Tessuti connettivi

Tessuto connettivo

Caratteristiche generali

Tessuti connettivi: gruppo di tessuti caratterizzati da analogie strutturali e funzionali e da una comune derivazione embrionale. I tessuti connettivi sono costituiti da cellule immerse in una, più o meno abbondante, matrice extracellulare (ECM). La presenza di ECM fa sì che le cellule del tessuto connettivo siano disperse in questa matrice e ampiamente separate. I tipi principali di tessuto connettivo sono:

• Propriamente detto
• Cartilagine
• Osso
• Sangue

Origine del tessuto connettivo

Il foglietto embrionale da cui derivano le cellule del tessuto connettivo è il mesoderma. Le cellule del mesoderma proliferano e migrano dando origine ad un tessuto connettivo embrionale: il mesenchima. Il mesenchima solitamente riempie gli spazi negli organi in via di differenziamento ed origina i tessuti connettivi adulti e contiene cellule staminali multipotenti da cui si originano dei tessuti connettivi. Nell’adulto queste cellule si trovano in:

• Midollo osseo
• Tessuto adiposo
• Sangue periferico

Struttura generale del tessuto connettivo

Nei tessuti connettivi si identificano i seguenti componenti:

1. Componente cellulare: coinvolta nella sintesi e degradazione della ECM, suddivisa in:
   1. ECM in cui diffonde il liquido interstiziale i cui componenti sono costituiti da una:
      • Componente fibrillare
      • Sostanza amorfa
   2. Componente cellulare resistente: si tratta di cellule che traggono origine dal tessuto connettivo e che svolgono le loro funzioni all’interno dello stesso. Comprendono:
      • Fibroblasti: tessuto connettivo propriamente detto
      • Condrociti: cartilagine
      • Osteociti: tessuto osseo
      • Odontoblasti: dentina
      • Cementoblasti: cemento
      • Macrofagi: residenti del tessuto connettivo

Funzioni del tessuto connettivo

In accordo con la loro struttura specifica, i differenti tessuti connettivi sono impiegati in molteplici attività:

• Funzione di “connessione”: è la funzione primaria da cui traggono il nome. Si frappongono tra tessuti di origine diversa permettendone il collegamento sia strutturale che funzionale.
• Funzione meccanica, di sostegno e di protezione nei confronti di altri organi.
• Funzione trofica: il tessuto connettivo consente la distribuzione di nutrienti e ossigeno ai tessuti adiacenti e, allo stesso tempo, di rimuovere i prodotti di scarto grazie alla presenza di vasi sanguigni e linfatici che decorrono nell’ECM.
• Funzione di difesa
• Funzione di riparazione

Classificazione dei tessuti connettivi

• Propriamente detto
  • Denso: fibre densamente impacchettate, relativamente poca matrice amorfa
  • Lasso: rete fibrosa lassa ed abbondante matrice extracellulare
• Di sostegno (solidi)
  • Cartilagine: matrice gelatinosa
  • Osso: matrice mineralizzata
• Specializzato
  • Adiposo
• Liquidi
  • Sangue: apparato circolatorio
  • Linfa: sistema linfatico

Composizione della matrice extracellulare

La matrice extracellulare è costituita da due parti:

• Componente amorfa:
  • Glicosaminoglicani (GAG)
  • Proteoglicani
  • Glicoproteine
• Componente fibrillare:
  • Collagene
  • Elastina

Glicosaminoglicani (GAG)

Insieme ai proteoglicani, è uno dei costituenti chimici più importanti della sostanza fondamentale dei tessuti connettivi. Sono polisaccaridi lineari costituiti da unità disaccaridiche ripetute, collegate tra loro con un legame O-glicosidico. I disaccaridi sono a polianioni glucidici: zuccheri modificati tramite amminazione ed aggiunta di gruppi solfato. La sintesi avviene nell’apparato di Golgi nel quale avviene la solfatazione e la loro coniugazione alla componente proteica. La presenza di elevate quantità di acido solforico e di acido glucuronico determina la loro acidità. In soluzione nei tessuti presentano molte cariche negative che favorisce il legame con cationi inorganici e proteine. Tranne l’acido ialuronico (HA), i GAG si legano a proteine per formare proteoglicani all’interno della cellula. La natura delle molecole legate ai GAG influenzano la conformazione della catena che è molto flessibile. La viscosità della sostanza amorfa dipende in larga misura dai mutamenti conformazionali dei GAG.

Il caso dell’acido ialuronico

L’acido ialuronico è un’eccezione tra i glicosaminoglicani per il fatto che viene sintetizzato dall’HA sintetasi sulla faccia citosolica della membrana plasmatica. La ialuronidasi è un enzima prodotto da alcuni batteri che idrolizza specificamente l’acido ialuronico riducendo la sua viscosità, alterando la permeabilità dei tessuti.

GAG solforati

Questi tipi di GAG della matrice amorfa sono costituiti da catene più corte rispetto a quelle dell’acido ialuronico. Tra questi troviamo:

• Condroitin solfato (CS): componente dei proteoglicani prevalentemente nel tessuto cartilagineo e osseo. È coinvolto nell’orientamento delle fibre di collagene.
• Dermatan solfato: simile al CS, si trova nel tessuto lasso del derma
• Cheratan solfato (KS): sono di due tipi (I e II), e differiscono tra loro per il grado di solfatazione e per la modalità di legame alla componente proteica
  • Tipo I localizzato esclusivamente nella cornea
  • Tipo II localizzato nei tessuti scheletrici insieme ai CS
• Eparan solfato: presenta molti residui di glucosamina N-acetilati e pochi gruppi N-solfati; componente ubiquitario della superficie cellulare. Presenta strette similitudini strutturali con l’eparina. L’eparina è sintetizzata solo da mastociti e granulociti basofili, che la accumulano nei loro granuli. Dal punto di vista biologico, è molto diverso.

Localizzazione dei glicosaminoglicani

Proteoglicani

Sono complessi macromolecolari formati dai GAG (tranne HA) che sono legati covalentemente a un nucleo proteico. Hanno la capacità di richiamare le molecole d’acqua e fornire resistenza alla compressione del tessuto. Ostacolano la diffusione di sostanze batteriche virali e cellule anomale. Veicolano fattori di crescita e sono molecole estremamente polimorfe, sia per la quantità di GAG che li compongono sia per la qualità dei GAG.

Componente amorfa

È una soluzione molto viscosa caratterizzata dalla presenza di macromolecole a base di proteine e polisaccaridi. È permeabile alla diffusione di metaboliti e consente la migrazione delle cellule immunitarie. La sua permeabilità dipende dal grado di idratazione che può aumentare notevolmente in caso di edema ed infiammazione.

Glicoproteine della matrice amorfa

Le glicoproteine sono molecole contenenti oltre a proteine dal 10 al 40% di carboidrati. Sono costituite da brevi catene oligosaccaride legate ad un’unica catena polipeptidica. Si distinguono dai proteoglicani per il basso contenuto di esosamine e per la prevalenza della componente proteica (60-90%).

Fibronectina

- È costituita da due subunità legate da un ponte disolfuro.
- Si trova sulla superficie cellulare dove si lega ad uno specifico recettore (integrina) o alla matrice extracellulare.
- Controlla la deposizione e l’orientamento del collagene e il legame cellula-matrice.
- Il legame con la matrice è modulato dalla presenza di HA, eparina e eparan solfato.

Lamina

- Ha tre subunità legate da ponti disolfuro a formare una struttura quaternaria a forma di croce.
- Elevata affinità per il collagene di tipo IV.
- La sua interazione con il collagene IV è responsabile dell’organizzazione strutturale della membrana basale e della giunzione tra epitelio e tessuto connettivo.
- Domini di legame con eparina, proteoglicani e integrine.
- Componente principale della membrana basale del tessuto epiteliale.

Membrana basale

È una zona in cui la matrice connettivale si organizza in modo particolare; si trova all’interfaccia tra il tessuto connettivo propriamente detto e gli epiteli. Si tratta di una zona priva di cellule ma ricca di macromolecole. Nel tessuto muscolare e nervoso costituisce la lamina esterna. Nel tessuto epiteliale è costituita da 3 strati:

• Lamina rara (lucida): deriva dall’epitelio, è addossato alla membrana plasmatica del tessuto epiteliale, è relativamente omogeneo e ricco di integrine
• Lamina densa: deriva dall’epitelio. Ricco di filamenti di collagene tipo IV. Insieme alla lamina rara forma la lamina basale
• Lamina inferiore: è ricca di macromolecole elaborate dai fibroblasti.

Funzioni della membrana basale

• Supporto strutturale, adesione a cellula/matrice
• Diffusione dei nutrienti e delle molecole da eliminare
• Filtro per le macromolecole
• Zona di differenziamento e polarizzazione per le cellule
• Nella rigenerazione funziona da autostrada per la migrazione cellulare

Componenti della membrana basale

Collagene (componente fibrillare)

Costituiscono la maggior parte della matrice extracellulare dei tessuti connettivi. Il collagene è la proteina più abbondante nell’uomo (circa il 20% delle proteine totali). È ricco di glicina, prolina e idrossiprolina; è formato da un numero variabile di microfibrille, formate per sovrapposizione di molecole di tropocollagene. Il collagene forma fibre lunghe, resistenti ma flessibili, non ramificate. La bandeggiatura tipica è dovuta alla modalità di associazione delle subunità di tropocollagene che si associano parallelamente in modo regolarmente sfasato a formare microfibrille.

Classificazione dei diversi tipi di collagene

I 45 tipi di catene alfa generano 30 tipi di collagene, i principali sono:

• I: 90% (ossa, tendini, legamenti, derma)
• II: cartilagine ialina ed elastica, dischi intervertebrali
• III: milza, fegato, derma, vasi
• IV: membrane basali

Collagene fibrillari (associati a fibrille)

I collageni fibrillari costituiscono la maggior parte della matrice extracellulare dei tessuti connettivi formando le tipiche lunghe molecole.

• Tipo I: solo collagene presente nelle ossa e nei tendini, predominante del derma. È prodotta da due distinti geni strutturali, per cui la tripla elica è costituita da due catene alfa diverse (2X alfa1 e 1X alfa2)
• Tipo II: presente nella cartilagine ialina ed elastica, nei dischi intervertebrali e nel corpo vitreo dell’occhio (3X alfa1)
• Tipo III: presente nel derma, nel connettivo lasso e nei vasi; è il primo ad essere prodotto durante il processo di cicatrizzazione.

Collageni laminari o reticolari

I collageni laminari (reticolari) sono localizzati sulla superficie delle cellule e si organizzano in strutture sottili. Contengono un alto contenuto di idrossilina glicosilata.

• Tipo IV: componente di tutte le membrane basali degli epiteli di rivestimento; forma maglie reticolate
• Tipo VII: forma fibrille ancoranti che favoriscono l’adesione dell’epidermide al derma sottostante

I collageni associati a fibrille sono costituiti da molecole in cui la tripla elica è interrotta da uno o due domini non elicoidali e le cui estremità sono globulari; si associano a collageni fibrillari stabilendo legami all’interno delle fibrille e tra di esse e altre molecole della matrice. Il tipo IX è presente nella cartilagine ialina ed elastica.

Maturazione delle fibrille collagene

La fibrillogenesi è l’evento iniziale nella formazione delle fibre collagene: ad esso segue la fase della crescita e dell’assemblaggio. Le molecole di tropocollagene si auto-assemblano formano legami crociati allineandosi testa-coda e disponendosi in file parallele a costituire la microfibrilla. Le microfibrille si associano in file parallele a formare la fibrilla di collagene.

Turnover del collagene

Questo processo deve impedire l’assemblaggio in fibrille all’interno della cellula ma solo al di fuori della stessa. Si tratta di un processo molto rapido.

Collagenopatie

Si tratta di mutazioni a carico dei geni che codificano per i vari tipi di collagene e ne sono state identificate veramente tante, più di 1000 mutazioni in 23 geni. Spesso la mutazione è puntiforme, con sostituzione di una glicina nella catena con la conseguente alterazione dell’allineamento delle catene alfa. L’ostegenesi imperfetta è una malattia genetica trasmessa come carattere autosomico dominante ma di cui è anche frequente l’insorgenza ex novo. Porta a mutazioni in alcuni tipi di collagene:

• Collagene I: osteogenesi imperfetta: fragilità ossea e deformità scheletriche
• Collagene II: ipo- o a-condrogenesi: ridotto o assente sviluppo di cartilagini
• Collagene IV: sindrome di Alport: alterazione progressiva della funzione visiva, uditiva e renale

Componente fibrillare reticolare

Le fibre reticolari formate da collagene III sono sottili ed hanno la stessa struttura periodica delle fibrille elementari di collagene ma non si associano in grossi fasci. Appaiono sottili e ramificate colorabili con metodi di impregnazione argentica. Sono meno resistenti ma più flessibili delle fibre di collagene. Comuni nello sviluppo embrionale nel passaggio dal mesenchima al connettivo; nella vita adulta:

• Stroma organi ghiandolari
• Stroma organi linfoidi
• Membrana basale epiteli

Componente fibrillare elastica

Le fibre elastiche sono costituite da fibrillina immersa in una matrice amorfa in cui è presente elastina. Sono molto estensibili (fino al 120%) e riprendono facilmente la forma iniziale dopo la cessazione della forza che le ha estese (scarsa deformazione).

Microstruttura di fibre elastiche

• La componente amorfa è costituita da elastina mentre le microfibrille sono ricche di fibrillina.
• L’elastina è abbondante nella parete dell’aorta e dei vasi maggiori e nei legamenti elastici.
• L’assemblaggio delle microfibrille nello spazio pericellulare precede la secrezione della tropoelastina (precursore dell’elastina), la cui polimerizzazione dipende dallo spazio stampo costituito dalla microfibrille.

Elastinopatie

Come per il collagene anche alterazioni a carico delle fibre elastiche assumono caratteri di malattie gravi.

• Delezione completa del gene dell’elastina: sindrome di Williams: anomalie cardiache, ritardo mentale
• Mutazioni del gene della fibrillina: sindrome di Marfan con deformità ossee, lassità delle articolazioni e arti sproporzionatamente lunghi

Cellule dei tessuti connettivi

Le cellule del tessuto connettivo appartengono a varie categorie ciascuna delle quali è deputata a svolgere specifiche funzioni. Si dividono in due categorie:

• Residenti: svolgono il loro ciclo vitale nel connettivo
  • Fibroblasti
  • Macrofagi residenti
  • Melanociti
  • Adipociti
• Migranti: concludono il loro ciclo vitale fuori dal connettivo
  • Mastociti
  • Plasmacellule
  • Linfociti
  • Microfagi

Tra le varie funzioni ci sono:

• Sintesi e secrezione delle macromolecole nella matrice
• Riserva e metabolismo di lipidi
• Difesa immunitaria

Le funzioni dei fibroblasti le troviamo anche in altre cellule presenti in diversi tessuti:

• Condroblasti nella cartilagine
• Osteoblasti nell’osso
• Odontoblasto e cementoblasti nel dente

Tutti questi tipi di cellule discendono dalla cellula mesenchimale embrionale, la cellula staminale multipotente del connettivo embrionale.

Fibroblasti

I fibroblasti sono gli elementi cellulari più numerosi nel tessuto connettivo propriamente detto. Il fibroblasto è una cellula che può presentarsi in più forme:

• Fusiforme
• Stellata

Elaborano gli elementi costitutivi della componente fibrosa della matrice extracellulare oltre che essere responsabili della sintesi delle glicoproteine e dei proteoglicani della matrice amorfa. Sono cellule poco mobili e privi di attività fagocitaria. Nel tessuto adulto sono spesso quiescenti e prendono il nome di fibrociti. I fibroblasti al microscopio elettronico:

• Sono immersi in una matrice di fibrille di collagene
• Elementi fusati con nucleo allungato o forma stellata con prolungamenti
• Presenza di nucleoli ben visibili nel nucleo
• Presenza di Golgi e RER molto sviluppati