Bouwen met bindweefsel

Transcriptie

1 11 Bouwen met bindweefsel.1 Componenten van bindweefsel Embryonale ontwikkeling 13. De bindweefselvormende cel: de fibroblast Groei- en herstelprocessen 16.. Celskelet Celbeweging Lokale prikkels voor aanmaak van bindweefsel 1.3 Synthese van bindweefselmoleculen Aanmaak van collagene vezels 3.3. Elastine, de vervormbare bindweefselvezel Proteoglycanen Glycoproteïnen De basale lamina 36.4 Water Oedeem 39.5 Diabetes mellitus en bindweefselveranderingen 4.6 Belasting en belastbaarheid Zenuwstelsel 44.7 Cortisol, corticosteroïden en hun invloed op bindweefsel 46.8 Metaforen als hulpmiddel bij patiëntvoorlichting De emmermetafoor De gazonmetafoor 49 J.J. de Morree, Dynamiek van het menselijk bindweefsel, DOI / _, 014 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media BV

2 1 Hoofdstuk Bouwen met bindweefsel Inleiding 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.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..1 Componenten 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.

3 .1 Componenten van bindweefsel 13. Figuur.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..1.1 Embryonale 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 dienen 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.

4 14 Hoofdstuk 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 gladde spiercel collagene fibrillen fibroblast. Figuur. 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.. De bindweefselvormende cel: de fibroblast De cel die verantwoordelijk is voor de aanmaak van bindweefsel is de fibroblast (. figuur.). 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.3). De extracellulaire matrix is,

5 . De bindweefselvormende cel: de fibroblast 15 golgiapparaat procollageenmoleculen collagene fibril collageenvezel collagene fibril fibrilline elastine elastische vezels hyaluronanketen proteoglycanen elastinemoleculen fibroblast glycoproteïnen netvormende proteïnen en verbindingsproteïnen centrale eiwitketens glycosaminoglycanen. Figuur.3 Fibroblast met de diverse producten die dit celtype synthetiseert. zoals hiervoor gezegd, een combinatie van eiwitvezels, gelachtige materie en water (7 par..1). De bouwstenen die fibroblasten produceren, zijn globaal in te delen in macromoleculen die voorstadia zijn voor: bindweefselvezels, zoals collageen (de meest voorkomende) en elastine; complexe proteoglycanen; 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-

6 16 Hoofdstuk 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...1 Groei- 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

7 . De bindweefselvormende cel: de fibroblast 17 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 boodschapperstoffen 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..3). Opruimwerkzaamheden. Bij de afbraak van beschadigd weefsel en aanpassingen in littekenweefsel is de fibroblast ook betrokken. Het door fibroblasten afgegeven enzym collagenase (MMP-1 of matrixmetalloproteïnase-1) ruimt collageenfragmenten op... Celskelet Fibroblasten hebben een inwendig celskelet om druk- en trekkrachten op te vangen en toch hun vorm te behouden (. figuur.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. 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 ). Intermediaire filamenten verlopen door het hele celplasma en geven als waren het steigerpalen en stutten de cel structuur en stevigheid. 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-

8 18 Hoofdstuk Bouwen met bindweefsel. Figuur.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.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.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.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.6). Het celskelet

9 19. De bindweefselvormende cel: de fibroblast vinculine taline integrine fibroblast celmembraan fibronectine fibronectine collagene fibril α-actinine actine. Figuur.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...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...3 Celbeweging 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.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.7).

10 0 Hoofdstuk Bouwen met bindweefsel A B bijplaatsen actines actines verwijderen actines. Figuur.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.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.8a). De aan de membraan grenzende actinedraden worden via integrines aan de membraan gehecht. Buiten de cel zorgen fibronectinemoleculen in de matrix voor binding tussen integrines en omringend collageen (. figuur.19).

11