: geordend dens bindweefsel vs. ongeordend dens bindweefsel

elastisch bindweefsel

• uit bundels dikke elastische vezels

• tussen dikke elastinevezels: enkele fibroblasten

• grote dichtheid aan elastische vezels geeft het geheel een gele kleur & grote elasticiteit

• ‘puur’ (‘zuiver’) elastisch bindweefsel: komt maar op enkele plaatsen voor:

  • gele ligamenten van de wervelkolom → ligamentum flavum

  • ligamentum suspensorium van de penis

• in sommige soorten dicht bindweefsel: aandeel van elastine is aanzienlijk

  • bv. in de reticulaire dermis van de huid (neemt af met leeftijd)

  • bv. in grote bloedvaten zoals aorta

mucoïd bindweefsel

• mucoïd (gelatineus) (losmazig) bindweefsel

  • gelei-achtig door overmaat aan grondsubstantie (vooral hyaluronzuur) met collagene & elastische vezels

• cellen: hoofdzakelijk vertakte & samenhangende fibroblasten

• bij de mens: enkel in uitgesproken vorm voorkomend in embryonale periode

vetweefsel

• bijzondere vorm van (losmazig) bindweefsel waarin vetcellen of adipocyten overheersen

• vetweefsel: een van de grootste organen van het lichaam

  • bij mannen van normaal gewicht: 15-20%

  • bij vrouwen: 2-15% van totale lichaamsgewicht

• grootste gedeelte: subcutaan vet

• 2 soorten vetweefsel:

  • wit (univacuolair) vetweefsel

  • bruin (plurivacuolair) vetweefsel

vetweefsel: functie

• energiereservoir

• vormgeving van het lichaam

  • bijdrage van onderhuidse vetlagen (subcutis)

• stootkussen

  • door plaatselijke vetafzettingen (bv. handpalm, voetzool)

• warmte-isolatie van het lichaam

  • (vet is een slechte warmtegeleider)

• vetweefsel kan de ruimte tussen weefsels opvullen en zo de organen op hun plaats houden → steunfunctie

vetweefsel: univacuolair vetweefsel

= wit vetweefsel

• bijna overal in het lichaam; behalve in oogleden, penis, scrotum & oorlel

• belangrijkste functie: energiedepots

• kleur: wit tot donkergeel

  • gele kleur komt door aanwezigheid van carotenoïden die in vet zijn opgelost

• verdeling & dichtheid: bepaald door leeftijd & geslacht

  • (in belangrijke mate gereguleerd door geslachtshormonen & bijnierschorshormonen)

vetweefsel: univacuolair vetweefsel: histologie

• onvolledig in lobben verdeeld door bindweefselschotten (waarin bloedvaten, zenuwen)

• vrij rijk gevasculariseerd (vaatrijk) → vergemakkelijkt uitwisseling van materiaal tussen weefsel & bloed

• univacuolair vetweefsel: opgebouwd uit univacuolaire adipocyten

• univacuolaire adipocyten:

  • rond als ze geisoleerd voorkomen

  • veelhoekig als ze met vele tot een vetweefsel zijn opeengepakt

• bij routine histologische bewerking: vet wordt door alcohol & xyleen opgelost

  • vetcel ziet eruit als een smalle ring van cytoplasma (met hier dichtbij de perifeer gelegen kern) rond een lege vacuole waarin het vet gezeten heeft (‘zegelringcel’)

• elke vetcel: omgeven door lamina basalis (basale membraan)

• rondom elke vetcel: fijn netwerk van dunne collagene vezels → steunt de vetcellen & verbindt ze onderling

vetweefsel: univacuolair vetweefsel: elektronenmicroscopie

• mature univacuolaire (witte) adipocyt: grote cel (tussen 50 & 150 µm) met perifeer gelegen kern

• in het verbrede deel van cytoplasma waarin de kern ligt:

  • klein Golgi apparaat

  • meerdere mitochondriën

  • weinige hoeveelheid ruw ER

• in de dunne submembraneuze laag van het cytoplasma rond de vetdruppel:

  • vesikels van glad ER

  • talrijke pinocytoseblaasjes

• elke vetcel vertoont naast lichtmicroscopisch zichtbare grote vetdruppel nog een aantal kleinere vetdruppels

• vetdruppels → niet door een membraan omsloten

vetweefsel: univacuolair vetweefsel: histogenese

• uit ongedifferentieerde mesenchymcellen → °verschillende celtypes waaronder ‘preadipocten’

• witte adipocyten → °uit preadipocyten van het laterale mesoderm van het embryo

• kleine vetdruppels in het cytoplasma van de ‘preadipocyt’ (plurivacuolaire stadium) → fuseren uiteindelijk tot een grote vetdruppel die kenmerkend is voor mature univacuolaire (gele/ witte) vetcel (univacuolaire stadium)

MEDISCHE TOEPASSING: (adult-onset) obesitas

• ‘vetzucht’ (zwaarlijvigheid, obesitas) op latere leeftijd: vooral bepaald door vergroting van bestaande (witte) vetcellen

  • (tot 1,5 µg vet per cel)

  = hypertrofie

  • gebeurt dus niet door toename van het aantal vetcellen!

• oorzaak:

  • sedentaire leefstijl

  • calorie inname (voeding) » energieverbruik

  • leeftijd geassocieerde metabole veranderingen (verminderde hormoongevoelige lipase activiteit in de vetcellen waardoor minder gemakkelijke vetmobilisatie uit de vetcellen)

• gewichtsverlies door dieet:

  • resultaat van kleiner worden van de bestaande witte vetcellen (aantal vetcellen verandert niet)

• vetzucht op kinderleeftijd:

  • zowel vergroting van bestaande (witte) vetcellen = hypertrofie

  • en toename van aantal (witte) vetcellen = hyperplasie

MEDISCHE TOEPASSING: lipoom & (goed gedifferentieerd) liposarcoom

• lipoom

  • frequente goedaardige tumor die ontstaat uit witte adiposyten

vetweefsel: plurivacuolair vetweefsel

= bruin vetweefsel (want bruine kleur)

• kleur van bruine vet door:

  • grote concentraties van mitochondriën (die het cytochroom pigment bevatten)

  • grote aantallen van bloed capillairen in dit bruin vetweefsel

• bruin vetweefsel slechts op enkele plaatsen voorkomend + komt slechts gedurende bepaalde levensfazen voor

  • vooral in pasgeborenen (2-5% van het lichaamsgewicht!) → vooral thv de rug, nek & schouders, maar verdwijnt grotendeels gedurende kinderleeftijd

  • in volwassenen: zeer kleine aantal bruine vetcellen → thv de nieren, bijnieren, aorta & mediastinum

• functie:

  • functionele betekenis is beperkt tot de eerste maanden na de geboorte: thermogenese → warmteproductie & bescherming van pasgeborene tegen koude

→ warmteproductie in bruine vetcellen is veel groter dan in andere cellen ten gevolge van de uitgesproken aanwezigheid van een transmembraan proteïne uncoupling protein-1 (UCP1) (of thermogenine)

vetweefsel: plurivacuolair vetweefsel: histogenese

• plurivacuolair (bruin) vetweefsel → (vanuit mesenchymale stamcel) ontstaat uit paraxiale preadipocyten

• hoeveelheid bruin vetweefsel: maximaal (in verhouding tot lichaamsgewicht) bij de geboorte & verdwijnt gedeeltelijk door een mechanisme van involutie & apoptose tijdens de kinderleeftijd

• aantal bruine vetcellen neemt toe tijdens koude

  • (mechanisme?: shift van zogenaamde ‘beige’ cellen naar functionele bruine vetcellen; proliferatie & differentiatie van nieuwe bruine vetcellen uit bestaande progenitorcellen)

vetweefsel: plurivacuolair vetweefsel: histologie

• plurivacuolaire vetcellen: kleiner dan univacuolaire vetcellen & veelhoekig van vorm

• cytoplasma: zeer talrijke vetdruppels (‘multiloculair’)

• kleine vetdruppels laten kern toe meer centraal te liggen

• elektronenmicroscopie:

  • hoge concentraties van mitochondriën

  • weinig ontwikkeld glad & ruw ER

• bruin vetweefsel: sterk ontwikkeld vaatnet

• door bindweefselschotten in lobuli verdeeld (meer dan gewone witte vetweefsel)

MEDISCHE TOEPASSING: hibernoma

• niet-frequente tumor

  • uit bruine vetcellen tumor → goedaardige tumor

overzicht van structuren van het bewegingsapparaat

kraakbeen

• gespecialiseerde vorm van bindweefsel

  • kan door elastische consistentie van tussenstof weerstand bieden tegen druk zonder blijvende vervorming te ondergaan (drukvast)

• geringe trekvastheid

• bestaat uit veel intercellulair materiaal (extracellulaire matrix) = kraakbeentussenstof/ kraakbeenmatrix

• typische consistentie van kraakbeenmatrix bepaald door aanwezige macromoleculen:

  • collageen

  • hyaluronzuur

  • proteoglycanen

  • kleinere hoeveelheden glycoproteïnen

→ elastisch kraakbeen: bevat ook nog elastine

• cellen (chondrocyten) liggen in kraakbeenmatrix in holten (lacunae), veelal groepsgewijs

kraakbeen: functies

1. steun aan de weke delen

2. glijvlak voor gewrichten waardoor botstukken tov elkaar soepel kunnen bewegen (soepel verloop van bewegingen in gewrichten)

3. essentiële rol bij lengtegroei van lange pijpbeenderen zowel voor als na geboorte (‘kraakbeenschijven’)

4. geeft vorm aan bepaalde lichaamsdelen (bv. oor, neus)

kraakbeen: karakteristieke verende stevigheid van kraakbeenmatrix berust op:

1. elektrostatische verbindingen tussen collagene fibrillen & glycosaminoglycaan-zijketens van matrix-proteoglycanen

2. vasthouden van water door negatief geladen glycosaminoglycaan-zijketens van centrale eiwit van proteoglycanen

3. buigbaarheid & verschuifbaarheid van collagene fibrillen onderling

kraakbeen: vezelig vs. elastisch kraakbeen

• vezelig kraakbeen

  • op plaatsen waar kraakbeen weerstand moet bieden aan hoge druk of grote trekkracht → gehalte aan collagene fibrillen groot

  • kraakbeen minder vervormbaar

• elastisch kraakbeen

  • waar kraakbeen vooral buigbaar & veerkrachtig is

  • moet minder trek of druk opvangen

  • bv. in het uitwendig oor

  • matrix bevat elastische vezels & minder collageen

kraakbeen: voordelen & nadelen

• voordelen:

  • beweeglijk

  • elastisch

  • kan veel druk/ kracht opvangen

  • sterk

• nadelen:

  • bevat geen/ weinig bloedvaten → nadeel bij beschadiging

    • moeilijk om te regeneren bij schade

kraakbeen: 3 vormen van kraakbeen

• hyalien kraakbeen

  • matrix bevat een ruimtelijk complex van hoofdzakelijk collageen type II fibrillen met een homogene tussenstof

• elastisch kraakbeen

  • matrix bevat naast collagene fibrillen (type II) ook elastische vezels

• vezelig kraakbeen (‘fibrocartilage)

  • matrix is rijk aan dikke collagene fibrillen type I

kraakbeen: hyalien kraakbeen

• meest voorkomende vorm van kraakbeen

• in verse toestand: blauwachtig wit & doorschijnend

• in het embryo:

  • hyalien kraakbeen vormt een tijdelijke skelet totdat het door bot wordt vervangen (osteogenese)

• bij volwassenen:

  • vooral in wand van ademhalingswegen (neus, larynx, trachea, bronchi)

  • aan ventrale uiteinden van de ribben

  • als gewrichtskraakbeen op gewrichtsoppervlakten

EXOSTOSE/ OSTEOCHONDROOM

• tumor van het kraakbeen

• centraal gedeelte van bot, daarrond kraakbeen

• tumor die ontstaat uit hyalien kraakbeen

CHONDROSARCOOM

• amputatie van grote kraakbeentumor

• kwaadaardige tumoren → meestal uit hyalien kraakbeen

overzicht: kraakbeen bij volwassenen

kraakbeen: hyalien kraakbeen → opgebouwd uit:

• cellen:

  • chondrocyten

  • chondroblasten

• homogene extracellulaire matrix:

  • type II collageen

  • hyaluronzuur

  • proteoglycanen

  • glycoproteïnen

• perichondrium (uitgezonderd op de gewrichtsoppervlakten & epiphysale platen)

hyalien kraakbeen: de kraakbeenmatrix

• proteoglycanen in kraakbeenmatrix vooral uit glycosaminoglycanen:

  • chondroïtine 4-sulfaat

  • chondroïtine 6-sulfaat

  • keratansulfaat

    → covalent gebonden aan centrale eiwitten (as-eiwitten)

• groot aantal van proteoglycanen zijn niet-covalent gebonden aan langgerekte moleculen van hyaluronzuur

  • °van proteoglycaan-aggregaten

• water gebonden aan (negatieve ladingen van de) glycosaminoglycanen (in de proteoglycanen): verantwoordelijk voor 60-80% van het verse gewicht van hyalien kraakbeen

  • functie van schokbreker

• zowel hyaluronzuur als proteoglycanen: histochemisch aantonen door metachromatisch kleuren met speciale basische kleurstof alciaanblauw

• in kraakbeenmatrix ook nog speciale glycoproteïnen (‘attachment proteins’)

  • bv. chondronectine → bevordert hechting van chondrocyten met extracellulaire matrix

hyalien kraakbeen: de chondroblast/ chondrocyt

• aan de buitenkant van een hyalien kraakbeenstuk:

  • vorm van jonge chondrocyten (chondroblasten) → afgeplat elliptisch met lange as parallel aan oppervlak

• verder naar binnen:

  • chondrocyten worden meer bolvormig & komen vaak in groepen te liggen van meestal niet meer dan 8 cellen

  • groepen cellen zijn via 1 of meer mitotische delingen afkomstig van eenzelfde chondroblast

    = isogene aggregaten (groepen)

• in het kraakbeen van de epifysaire schijf:

  • isogene groepen hebben de vorm van lange zuilen in de lengterichting van het beenstuk

• chondrocyten: verantwoordelijk voor synthese van glycosaminoglycanen & collageen type II

• chondrocyten hebben kenmerken van een eiwitsynthetiserende cel:

  • sterk ontwikkeld ruw ER & Golgi apparaat (elektronenmicroscopie)

• typische insluitsels in chondrocyten: glycogeenkorrels & vetdruppeltjes (elektronenmicroscopie)

hyalien kraakbeen: het perichondrium

• perichondrium

  = laag dicht bindweefsel, aan de buitenzijde van het hyaliene kraakbeen

• essentieel voor de groei & instandhouding van het kraakbeen

• perichondrium ontbreekt thv gewrichtsvlakken & epiphysale platen

• 2 zones:

  • buitenste (vaatrijke) zone

    • uit collageenvezels type I & fibroblasten

    • met bloedvaten (van waaruit kraakbeen wordt gevoed)

  • binnenste (meer celrijke) zone

    • bevat mesenchymale stamcellen die zich tot chondroblasten differentiëren

hyalien kraakbeen: histogenese (embryologie)

• kraakbeen ontstaat uit mesenchym (= uitgangsweefsel voor alle soorten kraakbeen)

• chondroblasten

  = cellen die door directe differentiatie uit mesenchymcellen ontstaan

  • naarmate er meer geproduceerde kraakbeenmatrix in omgeving wordt afgezet, verwijderen chondroblasten zich van elkaar → differentiatie naar chondrocyten

• differentiatie van kraakbeenstuk: van binnen naar buiten

• aan oppervlak grenzende mesenchym: ontwikkelt zich tot perichondrium

  • daarin: fibroblasten & chondroblasten

hyalien kraakbeen: chondrogenese → 2 processen van kraakbeen-groei

• interstitiële groei

  • reeds bestaande chondroblasten & chondrocyten vermenigvuldigen zich mitotisch

  → komt enkel voor in vroege stadia van kraakbeenvorming → volume van kraakbeen wordt door inwendige expansie vergroot

• appositionele groei

  • aan het oppervlak van kraakbeen gelegen perichondriumcellen differentiëren tot kraakbeencellen

  → uitwendige expansie, appositionele groei: naarmate matrix door vorming van dwarsverbindingen tussen matrixcomponenten stijver wordt, wordt interstitiële groei moeilijker: kraakbeen is dan voor zijn groei meer aangewezen door groei van buitenaf

→ interstitiële groei: belangrijk proces in epifysaire schijf bij lengtegroei van pijpbeenderen

kraakbeen: bevloeiing en voeding

• kraakbeen: avasculair & bevat ook geen lymfevaten/ zenuwen

  • trage stofwisseling

• gevoed vanuit vaten in omringende weefsels

  • in de matrix gevangen weefselvloeistof (water) functioneert als transportmedium → diffusie

• veranderingen in de matrix (bv. verkalkingen) → direct invloed op diffusie

  • kan aanleiding geven tot afsterven van chondrocyten

kraakbeen: degeneratieve veranderingen & afbraak, regeneratie & nieuwvorming

• kraakbeen is metabool weinig actief

• kraakbeen is weinig gevasculariseerd, afhankelijk van diffusie & van bloedvaten in weefsel rondomheen

• bij volwassenen: regeneratie alleen mogelijk door activiteit vanuit perichondrium (appositionele groei)

• geen perichondrium aanwezig thv gewrichtskraakbeen

→ bij volwassenen kan beschadigd kraakbeen maar moeilijk regeneren, & dan vaak onvolledig

• bv. vaak ontstaat hierbij echter slecht bindweefsel (bv. laesies van kraakbeenringen of menisci in het kniegewricht of laesies van gewrichtskraakbeen)

MEDISCHE TOEPASSING: OSTEOARTHROSE (osteoarthritis)

= gewrichtsslijtage, aandoening van het gehele gewricht (kraakbeen, bot, gewrichtsvloeistof)

• gewrichtskraakbeen gaat in kwaliteit achteruit, wordt dunner & zachter (degeneratie van kraakbeen)

  • leidt tot vervorming van bot net onder kraakbeen (subchondrale ossificatie)

  • vorming aan rand van het gewricht van zichtbare & voelbare knobbels (osteofyten)

• niet precies bekend wat de oorzaak van osteoarthrose is, wel bekend dat het gaat om samenspel van verschillende factoren

• factoren:

  • veroudering (degeneratie van kraakbeen)

  • geslacht (vrouwen > mannen)

  • overgewicht (meer belasting op grote gewrichten zoals heup & knie)

  • langdurige overbelasting (zwaar lichamelijk werk, gewrichten die veel worden gebruikt zoals handen, polsen, intensieve sporten die gewrichten belasten)

  • trauma (bv. botbreuk & beschadigde meniscus)

  • erfelijke aanleg

kraakbeen: elastisch kraakbeen

• elastisch kraakbeen gevonden in:

  • oorschelp

  • gedeelte van de wand van de buitenste gehoorgang

  • buis van Eustachius

  • epiglottis

  • sommige kraakbeenstukken van de larynx & van bronchusvertakkingen

• elastisch kraakbeen gelijk aan hyalien kraakbeen, met 1 verschil:

  • elastisch kraakbeen bezit naast collagene fibrillen ook een goed ontwikkeld netwerk van elastische vezels (& is dus meer flexibel dan hyalien kraakbeen)

• perichondrium → ook veel elastische vezels

• elastische vezels geven elastisch kraakbeen in verse toestand een gele tint

• degeneratieve afwijkingen: minder frequent in elastisch kraakbeen

kraakbeen: vezelig kraakbeen

= fibrocartilage

• tussenvorm van hyalien kraakbeen & dicht bindweefsel

• het komt voor in:

  • tussenwervelschijven

  • aanhechtingen van sommige ligamenten aan bot

  • symphysis pubis

• talrijke dikke collagene vezels type I

  • hierdoor kan kraakbeen aan grote trekkrachten (trekbelasting) weerstand bieden met behoud van draagvermogen (drukbelasting)

• chondrocyten → morfologisch overeenkomend met die in hyalien kraakbeen

  • liggen ook vaak in isogene groepen → MAAR: vorm van rijen achtereen gelegen cellen, parallel aan collagene vezels

• matrix: talrijke dikke collagene vezels van type I

  • lichtmicroscopisch goed waar te nemen

• matrix lijkt voor overige deel op die van hyalien kraakbeen

• vezelig kraakbeen → geen herkenbaar perichondrium

MEDISCHE TOEPASSING: osteochondroma (exostose)

• botverbinding dat overgaat in een kraakbeenletsel

MEDISCHE TOEPASSING: enchondroma

• goedaardige tumor

MEDISCHE TOEPASSING: chondrosarcoom

• femur

• in merg van het bot: kraakbeen → is normaal niet zo

• kraakbeen in de spier

samenvatting van de verschillende types van kraakbeen

botweefsel

• gespecialiseerd bindweefsel & steunweefsel dat trekvastheid van collageen combineert met drukbestendigheid van een door kalkzouten verharde matrix

• samenstelling botweefsel:

  • 60 (gewichts)% kalkzouten

  • 30% collageen

  • 10% water, cellen & vaten

• bot = een van hardste weefsels van menselijke lichaam

• coupes snijden is moeilijk → door grote hardheid van bot

  • moeilijk voor elektronen- of lichtmicroscopisch onderzoek

  • lukt alleen met speciale inbedding (plastic) & zeer harde messen

  • of ‘ontkalking’ van materiaal met zuren of calcium-chelerende stoffen (bv. EDTA)

botweefsel: functies

• botweefsel steunt weke delen

• botweefsel beschermt belangrijke organen (bv. in de schedelholte & thorax)

• botweefsel herbergt beenmerg → hierin worden bloedcellen gevormd

• beenderen vormen systeem van hefbomen → zetten krachten van spiercontracties om in bewegingen

• bot fungeert als enorme opslagplaats voor calcium voor lichaam

botweefsel: samenstelling

• bot- of beenmatrix

  = extracellulair materiaal dat verkalkt is

• typische cellen van botweefsel:

  • osteocyten

    • liggen in holten (lacunae) tussen botmatrix lagen (lamellae)

    • met fijne cytoplasmatische uitlopers in smalle canaliculi → breiden zich uit in de botmatrix

    => uitwisseling van stoffen tussen osteocyten & bloedcapillairen: via canaliculi (want door verkalkte botmatrix is geen diffusie mogelijk)

    • aan binnenkant botweefsel

  • osteoblasten

    • prolifererende cellen

    • vormen & secreteren organische componenten van botmatrix

    • aan buitenkant botweefsel

  • osteoclasten

    • grote meerkernige cellen

    • betrokken bij afbraak van verkalkte botmatrix & remodellering van bot

    • aan buitenkant botweefsel

• aan binnen- & buitenzijde: alle beenderen bekleed door bindweefsellaag:

  • binnenzijde: endost (endosteum)

  • buitenzijde: periost (periosteum)

de botmatrix → anorganisch materiaal

• ± 50% van droge gewicht van botmatrix → uit anorganisch materiaal

  • calcium & fosfaat overvloedig aanwezig

• calciumfosfaten: aantonen met histochemische Von Kossa kleuring

• in botmatrix: calciumfosfaten komen voor in kristalvorm = hydroxy-apatiet

• elektronenmicroscopisch:

  • hydroxy-apatietkristallen hebben de vorm van fijne naaldjes die in matrix een elektronendichte massa (zwarte structuren) vormen

de botmatrix → organische bestanddelen

• organische bestanddelen van botmatrix: voor ± 95% uit collageen (vnl. type I) & voor de rest uit amorfe tussenstof

  • amorfe tussenstof: voornamelijk glycoproteïnen (o.m. osteonectine) & aan eiwitten gebonden glycosaminoglycanen (proteoglycanen)

    • bij glycosaminoglycanen: chondroïtine 4- & 6-sulfaat en keratansulfaat

• nauwe binding tussen anorganische hydroxy-apatiet & organische collageen → zorgt voor hardheid & stevigheid van het bot

• in pathologie:

  • stoornissen in calcificatie → rachitis & osteomalacie

  • stoornissen in aanmaak van collageen → osteogenesis imperfecta

de botcellen

• osteoblast

• osteocyt

• osteoclast

de botcellen: osteoblast

(ontstaan uit osteoprogenitorcellen)

• synthetiseren organische bestanddelen van de botmatrix:

  • type 1-collageen

  • glycoproteïnen (osteonectine)

  • geringere hoeveelheid proteoglycanen

  = onverklakte matrix = osteoïd

• belangrijke rol bij calcificatie

• enkel in oppervlak van botstukken gevonden → in een aaneengesloten rij = osteoblastenzoom

• wanneer synthetische activiteit in osteoblasten is volbracht:

  • sommige osteoblasten differentiëren naar osteocyten

  • sommige osteoblasten worden kleiner & vlakken af tot grensvlakcellen (botrandcellen) → inactieve, rustende osteoblasten

  • meeste osteoblasten → gaan in apoptose

de botcellen: osteoblast → elektronenmicroscopisch & lichtmicroscopisch

• elektronenmicroscopisch:

  • sterk ontwikkeld ruw ER & uitgebreid Golgi-complex naast de kern

• lichtmicroscopisch:

  • Golgi-complex als een grote uitsparing in basofiele cytoplasma

    = negatief Golgi-beeld

  • blazige celkern met 1 of meerdere nucleoli ligt in het van de botrand afgekeerde gedeelte van het cellichaam dat soms iets uitpuilt

MEDISCHE TOEPASSING: osteogenesis imperfecta

= brittle bone disease = broze botteziekte

• groep van gerelateerde congenitale aandoeningen (6 verschillende types) waar collageen type I productie door osteoblasten verstoord is ten gevolge van genmutaties (hoeveelheid of samenstelling van type I collageen is afwijkend)

• defecten leiden tot afwijkingen gekenmerkt door:

  • enorme broosheid van beenderen

  • spontane fracturen van lange pijpbeenderen

  • skeletvergroeiingen (deformaties)

  • blauwe sclerae (thv de ogen)

  • doofheid

  • verstoorde tandontwikkeling (dentinogenesis imperfecta)

botweefsel: mineralisatie van botmatrix → calcificatie

• proces van matrix mineralisatie nog niet volledig begrepen → vermoedelijk belangrijke (centrale) rol van osteoblast

• glycoproteïnen (vooral vitamine K afhankelijke polypeptide osteocalcine → gesecreteerd door osteoblasten) binden Ca2+ ionen & concentreren dit mineraal locaal

• osteoblasten secreteren ook matrix vesikels rijk aan enzyme alkalische fosfatase die zorgen voor verhoogde fosfaat ionen

• in micro-omgeving met hoge concentratie van Ca & fosfaat ionen → matrix vesikels zullen plaats zijn waar hydroxy-apatiet kristallen gevormd zullen worden

MEDISCHE TOEPASSING: rachitis & osteomalacie

• tekort aan calcium → leidt tot mobilisatie van calcium uit botmatrix

  • bloedcalcium wordt binnen zekere waarden gehouden

• oorzaken van calciumgebrek: tekort aan vitamine D → stof die nodig is voor opname van calcium in dunne darm

• calciumgebrek bij kinderen: rachitis

  • ziekte waarbij botmatrix niet op normale manier verkalkt (pijpbeenderen bv. van onderste ledematen buigen dan krom wanneer ze belasting ondergaan van lichaamsgewicht & spiercontracties)

• calciumgebrek bij volwassenen: osteomalacie

  • afwijking die gekenmerkt wordt door onvolledige verkalking van reeds verkalkte matrix

    • verminderde hoeveelheid calcium per gewichtseenheid botmatrix

    • bot is zachter van consistentie

• kliniek: diffuse skeletpijn, fractuur, gangstoornissen, hypotonie, proximale spierzwakte

de botcellen: osteocyt

• cellen die zich in de lacunae van de verkalkte botmatrix bevinden

• hangen met elkaar & met oppervlak samen door uitlopers die in botmatrix uitgespaarde canaliculi zijn gelegen

  • via canaliculi: uitwisseling van ionen, kleine moleculen, voedingstoffen & zuurstof

• elektronenmicroscopie:

  • zeer weinig ontwikkeld ruw ER & Golgi-aparaat

  • chromatine in de kern: dichte structuur

• osteocyten → niet meer in staat tot mitotische deling

de botcellen: osteoclast

• grote, onregelmatig gevormde, meerkernige & beweeglijk cellen die niet delen

• gespecialiseerde cellen met als functie: afbraak van botmatrix

• liggen als langgerekte elementen tegen botrand, soms in uitholling die is ontstaan doordat ze botmatrix hebben weggevreten

  = lacune van Howship

• voorlopercellen van osteoclasten: direct afkomstig uit het beenmerg → gerekend tot mononucleaire fagocytensysteem

• vorming van osteoclasten: afhankelijk van parathyroid hormoon

  • hormoon stimuleert osteoblasten tot productie van macrophage-colony-stimulating factor (M-CSF) & receptor activator of nuclear factor -kappaB ligand (RANKL)

    • die 2 binden op osteoclasten en activeren deze

• osteoclasten hebben receptoren voor calcitonine = hormoon dat botafbraak remt

de botcellen: osteoclast → lichtmicroscopisch

• groot tot zeer groot

• meerdere kernen (3-30 of meer) met prominente nucleoli & acidofiel cytoplasma

→ meerkernigheid komt door fusie van eenkernige voorlopercellen van osteoclasten

de botcellen: osteoclast → elektronenmicroscopie

• goed ontwikkeld RER, talrijke mitochondriën & goed ontwikkeld Golgi-complex

• celoppervlak dat naar bot is gericht toont reeks dicht opeenliggende uitstulpingen = ruffled border (plooirand)

  = gebied waar afbraakproces wordt bewerkstelligd in een extracellulaire ruimte die tov botrand rondom wordt afgeschermd door randzone van cytoplasma van osteoclast

MEDISCH TOEPASSING: osteopetrosis

= marmerbeenziekte = marble bone disease

• zeldzame congenitale ziekte die excessieve botvorming tot gevolg heeft met overgroei & verdikking van het bot (wordt denser & zwaarder)

• mutaties in genen die verantwoordelijk zijn voor ondermeer goed functioneren van osteoclasten

• skeletdeformaties (wervelkolom, schedelbeenderen), groeistoornissen, fracturen (niettegenstaande het bot dikker & denser is, is het juist brozer van consistentie), vernauwing van beenmergruimten (verminderde bloedcelvorming met o.a. anemie & verminderde witte bloedcellen, cave verminderde weerstand tegen infectie), blindheid, doofheid, faciale paralyse (tgv druk van bot op zenuwstructuren)

periosteum & endosteum

• belangrijkse functies:

  • voeding van bot

  • leveren van osteoblasten die voor groei & herstel (remodelatie) van botweefsel nodig zijn

• periost is afwezig thv gewrichtsvlakken

• periosteum = een laag straf bindweefsel

  • buitenste zeer vezelige, dense (fibreuze) & vaatrijke periostlaag:

    • type I collageen, fibroblasten, bloedvaten, lymfevaten & zenuwen

  • binnenste (osteogene) periostlaag:

    • veel celrijker met mesenchymale cellen (osteoprogenitorcellen) & osteoblasten

• perforerende vezels/ vezels van Sharpey

  = van buiten komende vezels, die via periost het bot binnendringen & daardoor het periost aan bot hechten

• endosteum: veel dunner dan periosteum & heeft niet de 2 lagen die bij periosteum meestal zo duidelijk te onderscheiden zijn

• in bindweefsel van periosteum & endosteum → veel bloedvaten die in bot dringen via speciale kanalen

  = verbindingskanalen/ kanalen van Volkmann

botweefsel: soorten botweefsel

• compact (corticaal) bot

  • 80% van totale botmassa

  • dens aangesloten gebied zonder zichtbare holten, aan oppervlakte van het bot

• spongieus (trabeculair) bot

  • 20% van totale botmassa

  • meer dieper gelegen gebied met in elkaar overgaande holten waartussen een complex netwerk van vertakt samenhangende botbalkjes is uitgespannen

compact (corticaal) bot

spongieus (trabeculair) bot

botweefsel: type botten

• lange pijpbeenderen

• korte beenderen

• platte beenderen

lange pijpbeenderen

(bv. femur, tibia, humerus)

• uiteinden (epifyse/ epiphysis): opgebouwd uit trabeculair bot met daar overheen een dun laagje corticaal bot

• cylindrische middenstuk (diafyse/ diaphysis): vrijwel alleen uit corticaal bot met soms binnenin een beetje trabeculair bot rond beenmerg

• holten van trabeculaire bot & mergholte in diafyse bevatten beenmerg in 2 soorten:

  • rood beenmerg

    • vorming van bloedcellen

  • geel beenmerg

    • in hoofdzaak uit vetcellen

korte beenderen

(bv. beenderen van de hand, voet)

• meestal: centrum van trabeculair bot dat aan alle zijden is omgeven door corticaal bot

platte beenderen

(schedelbot, kaakbeenderen, schouderblad, rib/ borstbeen, bekken)

• aan binnen- & buitenzijde een laag corticaal bot met daartussen een laag trabeculair bot (diploë)

botweefsel: histologisch 2 types van botorganisatie

• matuur lamellair bot

• geweven (‘woven’) bot

lamellair bot

= secundair bot

• normale type bot bij volwassenen

• collagene type I fibrillen die parallel gerangschikt zijn in dunne lagen (met dikte van 3-7µm) = lamellen

• amandelvormige osteocyten in hun lacunes → liggen verspreid tussen lamellen, soms ook binnen een lamel

• verloop van collagene vezels in lamellen: schroefvormig

  • vezelrichtingen maken in achtereen volgende lagen een (niet-constante) hoek met elkaar, zoals met polarisatie-microscoop kan worden aangetoond (typische breking in polarisatie-microscoop)

geweven bot

• 1e type van botorganisatie in embryologische ontwikkeling, bij botnieuwvorming & botreparatieprocessen (bv. na fractuur)

  = immatuur bot

• geweven bot is in volwassenen tijdelijk (‘primair bot’) & wordt in principe vervangen door secundair (lamellair) bot

• gekenmerkt door at random organisatie van type I collageen (vezelig bot)

• lager mineraalgehalte & meer en grotere osteocyten dan in lamellair bot

• geweven bot: snel gevormd maar is onregelmatig van structuur & heeft geringere draagkracht (inferieur aan lamellair bot)

botweefsel: osteon/ systeem van Havers

→ best ontwikkeld in corticaal/ compact bot

• lage, vaak gevorkte cilinder met lange as evenwijdig met lengte-as van diafyse

• uit centraal kanaal (osteonkanaal/ kanaal van Havers)

  • daarrond: afhankelijk van bestaansduur van systeem, 4-20 lamellen

• tussen opeenvolgende lamellen: lacunen met hierin een osteocyt, onderling met elkaar verbonden door canaliculi

• osteonkanalen zijn met elkaar, met mergholte & met periost verbonden door verbindingskanalen/ kanalen van Volkmann

osteon/ systeem van Havers → afbeelding

corticaal bot

• systeem van Havers: elementaire bouweenheid van corticale (compacte) bot

  • kleine systemen van Havers kunnen ook op andere plaatsen dan het corticale bot voorkomen → bv. in dikkere balkjes van het trabeculair bot

• systemen van Havers → bij de mens duidelijkst ontwikkeld in diafyse van lange pijpbeenderen

• aan periosteale & endostale zijden:

  • andere lamellensystemen evenwijdig aan botoppervlak → buitenste & binnenste circumferentiële lamellen

• tussen osteonen liggende min of meer driehoekige tot veelhoekige gebieden = interstitiële lamellen

  • zijn de resten van afgebroken osteonen

trabeculair (spongieus) bot

• complexe samenhangende botbalkjes worden door bloedvaten omringd

  • botbalkjes (diameter tot 0,2mm) → door diffusie gevoed

  • structuur van botbalkjes: uit parallele lamellen die overeenkomsten tonen met circumferentiële lamellen in corticale bot

  • bij dikkere botbalkjes → systemen van Havers met bloedvaten

• trabeculair (spongieus) bot neemt slechts 1/5 van totale skeletvolume in beslag, maar vormt toch meer dan de helft van het totale botoppervlak