Istologia ed embriologia

Istologia

Introduzione

L’istologia studia i tessuti dal punto di vista morfologico (morfologia: studio della forma e della struttura). Un tessuto è formato da cellule e matrice extracellulare ECM che è l’ambiente in cui la cellula è immersa. L’ECM non è uguale per tutti i tessuti. La cellula è l’unità fondamentale degli organismi viventi. Ogni cellula deriva solo da un’altra cellula. Sono invisibili a occhio nudo. Cellula vegetale: 100 micron. Il microscopio ottico ci permette di raggiungere ordini di grandezza di 200 nanometri. Non possiamo vedere le strutture degli organelli. Per quello serve il microscopio elettronico. I batteri sono organismi monocellulari, invisibili ad occhio nudo e avvolti da una membrana. Il DNA non è racchiuso in un nucleo, ed è di solito di forma circolare. Nel nostro corpo sono presenti 1-2 kg di batteri (microbiota).

I tessuti: struttura e funzioni

Cellule: anche se di uno stesso tessuto possono costituire popolazioni diverse per forma, dimensioni, origine embrionale e funzioni.

ECM: formata da macromolecole organizzate tra le quali filtra un liquido extracellulare (fluido che contiene materiale nutritizio e prodotti di rifiuto).

Macromolecole biologiche: molecole grandi. Sono le proteine, gli acidi nucleici, i polisaccaridi complessi e i lipidi. Le macromolecole costituiscono soprattutto le cellule. La ECM è costituita anche da macromolecole, ma soprattutto da proteine (proteoglicani e glicoproteine). Proteoglicani: asse centrale proteico, catene laterali di zuccheri molto lunghe. Le glicoproteine sono simili ma in esse le catene di zucchero sono molto più corte.

Le cellule di un tessuto possono essere diverse tra loro, in base alla funzione che devono svolgere. Le popolazioni cellulari si dividono secondo la classificazione di Bizzozero: cellule perenni, stabili e labili.

• Cellule perenni: una volta formate non si dividono più e restano anche per tutta la vita. Sono i neuroni ad esempio.
• Cellule stabili: normalmente non si dividono, ma se soggetti a uno stimolo possono ricominciare a farlo. Sono gli epatociti ad esempio.
• Cellule labili: sono in continuo rinnovamento; hanno un ciclo vitale limitato, nascono, crescono, si differenziano e muoiono, sono poi sostituite. Sono ad esempio le cellule del sangue, che si riformano nel midollo osseo rosso.

Classificazione dei tessuti: tessuti epiteliali, connettivi, muscolari e il tessuto nervoso.

I tessuti epiteliali

Sono soprattutto tessuti di confine, cioè stanno al confine tra l’organismo e il mondo esterno. Non possiamo isolarci completamente dall’ambiente esterno ma dobbiamo comunque difenderci da esso (virus, raggi UV, radiazioni, temperatura). Serve una barriera in parte attraversabile da sostanze e prodotti utili e di rifiuto. Una delle funzioni principali dei tessuti epiteliali è quella protettiva. L’epidermide, insieme alle strutture sotto di essa, forma l’organismo più esteso del corpo, di circa 7kg, la cute. Gli epiteli si trovano anche in altre sedi che comunicano con l’esterno, come ad esempio il canale digerente. Qui svolge in parte una funzione protettiva, ma permette anche la digestione e l’assorbimento di molecole utili all’organismo. Anche la cavità dell’apparato respiratorio è rivestita da tessuto epiteliale. Qui permette gli scambi gassosi. Gli epiteli hanno anche una funzione secretoria.

Le componenti del tessuto epiteliale sono cellule e matrice extracellulare. La quantità di ECM è però scarsa. La ECM è la componente più debole di un tessuto. In questo modo nei tessuti epiteliali non ostacola il passaggio di molecole. Le cellule del tessuto epiteliale sono molto vicine tra loro (grazie a molecole di adesione e giunzioni cellulari). Hanno una superficie libera (apicale), rivolta verso l’esterno o verso una cavità del corpo, e una basale. Queste cellule si dispongono in uno o più strati. Nelle parti soggette ad abrasione ci sono strati di cellule in modo da avere più protezione. Invece nelle zone in cui è importante l’assorbimento (es. intestino) e non la protezione, l’epitelio ha un solo strato.

Il tessuto epiteliale crea però un problema. La vicinanza di queste cellule impedisce la vascolarizzazione. Il tessuto epiteliale non può avere vasi sanguigni. I vasi servono a portare sostanze nutritizie e portare via sostanze di rifiuto. Non c’è spazio tra le cellule epiteliali per i vasi sanguigni. Le cellule epiteliali vivono grazie ad un altro tessuto, quello connettivo, che sta al di sotto dell’epitelio e da cui sono separate da uno strato sottile di ECM (glicoproteine e proteoglicani). Gli scambi avvengono tramite fenomeni di diffusione dai capillari del tessuto connettivo.

Divisione degli epiteli

• Di rivestimento
• Ghiandolari
• Sensoriali

Funzioni epiteli di rivestimento

• Protezione (epidermide)
• Assorbimento (intestino)
• Scambi gassosi (polmone)
• Escrezione, eliminazione (tubuli renali)
• Trasporto di particelle alla superfice mediante ciglia (trachea)

Funzioni epiteli ghiandolari

• Secrezione (sudore, saliva, ormoni)

Funzioni epiteli sensoriali

• Ricezione di stimoli tattili, dolorifici, pressori (nella cute)

Epiteli di rivestimento

Formano lamine di tessuto che rivestono la superficie (epidermide) e le cavità del corpo (cavità che comunicano o che non comunicano con l’esterno). Sono privi di vasi. Le funzioni principali sono protezione (epidermide soprattutto), barriera tra ambiente esterno e tessuti sottostanti (anche delle cavità, dove garantisce scambi di ioni, molecole ecc.). Nell’intestino funzione di assorbimento, nei polmoni scambi gassosi.

Cavità che non comunicano con l’esterno: la cavità del cuore (atri e ventricoli) e l’interno dei vasi sanguigni sono rivestiti da un epitelio di rivestimento. Il sangue deve scorrere con il minor attrito possibile. Superfici ruvide rallenterebbero il flusso sanguigno. Gli epiteli qui formano una superficie liscia e impermeabile (non a tutte le molecole, qualcosa passa soprattutto a livello dei capillari dove ioni e molecole escono dal sangue ed entrano nei tessuti per nutrirli).

Altre cavità che non comunicano con l’esterno e che sono ricoperte da epiteli: cavità addominale, rivestita dal peritoneo (cavità peritoneale), cavità pleuriche, cavità pericardica. L’intestino viene scosso nella cavità addominale da onde peristaltiche. L’intestino potrebbe fare attrito con la cavità in cui è sospeso ma questo non avviene perché sono entrambi rivestiti da epiteli lisci. Questo avviene anche nel cuore. Qui gli epiteli strisciano quando il cuore si contrae e si rilassa. Anche nei polmoni l’epitelio pleurico striscia con l’epitelio della cavità toracica quando i polmoni si gonfiano. L’epitelio permette lo scivolamento delle superfici.

Gli epiteli di rivestimento non sono tutti uguali, dipende dalla funzione che hanno. Si classificano sulla base degli strati di cellule: un solo strato, epitelio semplice o monostratificato; due o più strati epitelio composto o pluristratificato. Se l’epitelio è destinato alla protezione, sarà fatto da più strati. Se ha un solo strato, avrà la funzione di garantire gli scambi.

La superficie che tocca la lamina basale si chiama superficie basale. La superficie delle cellule che si toccano l’un l’altra si chiama superficie laterale. La superficie libera è quella apicale. In un epitelio pluristratificato non tutte le cellule hanno una superficie basale o apicale. Le cellule possono avere forme diverse. Quelle dello strato apicale sono più appiattite.

La seconda modalità di classificazione è sulla base della forma delle cellule. Le cellule epiteliali possono avere tre forme: piatte (pavimentose), cubiche (isoprismatiche) o cilindriche (batiprismatiche). L’epitelio può essere squamoso o pavimentoso, cubico o isoprismatico, cilindrico o batiprismatico.

Epitelio pseudostratificato: cellule cilindriche con una superficie libera con appendici; tutte hanno una lamina basale, che separa l’epitelio dal connettivo. La differenza rispetto al cilindrico è che è fatto da cellule i cui nuclei non sono tutti alla stessa altezza, alcune cellule sono più basse, non hanno tutte una superficie apicale.

Squamoso stratificato: le cellule non sono tutte piatte, non hanno tutte la stessa altezza. Le cellule degli strati più profondi hanno più o meno dimensioni simili, quelle degli strati superficiali sono più piatte.

Epitelio cheratinizzato: sulla superficie c’è uno strato di cellule morte detto strato corneo. È l’epidermide, che riveste il corpo. Gli epiteli prendono il nome in base alle cellule dello strato più superficiale.

Epiteli monostratificati

Epitelio pavimentoso semplice del mesentere (congiunge la parete addominale posteriore con l’intestino). I bordi (superfici laterali) dove risiedono le giunzioni sono frastagliati per permettere una maggiore adesione cellula-cellula. Epitelio piatto pavimentoso e lamina basale + sottile connettivo che sta sotto: formano la tonaca sierosa che riveste il tubo digerente, l’esterno dei polmoni, le due cavità pleuriche, l’esterno del cuore e la cavità del pericardio. Riveste le cavità che non comunicano con l’esterno del corpo e gli organi che si trovano in questa cavità.

Epitelio pavimentoso semplice (strisce rosa in foto) che riveste gli alveoli polmonari: ha l’aspetto di una spugna bucherellata dove può entrare ossigeno. L’ossigeno entra attraverso uno strato di cellule piatte. Gli alveoli non sono sfere chiuse ma hanno un’apertura che permette all’aria di entrare. Se l’ossigeno incontra del connettivo lo attraversa ed entra nel vaso sanguigno, ossigenando il sangue. La CO₂ fa il percorso inverso. Questo epitelio deve svolgere la funzione di scambio gassoso. Un epitelio tappezza sia la parete interna degli alveoli polmonari sia quella dei vasi sanguigni (piatto monostratificato). Anche la superficie esterna del polmone, quella che tocca le cavità toraciche, è rivestita da un epitelio piatto monostratificato.

Nei vasi sanguigni l’epitelio è pavimentoso monostratificato, perché deve favorire il flusso sanguigno senza attriti e favorire gli scambi. Ha sotto di sé una lamina basale e tessuto connettivo. Dal sangue devono uscire sostanze nutritizie, in particolare dai capillari. Anche i prodotti di scarto passano nei vasi sanguigni, sono riportati al cuore e poi ai reni.

Epitelio del dotto escretore di una ghiandola. È monostratificato cubico. La parte bianca è il lume dove scorre il secreto della ghiandola. La linea blu è un sottile strato di connettivo che si trova sotto la lamina basale. Fa parte della membrana basale.

Tubo digerente sezionato trasversalmente. Epitelio cilindrico monostratificato. Cellule molto vicine con scarsa ECM. La parte interna è il lume dove scorre il materiale che deve essere assorbito. All’esterno c’è la cavità peritoneale. La superficie interna è costituita da villi intestinali, rivestiti da un epitelio: tessuto epiteliale cilindrico monostratificato. I villi aumentano la superficie di assorbimento. Le cellule di questo tessuto epiteliale hanno una struttura asimmetrica perché hanno un’asimmetria di funzione: il materiale da assorbire entra solo dalla parte apicale. Esce poi attraverso la superficie baso-laterale. L’asimmetria sta nel fatto che il materiale entra da una parte ed esce da un’altra. Sulla superficie apicale ci sono i microvilli. Questo epitelio viene rinnovato ogni 3-5 giorni.

Epitelio cilindrico semplice dell’intestino tenue

Le sfere bianche sono cellule mucipare caliciformi, cellule che producono muco e lo espellono per esocitosi. Gli enterociti sono le cellule assorbenti dell’intestino. Sulla superficie apicale degli enterociti ci sono i microvilli. I microvilli servono per aumentare di circa 30 volte la superficie di assorbimento. La superficie laterale degli enterociti è fatta da una superficie non liscia ma fatta di creste che aumentano l’adesione tra le cellule. La riga gialla rappresenta la zonula occludente. Dentro l’enterocita c’è il nucleo e vicino ad esso c’è l’apparato di Golgi, in prossimità della regione apicale. C’è il REL, vicino al nucleo ma in prossimità della regione basale. Anche gli organelli hanno una disposizione asimmetrica in base alla funzione che svolgono. Questa asimmetria è chiamata polarità morfo-funzionale.

Nelle cellule epiteliali di rivestimento c’è una regione apicale e una baso-laterale. Le membrane di queste zone presentano delle strutture specifiche diverse in base alla funzione che svolgono.

Specializzazione della membrana baso-laterale

Specializzazione della membrana baso-laterale: giunzioni intercellulari, permettono alle cellule di aderire lateralmente tra loro. Uniscono le membrane di due cellule e anche i loro citoscheletri. Quella rossa si chiama zonula occludente, quella gialla zonula aderente, quelle blu desmosomi, quelle verdi giunzioni gap. Le proteine di membrana interagiscono con quelle delle membrane delle cellule vicine in modo da formare dei legami nei punti di giunzione che permettono l’adesione della cellula. Le proteine della superficie esterna si collegano tra loro. Sul versante citoplasmatico queste proteine si legano al citoscheletro.

Quando due membrane sono strettamente aderenti c’è una giunzione occludente, che chiude lo spazio che c’è tra membrana e membrana. Lo fa lungo delle linee. In questi punti lo spazio paracellulare è azzerato. Questo accade per tutto il perimetro delle cellule. Lo scopo delle giunzioni occludenti è impedire il passaggio di molecole e particelle tra una cellula e l’altra, sia in entrata che in uscita. Impediscono il transito paracellulare. Ci sono delle eccezioni, sono giunzioni selettive: acqua, piccole molecole, ioni possono passare. Non è una barriera rigida ma è modulabile. La membrana cellulare è fatta di un doppio strato fosfolipidico in cui si trovano proteine di membrana (proteine transmembrana, proteine di canale ecc) che possono scorrere, muoversi lungo la membrana (modello a mosaico fluido). Se ci sono delle giunzioni occludenti in una membrana le proteine di membrana e i fosfolipidi non possono muoversi lungo tutto il piano della membrana. Quindi proteine e fosfolipidi che galleggiano liberamente nella membrana baso-laterale non possono passare in quella apicale e viceversa. Le giunzioni occludenti delimitano i confini di queste due regioni. Nella regione apicale ci sono soprattutto proteine destinate ad assorbire, a far entrare molecole; in quella baso-laterale ci sono soprattutto proteine destinate a far uscire il materiale che supera la lamina basale, il connettivo e finisce nei vasi sanguigni (che poi va nel fegato). Questo materiale però non può fare il percorso inverso, le giunzioni occludenti lo impediscono, formando regioni distinte. Le giunzioni occludenti sono presenti lungo l’intera circonferenza di ciascuna cellula, vicino alla parte apicale.

Giunzione aderente: è una cintura sottile sotto la zonula occludens. Le membrane di due cellule sono separate da uno spazio paracellulare di 15/20 nanometri. In questo spazio ci sono le “dita” delle CAM (cell adhesion molecule, molecole di adesione) che poi si uniscono. A livello del citoplasma convergono numerosi filamenti citoscheletrici di actina. Lo scopo è l’adesione tra cellule contigue, anche quando queste vanno incontro a modifiche della loro forma.

Desmosoma

Sono punti di saldatura. È una giunzione puntiforme che contiene proteine CAM. C’è uno spazio intercellulare di 15/20nm tra le membrane. Sul versante extracellulare si collegano con altre cellule attraverso le CAM. Sul versante intracellulare convergono i filamenti intermedi del citoscheletro. Serve per l’adesione tra cellule. Garantiscono l’adesione cellula-cellula e anche l’adesione cellula-lamina basale (in particolare negli emidesmosomi).

Giunzioni comunicanti GAP junction

Aree discoidali che contengono canali proteici chiamati connessoni. Ogni connessone è formato da sei unità proteiche dette connessine. Si formano canali molto stretti, di diametro 1,5 nm, che permettono solo il passaggio di piccole molecole come gli ioni. Passa quindi una piccola quantità di corrente elettrica. Lo spazio tra le membrane è di circa 2nm, molto ridotto. Le due membrane sono collegate da strutture proteiche.

Citoscheletro

Le membrane della cellula sono collegate al citoscheletro a livello delle giunzioni. Il citoscheletro si attacca alle pareti della cellula. È una struttura stabile ma non statica. È un insieme di strutture filamentose, di natura proteica, che restano nel citoplasma della cellula eucariote dopo estrazione con detergenti non ionici. Costituisce “un’impalcatura” interna della cellula. La sostiene e dà forma alla cellula. Le proteine di membrana sul versante citoplasmatico si collegano al citoscheletro.

È costituito da tre classi di proteine del citosol che si aggregano a formare filamenti specifici. Queste proteine sono i monomeri dei filamenti specifici:

• Microtubuli di 25nm di diametro, composti dalla proteina globulare tubulina (forma a gomitolo); sono i più spessi e sono cavi.
• Filamenti intermedi di 10nm, formati da diverse proteine fibrose (forma bastoncellata, la catena di amminoacidi si dispone in linea retta), che variano nei diversi tipi cellulari. Ogni tessuto ha i propri.
• Microfilamenti di 5nm, composti dalla proteina globulare actina. Sono tutte strutture proteiche allungate. Le singole proteine componenti sono però di natura diversa.