Solubiologia ja peruskudokset/ Biolääketieteen laitos/ Anatomia IHO HEIKKI HERVONEN

Transkriptio

1 Solubiologia ja peruskudokset/ Biolääketieteen laitos/ Anatomia IHO HEIKKI HERVONEN

2 Luku 1 IHO Ross ja Romrell: Histology-kirja käyttää ihosta hämäävästi nimitystä integumentary system eikä skin plus appendices. Ehkä siksi, että näin saadaan karvat ja kynnet muitta mutkitta asiaan mukaan. Integument tarkoittaa biologiassa yleisterminä eliön, organismin luonnollista pintaa, kuten simpukan tai puun kuori. Latinan integumentum tarkoittaa peittoa. Englannin kielessä se voi tarkoittaa materiaalia tai kerrosta, joka paittää, vaatettaa tai päällystää jotakin Lähde: Wikipedia Integumenttiin verhoutuneita ihmisiä

3 OSIO 1 Iho (integumentary system) IHO Ihon rakenne Epidermiksen (orvaskesi) rakenne ja solut Keratinisaatio (sarveistuminen) Dermis (verinahka) Iho on elimistön suurin elin. Se painaa yli 4 kg ja sen pinta-ala on noin 1,5-2 neliömetriä. Iho koostuu pintaa verhoavasta kerrostuneesta, keratinisoituneesta levyepiteelistä, epidemiksestä (orvaskesi) ja sen alaisesta sidekudoksesta, dermiksestä (verinahka). Monesti tyvisolukerros karvatuppi Ihon rakenne epidermis d e r m i s subcutis/hypodermis fokaalikontakti tyvikalvo talirauhanen pullistuma hikirauhanen adherens -liitos desmo somi marraskesi jyvässolukerros okasolukerros tyvikalvo hemidesmosomi ihoon luetaan myös sen alainen rasvakerros, subkutis. Ihon lisäkkeitä ovat hikirauhaset, talirauhaset, kynnet ja hiukset ja maitorauhanen. Ihon toimintoja: 1. iho suojaa fysikaalisilta vaurioilta, bakteerien ja muiden mikro-organismien invaasiolta, kuivumiselta ja kulumiselta, 2. lämmönsäätely, 3. aistitehtävät (kosketus, lämpötila ja kipu), 4. eritystehtävä hiki- ja talirauhasista, 5. suoja ultraviolettisäteilyä 2

4 vastaan, 6. toimii immunologisena elimenä, 7. D-vitamiinin metabolia, 8. aineiden imeytyminen Epidermis Epidermis on keratinisoitunutta kerrostunutta levyepiteeliä. Epidermis vaihtelee runsaasti paksuudeltaan: ohut ja paksu iho. Epidermiksessä on neljä pääsolupopulaatiota: keratinosyytit, melanosyytit, Langerhansin solut ja Merkelin solut. Keratinosyyttejä on huomattavasti enemmän kuin muita soluja. Tyvisolukerroksessa (stratum basale) soolut ovat kuutiomaisia ja jakautumiskykyisiä. Tämä kerros tuottaa uudet solut, jotka lähtevät erilaistumaan keratinosyyttilinjaa eteenpäin ja joutuvat samalla seuraavaan kerrokseen. Tyvisolukerroksen varsinaiset kantasolut on vastikään paikallistettu: ne löytyvät karvatupen yläosan pullistumasta. 1. Tyvisolukerroksesta solut joutuvat erilaistuessaan okasolukerrokseen (stratum spinosum) (Katso oheinen kaavakuva!). Nimi tulee siitä, että valomikroskooppivalmisteessa solut näyttävät piikikkäiltä (oka, spina). Piikkien kohdalla naapurisolut kiinnittyvät toisiinsa desmosomilla kun solu näytettä valmistettaessa kutistuu, jäävät desmosomikohdat koholle piikit ovat siis artefaktaa. 2. Okasolukerroksessa keratinosyyttien sytoplasmaan kertyy erityisen runsaasti sytokeratiini-rihmoja, tonofilamentteja ja ne kimppuuntuvat valomikroskoopilla nähtäviksi säikeiksi asti, tonofibrillit (säikeet). Keratinosyytin erilaistuminen 3. Solun kypsymisen jatkuessa sen rakenne muuttuu ja sen asema siirtyy seuraavaan kerrokseen, jyväissolukerrokseen (stratum granulosumiin). Nyt solun sytoplasmassa näkyy suuri määrä keratohyaliinijyväisiä ja lamellaarisia kappaleita tonofilamenttikimppujen lisäksi. 4. Seuraavaan kerrokseen, marrasketeen, stratum corneumiin siirtyessään solun Kuva kirjasta Ross et Pawlina: Histology. LWW jyväisissä ja välikokoisissa säikeissä tapahtuu dramaattisia muutoksia keratinisaatio ja seuraa ohjelmoitu solukuolema. 3

5 Jyvässolukerroksen uloimmissa solussa tapahtuva keratinisaatio-prosessi käsittää useita yhtaikaisia tapahtumia. Epidermiksen muut solut Melanosyyttien soluruumiit sijaitsevat tyvisolukerroksessa. Valomikroskooppivalmisteessa ne erottuvat keratinosyyteistä kirkassytoplasmisina (clear) soluina. Ne ovat isoja haarakkaita soluja, joiden ulokkeet sijaitsevat stratum spinosumissa. Melanosyytit valmistavat tummaa pigmenttiä sisältäviä melanosomeja, jotka kulkeutuvat solu-ulokkeiden päihin. Keratinosyytit fagosytoivat ulokkeiden kärjet ja saavat siten sytoplasmaansa pigmenttijyväsiä. Tällaista eritysprosessia kutsutaan sytokriiniseksi eritykseksi. Keratinisaatiossa keratohyaliinijyvästen sisältö (mm. filaggriini ja tricohyaliini) vapautuu solun sytoplasmaan ja liittyy tonofilametteihin, jolloin muodostuu filamettikimppuja, tonofibrillejä Keratinisaation viimeinen vaihe (fibrilli=syy). Samaan aikaan muodostuu solukalvon sisäpuolelle solukuori (cell envelope) isoista proteiineista (mm. involucriini ja loricriini). Tonofibrillit hautautuvat ja kiinnittyvät osin näihin. Melanosyyttien määrä on käytännössä sama valko- ja tummaihoisilla. Melanosomien/ melaniinin muodostumis/ hajoamisnopeus Epidermiksen solutyyppejä määrää sen miten tumma/vaalea iho on. Langerhansin soluja kutsutaan myös dendriittisiksi soluiksi. Solut toimivat antigeenejä esittelevinä soluina immuunijärjestelkuva kirjasta Ross et Pawlina: Histology. LWW 2011 mässä. Langerhansin solut päivystävät epidermiksen pinta-osissa vieraita antigeeneja. Tavattuaan sellaisen solu lähtee liikkeelle, poistuu epiteelistä, lävistää tyvikalvon, kulkeutuu sidekudoksessa imusuoneen ja sitä tietä Samassa prosessissa edelleen, solut Kuva kirjasta Ross et Pawlina: Histology. LWW erittävät soluvälitilaan lipidiainesta lamellaarikappaleista. Tämä muodostaa oman osansa epidermiksen vesiesteestä (lipid envelope). 4

6 imusolmukkeeseen, jossa esittelee löytämäänsä antigeenia Tja B-lymfosyyteille aloittaen näin immuunivasteen. Langerhansin solun sytoplasmassa on tälle solulle tyypillisiä Birbeck in jyväsiä, joiden funktio tuntematon. Dermis (ihon sidekudos, verinahka) Dermiksessä on erotettavissa pinnallinen, papillaarinen kerros, jossa on runsaasti löyhää sidekudosta (ks. tarkemmin sidekudosluento) ja syvempi tiiviimmästä sidekudoksesta koostuva retikulaarinen kerros. Papillaarikerroksessa on löyhän solurikkaan sidekudoksen lisäksi runsaasti verisuonia ja hermorakenteita. Merkelin solut sijaitsevat tyvisolukerroksessa ja usein läheisyydessä nähdään myelinoimaton sensorinen hermo. Solut toimivat mekanoreseptoreina. Nämäkin näkyvät valomikroskooppivalmisteessa kirkkaina soluina. Kuva kirjasta Ross et Pawlina: Histology. LWW 2011 Elektronimikroskoopilla sytoplasmassa näkyy tiivisjyväisiä rakkuloita. Ne sisältävät hermovälittäjäaineita. Elektronimikroskooppikuva Merkelin solusta Oheisesta kuvasta käy ilmi, miten valo- mikroskooppitasolla papillaarisen Galleria 1.1 Lorem Ipsum dolor amet, kerroksen (PL) vaaleat dermal papillat consectetur lomittuvat epidermiksen tyven tummien poimujen (epidermal ridges) kanssa, muodostaen laajan kontaktipinnan. Sormenjäljet taas ovat korkeampia, makroskooppisen tasoisia ja laajempia dermiksen poimuja, jotka heijastuvat epidermiksen pintaan asti. Kuva kirjasta Ross et Pawlina: Histology. LWW Retikulaarisessa dermiksessä (RL) (varsinainen nahka)

7 nähdään tiivistä järjestäytymätöntä sidekudosta, joka koostuu enimmäkseen tyyppi I kollageenia säikeinä, mutta sisältää myös elastisia säikeitä (ks. tarkemmin sidekudosluento). Hikirauhaset, talirauhaset ja karvafollikkelit sijaitsevat dermiksessä tai hypodermiksessä, jonne ne sikiökautisen kehityksen aikana syntyvät epidermiksen ulokkeina. Ihon rauhaset Ekkriiniset hikirauhaset (erite vapautuu eksosytosilla eriterakkulasta) toimivat erityisesti lämmönsäätelyssä. Ne voivat erittää jopa 10 litraa/vrk. Ne ovat yksinkertaisia kierteisiä putkimaisia rauhasia, jotka sijaitseva syvällä dermiksessä tai hypodermiksessä (subcutis) asti. Rauhastiehyt nousee ihon pinnalle asti epidermikseen asti itsenäisenä, epidermiksessä keratinosyyttien rajaamana. Rauhasosan erite on lähinnä seerumin ultrafiltraattia, josta tiehytosassa poistetaan osa suoloista. Lopputuloksena on hypotooninen, niukkaproteiininen neste, jossa on jonkunverran ureaa, virtsahappoa ja ammonium ioneja. Hiki toimii siis myös eritystienä. Ekkriinisiä hikirauhasia stimuloivat sympaattisen hermoston kolinergiset (sic!) postganglionaariset säikeet. Apokriinisiä hikirauhasia esiintyy vain kainaloissa, nännin ja nännipihan alueella, ulkoisissa sukuelimissä ja anaalialueella. Rauhastiehyt avautuvat karvatuppeen. Rauhasputket ovat pitkiä (<3 mm) ja syvällä dermiksessä tai sen alla. Epiteelisolut kuutiomaisia tai matalia lieriöitä. Nimestään huolimatta nämä rauhaset erittävät merokriinisesti* (eksotytoosilla). Rauhanen varastoi poikkeuksellisesti eritettään laajojen rauhasrakenteiden sisällä. Stimuluksen saatuaan niitä ympäröivät myoepiteliaalisolut pusertavat eritettä eteenpäin ja ihon pinnalle. Apokriinisiä hikirauhasten eritystä stimuloivat sympaattisen hermoston adrenergiset säikeet. Rauhaseritteessä on mm. feromoneja, jotka tuntuvat hajuttomilta, mutta vaikuttavat ihmisenkin käyttäytymiseen. Epämiellyttävä haju syntyy vasta bakteerien metabolian tuotteena. *Apokriininen tarkoittaa, että eritys ei ole eksosytoottista vaan erite kuroutuu solukalvon ympäröimäksi rakkulaksi. Talirauhasia (sebaceous glands, erite= sebum) esiintyy kaikilla karvaisilla alueilla. Talirauhanen muodostuu karvatupen epiteelin erilaistumana sen viereen. Karvatuppi toimii samalla rauhasen erityskanavana. Erite on öljymäistä. Kun solu täyttyy eritteestä, se joutuu apoptoosiin, jolloin solu hajoaa ja sen osat poistuvat eritteen mukana karvatupen kautta ihon pinnalle. Eritystapa, jossa koko solu eritetään on holokriininen. 6

8 Epidermiksen kiinnittyminen dermikseen Epidermiksen tyvikalvon samoin kuin monien muidenkin epiteelisolujen ja tyvikalvon välille rakentuu levymäinen kiinnittymiskompleksi, hemi- eli puolidesmosomi. Elektronimikroskooppikuvassa epiteelisolujen keratiinisäikeiden nähdään kiinnittyvän hemidesmosomiin samalla tavoin hiuspinnimäisesti kuin varsinaisiin solu-solukiinnittymistä välittäviin desmosomeihin. Keratiinisäikeiden merkitys ihon kiinnittymisessä tulee esiin siinä, että yhden keratiiniproteiinin muutos aiheuttaa ihmisen epidermolysis bullosa simplex-rakkulasairauden kaltaisen tilan. Tässä sairaudessa ihon kerrostuneen epiteelin tyvisolut hajoavat ja tämän vuoksi epidermis irtoaa alla olevasta kudoksesta. Hemidesmosomeissa on useita toiminnallisesti tärkeitä proteiineja: Integriiniheterodimeeri, bullous pemphigoidiproteiinit BP230 ja BP 180 ja plektiini. Hemidesmosomit kiinnittyvät laminiini-5:een integriinin välityksellä (ankkurifilamentit/rihmat). Tyvikalvokompleksi kiinnitetään ympäröivään sidekudokseen tyyppi VII kollageenin ja fibrilliinin muodostamien ankkurifibrillien/säikeiden avulla. Mutaatio missä tahansa tämän kiinnittymiskompleksin osassa johtaa ihon rakkulasairauteen. Täydellisenä hemidesmosomi-laminiini-5-ankkurisäiekompleksi esiintyy vain kerrostuneissa levyepiteeleissä, bronkuksen valekerrostuneessa epiteelissä ja esim. amnionkalvon epiteelissä. Hemidesmosomeja ei tavata useimmilla muilla epiteeleillä mukaan lukien hengityselinten ääreisosat, ruuansulatuskanava mahalaukun mukoosasta eteenpäin jne. Useimmissa näissäkin voidaan kuitenkin todeta tyyppi VII kollageenin muodostamat ankkurisäikeet tyvikalvoa kiinnittävänä tekijänä. Tämän vuoksi useimmissa rakkulasairauksissa muut kuin ihon muutokset ovat varsin vähäisiä. Epiteelien jatkuva uusiutuminen Epiteelien (ja muidenkin kudosten) uusiutumisessa on tärkeää kantasolun käsite. Suolen epiteelissä kantasolut ovat multipotentteja, pystyvät lisääntymään ja muuntumaan kaikiksi suolen epiteelin solutyypeiksi. Suolessa kantasolut sijaitsevat hyvin rajatulla alueella suolirauhasen (Lieberkühnin) kryptassa. 7

9 Epidermiksen basaalikerroksen solut ovat kantasoluja, mutta ne pystyvät tuottamaan lähinnä vain yllään olevan solujoukon. Tyvisolukerroksen varsinaiset kantasolut on vastikään paikallistettu: ne löytyvät karvatupen yläosan pullistumasta. Sieltä ne pystyvät liikkumaan pinnalle (basaalikerrokseen) ja edelleen lateraalisesti ja osallistumaan esim. haavan paranemiseen. Karvatupettomalla alueella vaurio paranee huonommin. - Ihon hilsetystaudissa l. psoriasiksessa keratinosyytit lisääntyvät tavallista nopeammin ja tulevat paksuuntuneen ihon pinnalle epäkypsinä. Sairauden oireina ovat mm. tarkkarajaiset läiskät, joissa on punoittavan pohjan päällä hopeanharmaa hilse. Haavan paraneminen 1. Tyvikalvo on tuhoutunut ja haava ulottuu syvemmälle. Verihyytymässä ja kudoksen soluväliaineessa (ECM)on fibriiniä, kollageenia, fibronektiiniä ja tenaskiinia. 2. Solut tunnistavat ECM:a sitä vastaavin reseptorein: α2β1-integr.(kollageeni) ja α5β1-integr. (fibronektiini) ja etenevät tätä tilapäistä soluväliainetta pitkin. 3. Etummaisten solujen perässä tulevat solut tekevät soluväliaineeksi prosessoimatonta laminiini-5:ttä ja solut liikkuvat sitä pitkin α3β1-integriinin avulla. 4. Näiden takana tulevat solut tuottavat prosessoitua laminiini-5:ttä ja tunnistavat sitä integriini α6β4:llä (hemidesmosomi). Tämä johtaa liikkeen pysähtymiseen ja stabiloitumiseen. Samaan aikaan dermiksen sidekudosvaurio paranee tulehduksen ja granulaatiokudoksen muodostuksen kautta. (ks. tark. sidekudos) tyvisolujen liike Rubin and Farber: Pathology. 3rd edition, 1999 Lippincott-Raven Epiteelihaavan (-vaurion) paraneminen Useat epiteelit ovat hyvin uusiutumiskykyisiä. Esim. maksa regeneroituu eli uusiutuu rotalla täysin, vaikka 2/3 maksasta on poistettu. Ohutsuolessa pienet yksikerroksisen epiteelin vauriot korjautuvat lyhyessä ajassa soluliikkeen ja venymisen kautta (restituutio). 8