Bouwen met bindweefsel

11
Bouwen met bindweefsel
2.1Componenten van bindweefsel – 12
2.1.1Embryonale ontwikkeling – 13
2.2De bindweefselvormende cel: de fibroblast – 14
2.2.1Groei- en herstelprocessen – 16
2.2.2Celskelet – 17
2.2.3Celbeweging – 19
2.2.4Lokale prikkels voor aanmaak van bindweefsel – 21
2.3Synthese van bindweefselmoleculen – 23
2.3.1Aanmaak van collagene vezels – 23
2.3.2Elastine, de vervormbare bindweefselvezel – 30
2.3.3Proteoglycanen – 31
2.3.4Glycoproteïnen – 35
2.3.5De basale lamina – 36
2.4Water – 37
2.4.1Oedeem – 39
2.5Diabetes mellitus en bindweefselveranderingen – 42
2.6Belasting en belastbaarheid – 43
2.6.1Zenuwstelsel – 44
2.7Cortisol, corticosteroïden en hun invloed
op bindweefsel – 46
2.8Metaforen als hulpmiddel bij patiëntvoorlichting – 47
2.8.1De emmermetafoor – 48
2.8.2De gazonmetafoor – 49
J.J. de Morree, Dynamiek van het menselijk bindweefsel,
DOI 10.1007/978-90-368-0453-0_2, © 2014 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media BV
2
12
Hoofdstuk 2 • Bouwen met bindweefsel
Inleiding
2
Hoewel verschillende bindweefsels een sterk
uiteenlopende bouw hebben om hun functie
uit te oefenen, is het grondplan van al deze
weefsels in principe gelijk. De fibroblast, dé
bindweefselvormende cel in het lichaam,
maakt bindweefselvezels en grondsubstantie
om weefsel bestand te maken tegen mechanische krachten. De fysiologen Bernard en Virchow hebben het bouwplan van het lichaam
beschreven als een grote vloeistofruimte die
gevuld is met cellen. Voor het begrip van de
voeding en afvalverwerking van cellen is dat
een helder beeld. Voor het inwerkende fysieke
krachtenspel moet dit beeld van een vloeistofbad echter worden aangevuld met stevige
bindende en krachtengeleidende elementen.
In het lichaam is er ruimte tussen de weefselcellen om voedingsstoffen, signaalstoffen
en afvalstoffen te kunnen transporteren. Die
ruimte is gevuld met extracellulaire matrix
in een waterig milieu. De matrix verbindt en
scheidt de cellen. Collageenvezels, elastinevezels en proteoglycanen zijn een paar van de
vele door fibroblasten gemaakte bouwstenen
in die ruimte (. figuur 2.1). Fibroblasten zijn
voortdurend met deze synthese- en omvormingsprocessen bezig. Vanaf de embryonale
fase tot aan volwassenheid, en zelfs tot op
hoge leeftijd, zijn fibroblasten actief met
bindweefselvorming, met bouwen en aanpassen aan de belasting en met het uitvoeren
van reparaties. Om weefsel te versterken of te
herstellen na een verwonding moeten fibroblasten zich ook kunnen delen en verplaatsen.
Hun celinwendige - met een celskelet en een
contractiemechanisme van eiwitten - maakt
‘kruipen’ door weefsel mogelijk.
Na een weefselbeschadiging zijn fibroblasten intensief bij het herstel betrokken.
Een ingenieus ontstekingsproces activeert
ze, waarna ze zich vermenigvuldigen en het
wondgebied omvormen tot een functioneel
littekenweefsel (7 par. 4.3). Ze doen dit het
best wanneer het beschadigde weefsel tijdens
het genezingsproces zo goed mogelijk wordt
gebruikt voor de dagelijkse handelingen. Het
zich vormende littekenweefsel kan zich dan
optimaal ontwikkelen. Als een arm na een
polsblessure met beschadiging van banden en
spieren wekenlang wordt stilgehouden, blijkt
dat er een aanzienlijke bewegingsbeperking
is opgetreden. Dit kan worden voorkomen
door al tijdens het herstel vroegtijdig te mobiliseren. De lokale mechanische prikkels geven
de fibroblasten zinvolle informatie om herstel
functioneel te laten verlopen. Fibroblasten
zijn daardoor op de hoogte van de eisen waaraan het te repareren weefsel moet voldoen.
Invloeden van elders uit het lichaam, zoals
hormonen, voeding en de fysieke en psychische gesteldheid, dragen eveneens aan het
weefselherstel bij.
2.1Componenten van bindweefsel
Zoals in 7 hoofdstuk 1 is beschreven, is bindweefsel
te karakteriseren als een hoeveelheid in gel gerangschikte vezels en de cellen die voor de productie
zorgen. De algemene termen voor de structurerende substantie zijn bindweefselmatrix en extracellulaire matrix (ECM).
In werkelijkheid is de organisatie aanzienlijk
ingewikkelder dan vezels en gel. Bindweefsel is
een heel universum van met elkaar vervlochten en
communicerende macromoleculen in de extracellulaire ruimte. De matrix heeft ook een actieve en
complexe rol bij het reguleren van het gedrag van
de cellen die erin ingebed zijn. Zij beïnvloedt hun
vorm, ontwikkeling, overleving, verplaatsing, celdeling en functie. Dacht men vroeger dat de bindweefselvormende cellen de structuur bepalen, uit
de lawine van recent onderzoek blijkt overduidelijk
dat signaalstoffen en allerlei aan de matrix gekoppelde weefselfactoren zelf ook fibroblasten dwingen
tot selectieve actie. Toch is het zinvol de algemene
opbouw van bindweefsel te bekijken voordat in de
volgende hoofdstukken de karakteristieke eigenschappen van de diverse bindweefseltypen aan de
orde komen.
2.1 • Componenten van bindweefsel
13
2
. Figuur 2.1 Collagene vezels zijn opgebouwd uit een groot aantal dunne, collagene fibrillen. In deze elektronenmicroscopische opname van de dermis is dit duidelijk waar te nemen.
2.1.1Embryonale ontwikkeling
Alle volgroeide bindweefsels zijn in de embryonale
fase uit hetzelfde type cel ontstaan (7 intermezzo 1.1). Uiteindelijk ontwikkelen alle weefsels zich in
eerste instantie zelfs uit één bevruchte eicel. Door
miljarden delingen, differentiatie en specialisatie
levert dit proces uiteindelijk een perfect functionerend organisme op. Al heel vroeg in de embryonale
ontwikkeling vormen het skelet en het spierstelsel
zich vanuit het mesoderm. Maar ook het bindweefsel van de huid en het bloedvatenstelsel met de rode
bloedcellen en de cellen van het immuunsysteem
hebben hier hun oorsprong.
Het embryonale mesoderm is een los georganiseerd weefsel waarin de cellen in een gel ingebed zijn. Het is voor een snelgroeiend embryo niet
bepaald zinvol alle weefsels stevig te structureren,
aangezien snelgroeiende weefsels steeds weer die-
nen te worden omgevormd en aangepast. Daarbij
zweeft het embryo bijna gewichtloos in het vruchtwater, beschermd tegen mechanische krachten die
van buitenaf inwerken. Elke stabiliserende en stevige vezelstructuur zou al na een paar dagen door
het verder groeien van het embryo op een niet
langer functionele plaats liggen en het zou extra
energie vergen om het stevige materiaal weer gedeeltelijk te verwijderen. Het mesodermale weefsel kan daarom volstaan met het organiseren van
het water van het interne milieu. Het doet dit door
een grote hoeveelheid moleculen aan de intercellulaire ruimte af te geven, die het water tot de al
eerder genoemde gel omvormen. Deze organische
moleculen bestaan uit een centrale eiwitketen met
daarop geplaatste suikerketens. Die moleculen heten proteoglycanen en glycoproteïnen − voor het
gemak wordt hierna voornamelijk over proteoglycanen gesproken.
14
2
Hoofdstuk 2 • Bouwen met bindweefsel
Proteoglycanen zijn snel te produceren en hun
levensduur is kort, waardoor de aanpassing van de
ruimte om de cellen heen snel kan plaatsvinden. De
gel zorgt ervoor dat de cellen in het interne milieu
wel een relatief stabiele plaats hebben, maar in hun
delingsactiviteit niet worden belemmerd. Wordt
het embryo een foetus en verandert de explosieve
groei uiteindelijk in een meer specialiserende groei,
dan moeten steeds meer bindweefselvezels worden
aangelegd. Door de toenemende grootte en de bewegingen van de foetus is er behoefte aan steunend
en bindend weefsel tussen en in spieren en organen.
Een foetus maakt al vanaf de achtste week na de
conceptie bewegingen met het hoofd, de armen en
benen doordat het groeiende zenuwstelsel contact
heeft gemaakt met spierweefsel. Op dat moment
gaan krachten meespelen en al vóór dat moment
moeten er naast proteoglycanen ook bindweefselvezels aangelegd zijn om cellen en weefsels bij elkaar
te houden en krachten op te vangen. De diverse
typen collagene vezels en elastinevezels bepalen samen met de proteoglycanen de kwaliteit.
Bewegingen zijn nodig voor een optimale
foetale ontwikkeling. Ze zorgen ervoor dat onder
andere de vorm van de gewrichten functioneel
wordt aangepast aan de bewegingsmogelijkheden.
Proeven met kippen hebben aangetoond dat, als
de spieren van embryo’s door middel van curare (=
gif) worden verlamd, er vanwege het daaruit voortvloeiende gebrek aan beweging geen op elkaar afgestemde gewrichtsvlakken ontstaan.
Een organisme kan alleen goed functionerend
weefsel maken als die functie er al in een zeer vroeg
stadium van wordt gevraagd. Deze natuurwet is
van kracht tijdens de gehele levensduur. Wordt een
weefsel sterker belast, dan wordt de weerstand tegen vervorming bijgesteld door meer bindweefselvezels aan te leggen, en wel zo dat de nieuwe vezels
die de krachten dienen op te vangen, ook liggen in
de richting van bijvoorbeeld de opgedrongen rek
(adaptatie).
Als aan een weefsel geen functionele eisen meer
worden gesteld, begint het lichaam de blijkbaar ontstane overcapaciteit aan materiaal af te breken om
het op een andere plaats opnieuw te gebruiken. Bekende voorbeelden van dit proces zijn de verschijnselen van spieratrofie en geleidelijke botafbraak die
bij bedlegerigheid al na een week aantoonbaar zijn.
capillair
collagene
fibrillen
gladde
spiercel
fibroblast
. Figuur 2.2 Bloedcapillair met een fibroblast tussen
collagene fibrillen.
Wanneer spieren, die immers gemaakt zijn voor
beweging en belasting, niet worden gebruikt, raken
ze al na enige weken een aanzienlijk deel van hun
spiereiwitten kwijt. In botten neemt de botmassa
af. Gelukkig is dit meestal een reversibel proces.
Zodra spieren en skelet na een langere periode van
bedrust weer worden gebruikt, passen ze zich functioneel aan.
De basale structuur van bindweefsel met een gel
van proteoglycanen en daarin gelegen vezels en cellen, zoals hiervoor besproken bij embryo en foetus,
is in principe hetzelfde bij groeiend en volwassen
weefsel. De hoeveelheid vezels neemt sterk toe door
de blootstelling aan de grotere belastingen bij een
groot lichaam. Dit is echter geen wezenlijke, maar
een kwantitatieve verandering.
2.2De bindweefselvormende cel: de
fibroblast
De cel die verantwoordelijk is voor de aanmaak
van bindweefsel is de fibroblast (. figuur 2.2). De
naam duidt op de vezelvormende taak (fiber = vezel), maar hij doet veel meer. De fibroblast maakt
zeer diverse moleculen, die samen het bindweefsel
vormen (. figuur 2.3). De extracellulaire matrix is,
2
15
2.2 • De bindweefselvormende cel: de fibroblast
collageenvezel
golgiapparaat
procollageenmoleculen
collagene fibril
collagene fibril
elastine
elastische
vezels
fibrilline
elastinemoleculen
proteoglycanen
hyaluronanketen
fibroblast
glycoproteïnen
netvormende proteïnen
en verbindingsproteïnen
centrale eiwitketens
glycosaminoglycanen
. Figuur 2.3 Fibroblast met de diverse producten die dit celtype synthetiseert.
zoals hiervoor gezegd, een combinatie van eiwitvezels, gelachtige materie en water (7 par. 2.1).
De bouwstenen die fibroblasten produceren,
zijn globaal in te delen in macromoleculen die
voorstadia zijn voor:
55 bindweefselvezels, zoals collageen (de meest
voorkomende) en elastine;
55 complexe proteoglycanen;
55 koppelmoleculen, zoals fibronectine, die cellen
en matrix verbinden.
Zonder collagene vezels is er geen mechanische
sterkte van bindweefsel te verwachten, zonder proteoglycanen worden de vezels niet goed gestabili-
16
2
Hoofdstuk 2 • Bouwen met bindweefsel
seerd en zonder koppeling hechten cellen zich niet
aan de matrix.
De belangrijke bouwstenen voor collagene vezels zijn procollageenmoleculen, ook wel tropocollageen genoemd. Door aaneenkoppeling van vele
duizenden procollageenmoleculen tot lange strengen ontstaan collagene bindweefselvezels, die door
rek vrijwel niet vervormbaar zijn. Afhankelijk van
het type bindweefsel is de vezelsamenstelling van
collageen verschillend. Een andere bouwsteen is
tropo-elastine, die na polymerisatie rekbare elastinevezels in bindweefsel vormt.
Fibroblasten vormen tevens de proteoglycanen
voor de matrixgel, macromoleculen die veel water
binden en bindweefselvezels zowel koppelen als
scheiden. De gel komt in de literatuur ook onder
andere namen voor, zoals grondsubstantie (Engels:
‘ground substance’), amorfe matrix en interstitiële
gel. De fibroblast maakt proteoglycanen met uiteenlopende eigenschappen. Een voorbeeld daarvan
is gewrichtskraakbeen, waarin op verschillende
diepten verschillende proteoglycanen voorkomen
en waarin de diameter en lengte van de collagene
vezels ook duidelijk verschilt. De fibroblast bepaalt
door subtiele syntheseprocessen het samenspel tussen collageen, matrix en water, en daardoor de kwaliteit van het bindweefsel al naar gelang de plaats
en de eisen.
Fibroblasten hebben in volgroeid bindweefsel
een min of meer spoelvormig uiterlijk. De eisen
die aan een volwassen lichaam worden gesteld zijn
vrij constant en het bindweefsel is erop berekend.
Collageen heeft, eenmaal neergelegd in treksterke
pezen en banden, een lange levensduur. De fibroblasten zijn na de fase van weefselgroei minder actief bezig met collageenvorming. Toch gaat
de synthese daarvan voortdurend door omdat er
moleculaire slijtage optreedt. De term ‘fibrocyten’
voor rustende fibroblasten wordt in dit boek niet
gebruikt. De cellen zijn namelijk niet in rust, want
ze hebben een dagtaak aan de vervanging van beschadigde macromoleculen om de belastbaarheid
van het weefsel gelijk te houden. Vergeleken met
de trage vervanging van stabiel collageen is de productie van proteoglycanen een constante bezigheid
met een hoge vervangingsgraad (Engels: ‘turnover
rate’), van gemiddeld 4-10 dagen.
Wanneer bij fysieke training nieuwvorming
van bindweefsel noodzakelijk is voor het opvangen
van zwaardere belastingsprikkels of wanneer er na
weefselbeschadiging reparatie nodig is, worden de
fibroblasten sterk geactiveerd. Bij fysieke belasting
gebeurt dat voornamelijk mechanisch door de inwerkende krachten, bij ontstekingsprocessen vooral door alarm- en signaalmoleculen in de wond.
Ze gaan zich actief delen en vormen uitstulpingen
aan hun celoppervlak. Daarmee verplaatsen ze
zich naar weefseldelen waar hun syntheseactiviteit
nodig is.
2.2.1Groei- en herstelprocessen
De onderzoeker die zich bezighoudt met herstel- en
aanpassingsprocessen van bindweefsels, wil graag
doorgronden welke processen zich op het niveau
van de fibroblast afspelen. Welke krachten en welke signalen zijn betrokken bij de opbouw van die
wonderlijke structuur die de mens in staat stelt te
bewegen? Kunnen groei- en herstelprocessen worden bespoedigd? Kan er zonder veel problemen in
bindweefsel gesneden worden tijdens operaties?
Zijn bepaalde ingrepen ronduit storend omdat ze
het herstel verhinderen? Is bestraling of chemotherapie funest voor bindweefselcellen? Zijn er
omstandigheden waaronder bindweefsel zich niet
kan herstellen? Er is inmiddels een overweldigende
hoeveelheid literatuur op het gebied van fibroblasten, weefselgroei en weefselherstel.
Voor een therapeut die met mensen werkt, lijken fundamenteel wetenschappelijke publicaties
die op moleculair niveau beschrijven hoe fibroblasten als cel opgebouwd zijn en hoe ze reageren, erg
ver van de praktijk verwijderd. Wie is er nu geïnteresseerd in de vraag hoe fibroblasten hun vormvastheid verzorgen en waar hun beweeglijkheid
vandaan komt. De vormvastheid en beweeglijkheid
van patiënten is immers van groter belang.
Toch is inzicht in de werking van fibroblasten
en de prikkels waarvoor ze gevoelig zijn van groot
nut voor de begeleiding van patiënten bij hun herstel na weefselbeschadiging. Letsels kunnen uiteenlopen van een complex trauma na een ernstig
motorongeval, een knieblessure bij het voetballen
17
2.2 • De bindweefselvormende cel: de fibroblast
tot een brandwond aan de hand. Wanneer bekend
is op welke prikkels fibroblasten reageren tijdens
de herstelfase, kunnen die prikkels in de therapie
zinvol worden toegediend.
Talloze invloeden uit de omgeving zetten fibroblasten aan om weefsel op te bouwen en reparaties
uit te voeren. Zo zijn er mechanische stimuli op
het bindweefsel waarin de cellen zijn opgenomen
en chemische prikkels die direct uit het weefsel komen of via de bloedbaan worden aangevoerd. Al
die prikkels stellen fibroblasten in staat om weefsel
aan te passen aan het dagelijks gebruik. Dit proces
verloopt al honderden miljoenen jaren goed. Het
afstemmen van deze adaptieve processen is gedurende de evolutie zelfs steeds verfijnder geworden.
En therapeuten kunnen die processen nog verder
optimaliseren.
Rol van een fibroblast
Een fibroblast is betrokken bij de volgende processen.
Stabiliteit. Allereerst dient de cel met een celskelet
zelf stevigheid te bezitten om mechanische krachten te weerstaan. Ook dient de cel zich te kunnen
hechten aan de omgeving.
Signalering. In wisselwerking met de omgeving
moet de fibroblast waarnemen dat er behoefte is
aan aanmaak van bindweefsel. Op hun celmembraan zitten koppelmoleculen met het omliggende
bindweefsel. Rekprikkels en alarmstoffen uit de
omgeving zetten fibroblasten aan tot activiteit. De
fibroblasten zijn mechanosensoren en constateren
vervorming.
Communicatie. Door het uitzenden van bood-
schapperstoffen kunnen andere fibroblasten en immuuncellen worden aangespoord tot activiteit.
Mobiliteit. Een fibroblast kan zich verplaatsen naar
een gebied waar bindweefselvorming nodig is, bijvoorbeeld naar een wond.
Productie. Een fibroblast maakt een diversiteit van
moleculen aan om de bindweefselvezels en de grondsubstantie van bindweefsel te vormen (7 par. 2.3).
2
Opruimwerkzaamheden. Bij de afbraak van be-
schadigd weefsel en aanpassingen in littekenweefsel
is de fibroblast ook betrokken. Het door fibroblasten afgegeven enzym collagenase (MMP-1 of matrixmetalloproteïnase-1) ruimt collageenfragmenten op.
2.2.2Celskelet
Fibroblasten hebben een inwendig celskelet om
druk- en trekkrachten op te vangen en toch hun
vorm te behouden (. figuur 2.4A). Bij andere cellen
(nieren, hersenweefsel) is dit skelet bedoeld om er
mitochondriën en de celkern aan op te hangen en
stoffen langs te transporteren. Bij fibroblasten is de
situatie ingewikkelder. Fibroblasten in bindweefsel,
zoals kraakbeen en pezen, worden fors mechanisch
belast. De fibroblast heeft dus baat bij celstructuren
om zich inwendig te stabiliseren.
Ze bezitten daarvoor een drietal netwerken van
eiwitdraden: de actinefilamenten, de intermediaire
filamenten en de microtubuli.
55 Actinefilamenten liggen vooral langs de celmembraan. De losse actinenetwerken aan de
randen van de fibroblast spelen een rol bij
snelle aanpassingen in de celvorm. In bewegende fibroblasten vormen ze ook lange dikke
actineketens door de hele cel heen (zogeheten
‘stressfibers’).
55 Intermediaire filamenten verlopen door het
hele celplasma en geven als waren het steigerpalen en stutten de cel structuur en stevigheid.
55 Het derde netwerk van microtubuli zorgt
vooral voor transport van een groot aantal celstructuren, moleculen en chromosomen bij de
celdeling. Het zijn een soort transportbanden.
Hoewel de term ‘filamenten’ duidt op stabiele draden, zijn alle drie de soorten heel dynamische macromoleculen. Hiermee onderscheiden eiwitnetwerken van fibroblasten zich van bouwconstructies. Ze zijn ten behoeve van verplaatsing namelijk
binnen seconden tot minuten ook weer enzymatisch te verbouwen en te versleutelen. De vergelijking van intermediaire filamenten met steigerpalen
is eigenlijk een momentopname, want bij celbewe-
18
Hoofdstuk 2 • Bouwen met bindweefsel
2
. Figuur 2.4 A In deze microscopische afbeelding is het ragfijne celskelet van een fibroblast zichtbaar. Actines en intermediaire filamenten vormen een stabiliserend netwerk in het celinwendige. B Een geodetische koepel op de wereldtentoonstelling in Montreal (1967).
ging en celdeling wordt de functie van stevigheid
steeds tijdelijk opgeheven.
Tensegrity-principe
De in het eerste hoofdstuk geïntroduceerde term
tensegrity is ook toepasbaar op celniveau van de
fibroblast. Uit microscopische opnamen blijkt dat
het celskelet te vergelijken is met een stelsel van
dunne trek- en drukelementen waarmee Snelson
en Buckminster-Fuller beroemd werden. De laatste
bouwde in het midden van de twintigste eeuw grote
en lichte koepels van staal en glas (geodetische koepels). Door middel van een slimme aaneenkoppeling van dunne stalen trek- en drukstangen in drie, vijf- en zeshoeken kon hij met weinig materiaal
grote ruimtelijke structuren bouwen, zoals vergaderzalen, sporthallen en tentoonstellingsruimten
(. figuur 2.4B). Op moleculair niveau is dit principe,
als een door Maurits Escher getekende constructie,
aanwezig in de kunstmatige koolstofmoleculen, die
met hun complexe bolvorm veel opzien baarden
(. figuur 2.5). Deze buckminsterfullerenen (C60),
nu simpelweg ‘buckyballs’ genoemd, ontlenen hun
stabiliteit ook aan intramoleculaire trek- en drukkrachten volgens eenzelfde patroon.
Fibroblasten passen het tensegrity-principe
al veel langer toe. En wel van microscopisch klein
tot lichaamsgroot. In feite zijn de trek- en druk-
. Figuur 2.5 Tekening van een buckminsterfullereenmolecuul, een ‘buckyball’.
moleculen in het celskelet door de membraan van
de fibroblast heen verbonden met de vezels in de
extracellulaire matrix. Dit gebeurt met koppelmoleculen, de integrines. Deze eiwitten steken zowel
aan de binnenzijde als aan de buitenzijde door de
celmembraan heen en hechten binnen aan actinefilamenten en buiten aan de bindweefselvezels in de
extracellulaire matrix (. figuur 2.6). Het celskelet
2
19
2.2 • De bindweefselvormende cel: de fibroblast
vinculine
taline
integrine
fibroblast
celmembraan
fibronectine
fibronectine
collagene fibril
α-actinine
actine
. Figuur 2.6 Integrines hebben door hun positie in de celmembraan een verbindende functie tussen filamenten in het
celinwendige en het omringende bindweefsel. Hulpmoleculen, zoals taline en vinculine, regelen in de cel de binding met
actine. Aan de buitenzijde koppelt fibronectine zich aan collageen.
zet zich daarmee voort in de stevige bindweefselvezels tussen de cellen. Daar vlechten de vezels zich
tot vliezen, spiermassa, peesplaten, gewrichtsstructuren en botten onderling aaneen. Tensegrity speelt
zich zowel op moleculair, cellulair als macroniveau
af.
Naast een samenhangend systeem voor de structuur van bindweefsel is het collagene vezelnetwerk
ook een complexe antenne voor vormverandering
en belasting. Mechanische krachten die in bindweefsel worden voortgeleid, zetten zich ook voort
in het celinwendige van de fibroblast. Fibroblasten
beschikken over sensoren die als mechanosensor
dienstdoen (7 par. 2.2.4). Zij zijn daardoor op de
hoogte van spanningen en bewegingen in ons houdings- en bewegingssysteem en kunnen daar de
bindweefselproductie op afstemmen.
>> Bewegen geeft dus directe informatie voor
bindweefselaanpassingen op lokaal en
systeemniveau. Belangrijk om je daar als
sporter en therapeut bewust van te zijn.
2.2.3Celbeweging
Het celskelet heeft een stabiliserend aspect. Maar
fibroblasten ondergaan niet slechts passief trek en
druk, ze oefenen zulke krachten zelf ook uit en
ze hebben daarbij ook de mogelijkheid om actief
te bewegen en zich te verplaatsen. Ze ontkoppelen tijdelijk de intergrines aan de bewegingszijde
en strekken de cel in de kruiprichting uit. Daarna
koppelen de fibroblasten zich weer aan de extracellulaire matrix (ECM) vast. De voortbewegingssnelheid van fibroblasten is met 10 tot 50 µm per uur
niet groot, maar effectief genoeg. Wanneer ze nodig
zijn bij weefselherstel, kruipen ze langs bindweefselvezels naar het wondgebied. Tegelijk kunnen ze
− met grotere snelheid − ook worden meegevoerd
door stroming in de weefselvloeistof.
Fibroblasten bevatten opgeloste actinemoleculen en actinefilamenten, net als skeletspiercellen,
al heeft fibroblastactine wel een enigszins andere
samenstelling. De actinefilamenten liggen tegen
de celmembraan (7 intermezzo 2.1). Actinedraden
kunnen zich snel vormen, verlengen of verkorten
door polymerisatie en depolymerisatie van losse
bolletjes G-actine. Verkorten is dus geen contractie
van het molecuul, maar plaatselijke afbraak. In een
actinedraad worden de G-actines niet willekeurig
als een kralensnoer aaneengeregen. Het actinefilament gedraagt zich polair. Dat wil zeggen dat aan
de ene zijde G-actines kunnen worden aangekoppeld, terwijl ze er aan de andere zijde alleen kunnen
worden afgehaald. Voor het beïnvloeden van de celvorm koppelen en ontkoppelen de actinemoleculen
in die filamenten dus op zeer specifieke wijze. De
achteraan ontkoppelde G-actines kunnen aan de
voorzijde weer worden gebruikt. Het is vergelijkbaar met een transportband (. figuur 2.7).
20
Hoofdstuk 2 • Bouwen met bindweefsel
A
B
bijplaatsen actines
2
actines verwijderen actines
. Figuur 2.7 A Detail van een actinenetwerk in een fibroblast. Fibroblasten verplaatsen de celrand door aaneenschakeling
van polaire actinemoleculen tot filamenten. B De verlenging van actinefilamenten met de ontkoppeling, verplaatsing en
koppeling van actinemoleculen.
Intermezzo 2.1 Microscopisch celonderzoek
Met de elektronenmicroscoop en hoogwaardige fixatietechnieken is het mogelijk om met
zeer sterke vergrotingen op macromoleculair
niveau celonderdelen te zien. Behalve door
chemische analyse van moleculen is met een
scanningelektronenmicroscoop een driedimensionaal beeld te vormen van het celinwendige, de celmembraan en de interactie tussen
cellen en bindweefselmoleculen. De foto toont
een celmembraanfragment van een fibroblast
met de spiraalvormige actinefilamenten, die
− aan de membraan gehecht − bijdragen aan
het stabiliseren van de celvorm en aan de
celbeweging.
Hechtingsproces
Voordat een fibroblast zich gaat verplaatsen en
zich verderop weer aan de ondergrond hecht, tast
hij de omgeving af. De cel zendt tastdraden uit,
de zogeheten microspikes, om te voelen of er een
geschikte hechtmogelijkheid is. Bij het uitsteken
van zo’n spike hebben actinefilamenten door hun
karakteristieke polaire opbouw een essentiële taak.
Een actinefilament hecht zich aan het vaste celskelet en verlengt zich vervolgens aan de voorkant. De
dunne microspike duwt de celmembraan voor zich
uit. Zo’n uitloper kan ook weer worden teruggetrokken door nu aan de achterzijde de G-actines
enzymatisch te verwijderen.
Hechting van de voorzijde van de cel aan omringende matrix is vervolgens noodzakelijk, anders
blijft de cel steeds uitstulpen en intrekken op dezelfde plaats. Een fibroblast kruipt na stimulering
door mechanische prikkels of alarmstoffen uit ontstekingsproducten naar zijn doel. Vrije actinemoleculen koppelen zich aan aan de voorzijde van een
uitstulping en de groei van het zich nieuw vormende actinenetwerk drukt de membraanrand naar voren (protrusie). Zo’n brede uitstulping heet een lamellipodium (. figuur 2.8A). De aan de membraan
grenzende actinedraden worden via integrines aan
de membraan gehecht. Buiten de cel zorgen fibro­
nectinemoleculen in de matrix voor binding tussen
integrines en omringend collageen (. figuur 2.19).
http://www.springer.com/978-90-368-0452-3