Riassunto esame Microbiologia generale e applicata, Prof. Baroni Tiziano, libro consigliato Istologia ed Embriologia umana , Tiziano Baroni

Istologia

I tessuti sono un insieme di unità strutturali e funzionali che vennero chiamate cellule. L’istologia è proprio lo studio dei tessuti, sia dal punto di vista strutturale (forma) che funzionale (ruolo nell’organo di appartenenza).

È possibile studiare cellule e tessuti tramite strumenti, come il microscopio ottico e il microscopio elettronico.

Le principali caratteristiche di un microscopio sono:

• Cioè il rapporto tra la dimensione dell’immagine ingrandita. Il potere di ingrandimento, e quella dell’oggetto osservato.
• Il potere risolutivo, che è la distanza minima alla quale due punti del campione risultano distinguibili.

Ad esempio l’occhio umano ha un potere di risoluzione pari a 0,1 mm e l’unica cellula parzialmente visibile è l’ovocito umano maturo. (Cellula vegetale 100 micrometri, animale 10 micrometri, batteri 1 micrometro)

Il microscopio ottico

Il microscopio ottico utilizza un sistema di lenti capaci di raccogliere, indirizzare e focalizzare i raggi di luce emessi da una sorgente, così da produrre un’immagine ingrandita di oggetti molto piccoli.

La luce utilizzata è dello spettro del visibile e comprende pertanto le lunghezze d’onda percepibili all’occhio umano (dai 390 ai 700 nm circa).

Il microscopio ottico ha un potere di risoluzione di 0,2 micrometri (200 nanometri): esso ci permette cioè di amplificare il nostro normale potere di risoluzione di circa 500 volte. Di contro, ciò significa tuttavia che non potremo distinguere chiaramente ciò che si trova sotto questa distanza. Questo limite è determinato dal mezzo che si usa per illuminare l’oggetto: la luce bianca.

È composto da:

1. Tubo per la fotografia (opzionale): connette l’oculare ad una macchina fotografica, laddove si desideri acquisire l’immagine;
2. Oculari: permettono l’osservazione del campione. Alcuni modelli ne hanno uno soltanto;
3. Stativo: basamento del microscopio, ne sostiene tutta la struttura;
4. Revolver: è una semisfera rotabile dotata di tre diversi obiettivi, corrispondenti a tre diversi livelli d’ingrandimento, quello minimo (10x), quello intermedio (40x) ed infine il massimo consentito (100x);
5. Tavolino porta oggetti: è dove viene posto il campione da osservare dopo essere stato adeguatamente sistemato su un apposito vetrino. Spesso dispone anche di una o più pinze per tenere fermo il vetrino;
6. Condensatore;
7. Manopole di messa a fuoco: il livello di messa a fuoco avviene variando la distanza tra vetrino col campione ed obiettivo proprio grazie ad esse. Sono di due tipi (macrometrica, la più grande e micrometrica l’altra);
8. Sorgente di luce.

Il microscopio elettronico

Il microscopio elettronico impiega un fascio di elettroni al posto della luce. Gli elettroni, avendo una lunghezza d’onda molto più corta rispetto alla luce visibile possono essere concentrati e focalizzati da un campo magnetico. Questo permette di evidenziare dettagli fino a qualche decimo di nm.

Ne esistono due tipi:

• Quello a trasmissione: necessita di sezioni ultrasottili e il contrasto si ottiene generalmente con coloranti a base di metalli pesanti densi agli elettroni che assorbono o diffondono localmente gli elettroni, sottraendoli al fascio mentre attraversa il campione.
• Quello a scansione: il quale permette una visualizzazione delle superfici del campione da analizzare, fornendo immagini dell’oggetto che ne danno un’idea di tridimensionalità. La risoluzione in questo caso è compresa tra 3 e 20 nanometri.

La cellula

Gli organismi sono costituiti da materia vivente che si distingue da quella inanimata per la capacità di riprodursi. Essa inoltre, si rinnova continuamente mediante un complesso di reazioni chimiche definito come metabolismo.

La cellula è la più piccola parte di materia capace di vita autonoma. Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule disposte in strutture ordinate denominate tessuti. In alcuni tessuti, le cellule producono una matrice extracellulare in cui sono immerse. La matrice è formata da macromolecole ed è impregnata dal liquido extracellulare, essa è costituita da proteine e proteoglicani (amminoacidi centrali e zuccheri complessi). Alcuni tessuti hanno una ECM fluida in cui sono contenuti gli elementi cellulari. Per vivere e riprodursi la cellula ha bisogno di istruzioni trasmissibili alle cellule figlie. Tali informazioni sono dette informazioni ereditarie, codificate in molecole di acidi nucleici (DNA o RNA).

L’acqua è la principale componente della materia vivente, la quale è composta da macromolecole (proteine, polisaccaridi, acidi nucleici e lipidi), molecole organiche e ioni.

Le cellule di tutti gli organismi, siano essi unicellulari o pluricellulari contengono una serie di strutture distinguibili al microscopio ottico; la più grande è il nucleo, ricco di acidi nucleici come il Dna e l’Rna. Poi c’è il citoplasma, che insieme al nucleo costituisce il protoplasma.

Gli organismi le cui cellule sono dotate di nucleo, contente i cromosomi, appartengono al dominio degli Eucarioti. Nel citoplasma di queste cellule sono contenuti gli organelli come: ribosomi, reticolo endoplasmatico (liscio e rugoso) fornito di membrana, elementi del citoscheletro. I batteri invece appartengono ai procarioti.

Bizzozzero comprese che il rinnovamento cellulare varia nei diversi tessuti che conseguentemente classificò in:

• Labili (es. midollo osseo, epidermide): si dividono continuamente.
• Stabili (es. fegato): normalmente non si dividono, ma possono farlo in seguito a stimoli particolari.
• Perenni (es. tessuto nervoso, cuore): non si dividono nel tessuto ormai sviluppato.

La membrana cellulare

Le cellule sono delimitate da una sottile membrana cellulare o membrana plasmatica, invisibile al microscopio ottico. Essa separa ogni cellula dall’ambiente circostante permettendo e regolando gli scambi tra cellula e ambiente.

La membrana è ritenuta un mosaico fluido, dove differenti proteine di membrana “galleggiano” o sono immerse in un doppio strato di lipidi polari (code idrofobiche, teste idrofiliche).

Molti tipi di cellule presentano specializzazioni nelle quali è coinvolta la membrana cellulare, come i microvilli, ciglia vibratili, il flagello, le giunzioni intercellulari e le giunzioni cellula-matrice.

Il citoscheletro

Nel citoplasma risiede il citoscheletro, una complessa rete tridimensionale di polimeri di natura proteica. I suoi ruoli principali sono:

1. Mantenere o far cambiare la forma cellulare;
2. Dirigere la disposizione degli organelli;
3. Fornire un’impalcatura che permette alla cellula di resistere alle deformazioni;
4. Collegare citoplasma e nucleoplasma alla membrana e questa alla ECM.
5. È inoltre alla base di fenomeni come la polarità apico-basale delle cellule epiteliali.

Esso è costituito da microfilamenti, microtubuli e filamenti intermedi.

I microfilamenti

I microfilamenti di actina (diametro 7-9 nm) sono formati da due catene destrorse disposte ad elica e dotate di polarità. La loro funzione principale è la motilità (mitosi, locomozione, contrazione), ma hanno anche un ruolo in strutture stabili cellulari e nell'interazione e stabilizzazione intercellulare. Una rete di microfilamenti al di sotto del plasmalemma ne accresce la resistenza, limita la mobilità delle proteine di membrana e regola il traffico di vescicole. Possono costituire l’impalcatura che sorregge microvilli e stereociglia. Interagendo con le miosine agiscono come motori proteici. In particolare, le isoforme muscolari della miosina II formano i miofilamenti spessi dei sarcomeri. Essi sono composti dalla proteina globulare actina.

I microtubuli

I microtubuli (diametro 25 nm) sono lunghi e rigidi cilindretti formati da subunità globulari di alfa e beta-tubulina dotati anch’essi di polarità. Risultano instabili perché soggetti a continui fenomeni di polimerizzazione e depolimerizzazione. Risultano coinvolti nei movimenti citoplasmatici.

I filamenti intermedi

I filamenti intermedi (diametro di circa 10 nm), non posseggono polarità e il loro ruolo è quello di sostegno e di trasduzione di forze meccaniche. Tessuti diversi contengono filamenti intermedi di tipo diverso. Le cellule epiteliali esprimono cheratine. I filamenti cheratinici dell’epidermide (tonofilamenti) possono collegarsi in fasce (tonofibrille). La vimentina è presente nelle cellule di origine mesonchimale, nell’endotelio, nei leucociti. La desmina è espressa nei tessuti muscolari. I neurofilamenti sono presenti solo nei neuroni e possono legarsi in fasce (neurofibrille). Quindi diverse proteine fibrose variano nei diversi tipi cellulari.

Il nucleo

Il nucleo è l’organello più grande della cellula. È circondato da un involucro nucleare, formato da due membrane, che lo separano dal citoplasma. La forma è ripresa dalla cellula che lo contiene. Solitamente si trova al centro, ma nelle cellule secernenti è spostato verso il polo basale. È in genere unico, ma possono trovarsi anche cellule binucleate. Se più cellule fondono il loro citoplasma ma non i nuclei si forma un tipo cellulare plurinucleato detto sincizio.

I cromosomi: Il materiale genetico contenuto nel nucleo cellulare corrisponde ai 46 cromosomi. Le singole molecole di DNA sono impacchettate saldamente da proteine basiche dette istoni. L’insieme di Dna e proteine connesse costituisce la cromatina.

Il nucleolo: è una struttura sferoidale, priva di membrana che si trova all’interno del nucleo. In particolare è la sede della trascrizione e dello splicing dei geni (che codificano per gli RNA ribosomiali) dell’assemblaggio di quest’ultimi con proteine ribosomiali per formare le subunità ribosomiali.

Il differenziamento cellulare

Divisione cellulare: Le cellule somatiche si riproducono grazie alla mitosi, mentre le cellule germinali (spermatozoi ed ovociti) derivano da un differente processo di divisione, la meiosi.

Tutte le cellule dei nostri tessuti derivano da un’ovocita fecondato, il quale durante lo sviluppo embrionale si divide per mitosi. Le cellule avranno tutte lo stesso genoma ma acquisteranno caratteristiche strutturali e funzionali diverse. (Differenziamento cellulare)

Le cellule staminali sono cellule immature quiescenti e capaci di autorinnovarsi. Sono in grado di dare origine sia a cellule capaci di differenziarsi sia a nuove cellule staminali identiche.

L’autorinnovamento si ottiene con:

1. La mitosi asimmetrica: da una cellula staminale derivano due cellule figlie, una identica alla madre e l’altra capace di differenziarsi;
2. La mitosi simmetrica: alcune cellule staminali si dividono dando luogo a cellule figlie che entrano nel programma differenziativo, mentre altre staminali si dividono dando origine solo a cellule staminali.

Le pluripotenti possono differenziarsi in tutti i tipi cellulari.

Le totipotenti possono dar vita a tutti i tessuti.

Le multipotenti possono differenziarsi sono negli elementi del tessuto di appartenenza.

I tessuti epiteliali

I tessuti epiteliali sono formati da cellule in contatto tra loro e con scarsissima ECM. Esistono due tipi di epiteli: di rivestimento e ghiandolari.

Il ruolo degli epiteli è quello di: protezione, ricezione sensoriale, regolazione degli scambi (amb. Int ed est.), essi sono privi di vascolarizzazione.

Il tessuto epiteliale è adagiato su una membrana basale, una sottile lamina di natura glicoproteica o proteoglicanica che unisce l’epitelio al connettivo. È una barriera filtrante per le molecole nutritizie che dal connettivo vanno all’epitelio e per i prodotti di rifiuto.

Funzioni principali:

• Regola la polarità cellulare, la proliferazione, la migrazione, il differenziamento e la forma;
• Supporta l’epitelio ed influenza i processi di migrazione;
• Protegge e permette lo scivolamento di superfici interne (cavità pleurica, pericardica e peritonea). In anatomia, il termine membrana o tunica sierosa, nota anche semplicemente come sierosa, è utilizzato per indicare un particolare tessuto formato da un epitelio pavimentoso semplice non vascolarizzato, noto come mesotelio, responsabile della produzione di un liquido sieroso di consistenza simile a quella del muco e da un sottostante tessuto connettivo, vascolarizzato e innervato, con funzione principale di sostegno.

L’epitelio è fatto da un singolo strato di cellule appiattite laddove serve a garantire la filtrazione o la diffusione.

Dove serve una protezione da forze di abrasione o da altri fattori esterni, gli epiteli sono rinforzati da più strati di cellule.

Le cellule epiteliali sono tenute insieme da: molecole di adesione e giunzioni intercellulari.

Gli epiteli di rivestimento si usurano e le cellule danneggiate o perdute sono sostituite grazie alla mitosi di cellule staminali presenti nel tessuto.

Specializzazioni della superficie cellulare

Specializzazioni della superficie baso-laterale:

• Giunzioni occludenti: proteine di membrana sigillano lo spazio tra due membrane, questa zona è alla base della polarità morfo-funzionale degli epiteli. Fa sì che si crei una superficie apicale continua. È selettiva e le proteine che formano la giunzione occludente sono un ostacolo anche a proteine di membrana e fosfolipidi.
• Giunzioni di ancoraggio: Giunzioni aderenti: come la zonula adhaerens (presente anche nel cardiomicito) ed il desmosoma (si trovano sia negli epiteli, sia in tessuti cardiaci), che uniscono le superfici laterali di due cellule vicine. La zonula aderente forma una cintura sottile e continua (spazio di circa 15-20 nm). Gli emidesmosomi: che agganciano la superficie basale della cellula alla lamina basale.
• Giunzioni comunicanti (gap): Queste giunzioni facendo passare ioni e molecole hanno la funzione di accoppiare elettricamente e chimicamente le due cellule vicine. In queste giunzioni, si trova un gruppo di particolari canali proteici, i connessoni. Un connessone è un piccolo canale proteico entro le due membrane di due cellule vicine che ha un diametro di circa 2 nm. Ogni connessone è un’esamero formato da 6 unità proteiche uguali dette connessine.

Le giunzioni occludenti e aderenti circondano a cintura il perimetro della cellula. I desmosomi e le giunzioni gap sono punti di saldatura circoscritti ad aree limitate.

• Le molecole di adesione (CAM) sono proteine collocate sulla superficie cellulare coinvolte nel legame con altre cellule o con la matrice extracellulare, esse compongono le giunzioni cellulari. Le CAM sono principalmente recettori transmembrana composti da tre domini: intracellulare, che interagisce con il citoscheletro; transmembrana; extracellulare, che interagisce con altre molecole di adesione dello stesso tipo (legame omofilo), di altro tipo o con la matrice extracellulare (legame eterofilo).

A seconda della densità di proteine, e quindi di contatti tra il metaplasma e la cellula, si può parlare di contatti focali, emidesmosomi, lamine esterne e membrane basali.

La maggior parte delle molecole di adesione appartiene a 4 famiglie proteiche, divisibile in due classi:

• Ca²⁺ indipendente: categoria Ig (immunoglobuline) (IgSF CAMs).
• Ca²⁺ dipendente: caderine, selectine, integrine.

Specializzazioni della superficie apicale

• Microvilli: sono estroflessioni immobili della membrana cellulare della superficie apicale. Lunghi 1 o 2 micrometri e con uno spessore di 100 nm, visibili solo al microscopio elettronico. Aumentano fino a 30 volte la superficie della membrana plasmatica in sedi specializzate nell’assorbimento.

I microvilli ricoprono i villi: estroflessioni (ripiegamenti verso l'esterno di un organo o di un tessuto) della mucosa dell'intestino, che consentono di aumentare la superficie dell'organo per avere una maggior area assorbente dei nutrienti ingeriti con l'alimentazione.

I villi a loro volta sono formati dagli enterociti: cioè cellule epiteliali. Possono assumere una forma cilindrica o prismatica. È presente a livello dell'epitelio dei villi intestinali, deputati all'assorbimento di sostanze nutritive.

La funzione cardine è quella di maggiorare la superficie effettiva intestinale minimizzandone lo spazio occupato, in modo da rendere possibile il maggior assorbimento di nutrienti possibile. Gli enterociti, a livello dell'orletto a spazzola, contengono l'enzima β-galattosidasi (conosciuta anche come lattasi), enzima che scinde il lattosio. La sua carenza (costituzionale, rara, o acquisita o ancora dovuta a una particolare patologia) comporta l'intolleranza al carboidrato sopra citato.

• Ciglia: sono prolungamenti cellulari mobili rivestiti di membrana, lunghi (10 micrometri) e spessi (0,2-0,5 micrometri) visibili quindi anche al microscopio ottico. La motilità del ciglio formato da microtubuli disposti a formare la struttura chiamata assonema costituita da una membrana che racchiude nove coppie di microtubuli alla periferia più 2 microtubuli non accoppiati al centro. Questa struttura è detta 9+2 e si ritrova in quasi tutte le forme di ciglia e flagelli eucariotici, dai protozoi all'uomo.
• Stereociglia: è un’estroflessione della membrana plasmatica consistente in un grosso microvillo rigido. Il loro scopo è la conversione di stimoli meccanici, causati dalle onde sonore, in segnali elettrici.

Specializzazioni della superficie apicale

• Emidesmosomi
• Lamina basale

Classificazione e tipologia degli epiteli di rivestimento

Si classificano in base a diversi criteri:

1. Numero di strati cellulari (semplici o composti);

Semplici: tutte le cellule poggiano sulla lamina basale e hanno una superficie libera.

Composti: più strati sovrapposti, essi vengono classificati in base alla forma delle cellule degli strati superficiali dato che quelle degli strati più profondi sono semp