Appunti istologia

Istologia 1, introduzione

L’istologia è lo studio dell’organizzazione e del funzionamento dei tessuti. I tessuti sono insiemi di cellule differenziate, costituiti da cellule simili per morfologia e/o per funzione, deputati a svolgere uno o più determinati compiti all’interno dell’organismo. Più tessuti diversi si associano tra di loro a formare strutture ulteriormente organizzate: gli organi. Più organi partecipano ad attività complesse costituendo gli apparati.

Organi pieni e organi cavi

• Negli organi pieni i tessuti sono organizzati in lobi separati da setti (es. fegato). Abbiamo lo stroma (tessuto connettivo che fornisce supporto e organizzazione funzionale) e il parenchima (tessuto principale sia per massa sia perché determina le proprietà funzionali dell’organo).
• Negli organi cavi (es. stomaco, intestino) i tessuti sono organizzati in strati tutti attorno al lume.

Tutti i tessuti comprendono cellule e sostanza extracellulare che le connette. Nei tessuti connettivi la sostanza extracellulare prevale rispetto alla componente cellulare e determina le caratteristiche fisiche del tessuto. Un tessuto è una popolazione di cellule che funziona in maniera collettiva, sinergicamente. Le cellule sono associate a una matrice extracellulare (ECM). Entrambi non devono essere alterati per far sì che il tessuto funzioni. Un tessuto può contenere diversi tipi cellulari.

Abbiamo 4 tipi di tessuti: epiteliali, connettivo (propriamente detto e specializzato: adiposo, sangue, linfa, osso, cartilagine), nervoso e muscolare.

• Tessuti epiteliali: si dividono in epitelio di superficie (rivestimento della superficie del corpo, di cavità interne collegate o meno con l’esterno, formano l’interfaccia fra componenti diversi) ed epitelio ghiandolare (secrezione nei vasi o esterna). Hanno la funzione di barriera alla diffusione (rivestimento) o produzione e scambio di sostanze (ghiandolare).
• Tessuti connettivi: si dividono in tessuto connettivo propriamente detto (supporto strutturale e metabolico per gli altri tessuti, spazio per vasi e nervi) e tessuti connettivi specializzati (sostegno, proprietà biomeccaniche, stoccaggio di sostanze, trasporto e circolazione). Hanno funzione di sostegno, connessione e comunicazione. Hanno ECM predominante, da cui dipende lo stato del tessuto. Le cellule sintetizzano e assemblano l’ECM.
• Tessuti muscolari: sono di tre tipi: muscolo scheletrico (movimento dello scheletro, postura, calore), muscolo cardiaco (battito cuore), muscolo liscio (contrazione dei visceri); in altri tessuti troviamo delle unità monocellulari contrattili (contrazione degli acini ghiandolari, cicatrizzazione della pelle, secrezione ormonale). Hanno funzione di contrazione e movimento.
• Tessuto Nervoso: è composto da cellule nervose neuroni (recezione, trasmissione e trattamento dell’informazione, mediante meccanismi elettrochimici) e cellule gliali neuroglia (supporto meccanico e metabolico per i neuroni, rivestimento degli assoni). Hanno la funzione di comunicazione rapida e precisa, recepire e trasmettere stimoli.

L’istologia è importante nella diagnostica (es. biopsie) e riconoscimento dei tessuti, distinguere i tessuti normali da quelli alterati: struttura e funzione sono collegate strettamente, se la struttura è alterata lo è anche la funzione.

Il differenziamento cellulare è all’origine della specifica morfologia di un tessuto: il potenziale di sviluppo di una cellula descrive i diversi tipi cellulari che può originare. La determinazione consiste in una progressiva restrizione del potenziale. Il differenziamento che segue risulta nell’acquisizione di una identità morfologica specifica.

Ci sono diversi meccanismi della determinazione cellulare: la segnalazione intercellulare (cell signaling) ha un ruolo chiave nel determinare il fato di una cellula (contatto cellula-cellula recettore-ligando, paracrino (segnali solubili locali, prodotti da cellule vicino senza contatto), sinaptico, endocrino (segnali solubili secreti nel flusso sanguigno, in circolo e possono avere bersagli molto lontani rispetto alla cellula che ha prodotto l’ormone, a distanza)).

Il genoma è identico in tutte le cellule, che quindi differiscono solo per l’espressione di insiemi di geni specifici differenti, mentre i geni in comune sono detti housekeeping genes. I tessuti sono mantenuti in condizioni fisiologiche dall’omeostasi cellulare, si ha equilibrio tra divisioni cellulari in un tessuto e morte cellulare. Quando l’equilibrio si altera abbiamo dei disordini, degenerazione (e morte come nei disturbi neurologici) o proliferazione (cancro) cellulare, si altera la morfologia del tessuto e si ha patologia.

Un tessuto può essere 1) riparato (ripristino della continuità cellulare, eventualmente con un altro tessuto come ad es. il tessuto connettivo che sostituisce le cellule del miocardio dopo un infarto, i fibroblasti non hanno la stessa funzione dei cardiomiociti) 2) rigenerato (ripristino del tessuto danneggiato con tessuto dello stesso tipo, uguale architettura e funzionalità, come ad es. ferita che si rigenera, si ripristina l’epidermide). Tutto dipende dalle cellule staminali, sono di diversi tipi, si trovano principalmente nell’embrione ed hanno più capacità differenziative rispetto alle cellule staminali della vita post-natale. Le cellule staminali della vita post-natale sono dette committed (indirizzate), saranno destinate a diventare o un solo tipo cellulare o più cellule di uno stesso tessuto: unipotenti o multipotenti. Le cellule staminali hanno capacità di dare origine a 2 cellule: una uguale a se stessa indifferenziata e una determinata verso una linea differenziativa (proliferazione asimmetrica).

Vari gradi di potenziale differenziativo: totipotenti (zigote), pluripotenti (massa cellulare interna), multipotenti, unipotenti. Le ES (cellule staminali embrionali) sono cellule staminali pluripotenti che differenziano in tutti i tipi cellulari del corpo del feto (non annessi embrionali), ma in Italia non è permesso l’uso delle ES, si possono comprare dall’estero. Le IPS (induced pluripotent stem cells) invece sono legali, bisogna introdurre dei geni in una cellula differenziata per farla diventare ES-like (staminale). I tessuti adulti contengono cellule staminali (epidermide e sangue che hanno vita breve e hanno bisogno di una riserva, sono cellule unipotenti o multipotenti).

L’embriologia studia da dove derivano i tessuti e come si formano gli organi. ISTOGENESI o differenziamento cellulare: tutte le cellule differenziate derivano da un’unica cellula totipotente (o zigote). I tessuti originano da 3 foglietti germinativi: esoderma, mesoderma ed endoderma. Il differenziamento è graduale.

Istologia 2, microscopi e tecniche

Preparazione dei vetrini

Come identificare cellule e tessuti: si osservano alcune caratteristiche morfologiche diagnostiche. Morfologia → funzione → localizzazione. Dunque si identificano dalla struttura. Strumenti a disposizione per lo studio visivo (morfologico) delle cellule e dei tessuti: dipende dall’ordine di grandezza della struttura. Bisogna tenere in conto il potere di risoluzione (capacità di distinguere 2 punti) dello strumento in condizioni ottimali: occhio umano (0,2 mm), microscopio ottico (0,2 micron), microscopio elettronico (0,4 nanometri). Il potere risolutivo di uno strumento determina il massimo livello di dettaglio che si può ottenere nell’immagine, è diverso dall’ingrandimento.

Com’è fatto il microscopio ottico: c'è il tavolino dove si mette il campione, il fascio di luce che arriva da sopra e passa attraverso il campione e poi ovviamente un condensatore, un diaframma che rende visibile il campione. La sezione di tessuto deve essere sufficientemente sottile perché passi la luce dal microscopio ottico e vi si renda visibile la struttura.

Preparazione di campioni biologici per la microscopia ottica ed elettronica: la differenza principale è il colore. Il microscopio ottico vede delle sezioni colorate, il microscopio elettronico no perché utilizza un fascio di elettroni che sono deflessi da un campo magnetico e quindi la metodologia di preparazione è diversa, non devono essere colorati, abbiamo tutte le immagini in bianco e nero. Questo è un microscopio elettronico a trasmissione, ci sono due tipi.

Allora dunque il primo problema è quello dello spessore, deve essere molto ridotto, il tessuto deve essere sezionato mediante speciali apparecchi, detti rispettivamente microtomi e ultramicrotomi. Inoltre, la maggior parte dei tessuti biologici sono molli e deteriorabili: prima del taglio il tessuto deve essere fissato e indurito: fissazione, inclusione, congelamento. I tessuti sono normalmente quasi incolori, prima dell’osservazione al microscopio devono essere colorati, combinando coloranti con affinità diverse nella stessa sezione istologica.

Fasi della preparazione: prelievo, fissazione, disidratazione, inclusione, taglio, colorazione. Dopo il prelievo il tessuto deve essere rapidamente trattato per lo studio al microscopio, il campione biologico rimosso dall’organismo si deteriora rapidamente quindi c’è la fissazione (con formaldeide o paraformaldeide) o il congelamento. Si disidrata passandolo nell’alcol a concentrazioni diverse e infine viene imbevuto nello xilolo, il solvente della paraffina e viene incluso. Il tessuto deve essere sezionato molto sottile con il microtomo. Successivamente si reidrata con soluzioni decrescenti di alcool e finalmente si possono usare i coloranti. I coloranti sono molti e funzionano con meccanismi diversi. La miscela più frequente è l’ematossilina-eosina. Strutture → acide della cellula: DNA, RNA, quindi nucleo, RER, ribosomi legano colorante basico: EMATOSSILINA (blu-viola). Il citoplasma (basico) normalmente si colora con il colorante acido: EOSINA (rosa).

Altre tecniche

Immunofluorescenza (IF) e immunoistochimica (IIC): metodi altamente sensibili per la localizzazione di proteine o polisaccaridi nei tessuti, con IF vediamo anticorpi coniugati con sostanze fluorescenti, con IIC anticorpi coniugati con perossidasi. Microscopio a fluorescenza: i preparati vengono trattati con reagenti speciali, le cui singole molecole sono in grado di assorbire la luce in un tempo brevissimo ed emetterla nuovamente, le molecole fluorescenti possono assorbire solamente la luce di una certa lunghezza d’onda.

Microscopio a contrasto di fase permette la visione di cellule quasi invisibili in campo chiaro, viene usato su cellule vive non fissate.

Il microscopio elettronico può essere a trasmissione o a scansione: usa il raggio degli elettroni. Differenza tra microscopio elettronico a scansione e a trasmissione: a trasmissione è come una radiografia (si vede dentro la cellula), a scansione come una fotografia. Con il microscopio elettronico a trasmissione vediamo delle caratteristiche cellulari (es. forma del nucleo, membrana plasmatica come è fatta). Con quello a scansione (risoluzione minore) vediamo la superficie degli oggetti e delle cellule, con quello a trasmissione riusciamo a vederne l’interno.

Non basta osservare le immagini prodotte dal microscopio, occorre interpretarle, ci possono essere artefatti, difetti ottici e bisogna stare attenti alla sezione del tessuto.

Istologia 3, epiteli di rivestimento

Il tessuto epiteliale comprende: epiteli di rivestimento, epiteli ghiandolari ed epiteli sensoriali. Tutti i tessuti epiteliali sono costituiti da cellule fittamente stipate che aderiscono tra loro mediante giunzioni cellulari e separate da scarsissima ECM. Hanno sempre una superficie libera esposta verso l’ambiente esterno o verso una cavità o un condotto e le cellule superficiali presentano sempre una polarità morfologica (superficie laterale, libera o apicale e basale). Sono privi di vascolarizzazioni e quindi poggiano su un tessuto connettivo. Poggiano su una membrana basale che li separa dal tessuto connettivo sottostante. La membrana basale è una barriera selettiva che decide cosa passa tra epitelio e connettivo, è composta da cellule di entrambi.

Specializzazioni

Specializzazioni superficie laterale: giunzioni epiteliali sono presenti in molti punti di contatto cellula-cellula, sono importanti negli epiteli: giunzioni occludenti o strette o tight, giunzioni ancoranti, giunzioni comunicanti o gap. Le giunzioni occludenti o tight junctions sono legami che sigillano, non fanno passare nulla. Le giunzioni ancoranti rendono il tessuto compatto, le cellule non riescono a separarsi, danno resistenza alla trazione delle lamine epiteliali: zonula aderens e desmosomi. Le giunzioni comunicanti o gap sono canali che mettono in comunicazione citoplasmi di cellule adiacenti, sono dei canali che fanno passare piccole molecole o ioni.

Specializzazioni superficie apicale: la superficie apicale può essere provvista di microvilli (aumentano la superficie di assorbimento), stereociglia e ciglia (movimento di fluidi sulla membrana).

Specializzazioni della superficie basale: membrana basale, giunzioni cellula matrice (emidesmosomi, adesioni focali), pieghe del versante basale di membrana.

In questi casi si parla di epiteli monostratificati. La membrana basale è uno strato basale e non visibile se non con la colorazione PAS, è spessa 100 nm, è composta da fibre di collagene IV III e VII, laminina, fibronectina, proteoglicani. Mutazioni del collagene VII portano alla patologia epidermolisi bollosa (l’epitelio si distacca dal connettivo sottostante).

I tessuti non vascolarizzati sono epiteli e cartilagine e hanno uno spessore abbastanza limitato, proprio per questo non necessitano il nutrimento, questo diffonde nello scarso spazio tra una cellula ed un’altra. La membrana basale è una barriera che regola gli scambi fra i connettivi e gli altri tessuti, dà sostegno strutturale, controlla il differenziamento e la crescita delle cellule epiteliali; può essere attraversata solo da cellule tumorali, infatti la loro capacità invasiva dà informazioni sul grado di malignità del tumore.

Epiteli di rivestimento

In un epitelio di rivestimento si riconoscono uno o più strati di cellule che formano una barriera con proprietà specifiche; questi rivestono la superficie del corpo (epidermide) e le cavità o i condotti in comunicazione e non con l’esterno (cavo orale, ano, vagina, apparato digerente e respiratorio, apparato circolatorio); derivano da ciascuno dei tre foglietti embrionali; sono soggetti a continuo rinnovamento. Le loro funzioni sono lo scambio di sostanze tra ambiente e tessuti e la protezione fisica.

Classificazione epiteli di rivestimento

• In base al numero degli strati:
  • Semplici o monostratificati (strato singolo)
  • Pluristratificati o composti (2 o più strati)
  • Pseudostratificati (solo apparentemente più di uno strato)
• In base alla morfologia delle cellule:
  • Pavimentosi o squamosi
  • Cubici
  • Cilindrici

Per quanto riguarda gli epiteli pluristratificati, lo strato di cellule più esterno dà il nome alla morfologia.

Epiteli semplici (monostratificati)

Sono relativamente sottili, fragili e facilmente superabili. Rivestono compartimenti, condotti e sono ottimi per assorbimento e secrezione.

Epitelio pavimentoso semplice

Unico strato di cellule sottili, delicato, si trova in regioni protette, è ottimo per lo scambio di sostanze. Si trova in: endotelio (rivestimento dei vasi sanguigni e linfatici), mesotelio o sierosa (tappezza la cavità non in comunicazione con l’esterno, le cavità sierose: pleura, pericardio e peritoneo).

Epitelio cubico semplice

Ha un citoplasma più abbondante, ha funzione di secrezione e assorbimento. Si trova nei tubuli renali, sulla superficie dell’ovaio ed in particolare nell’epitelio ghiandolare (pancreas, ghiandole salivari, tiroide).

Epitelio cilindrico semplice

Abbondante citoplasma, nucleo nella parte basale della cellula, si trova in siti deputati alla secrezione e all’assorbimento. Riveste gran parte del tubo digerente (non ciliato) e le vie genitali femminili. Epitelio intestinale: ha funzione sia secernente che assorbente, per aumentare la superficie di assorbimento la mucosa intestinale si solleva a formare dei villi. Non è ciliato.

La superficie libera dell’epitelio può avere ciglia: nella porzione apicale della cellula ci sono delle specializzazioni di membrana → ciglia. Si trova nella tuba uterina (ovidotto) e nei bronchi. Nell’ovidotto le ciglia servono a muovere l’ovocita fino a farlo arrivare nell’ampolla.

Epitelio pseudostratificato ciliato

I nuclei si trovano a livelli diversi e sembra un pluristratificato, ma in realtà è monostratificato perché tutte le cellule poggiano sulla membrana basale. È tipico di rinofaringe, trachea e bronchi. Intervallate a cellule ciliate abbiamo cellule caliciformi (ghiandole unicellulari secernenti muco). Le ciglia nel respiratorio hanno la funzione di muovere direzionalmente il muco e le sostanze al suo interno intrappolate.

Epiteli pluristratificati o composti

Epitelio pavimentoso pluristratificato

È robusto, si trova in zone sottoposte a sollecitazioni composte. Gli strati superficiali vengono eliminati o sostituiti dalle cellule degli strati profondi che proliferano (elevato turn over). Innanzitutto dobbiamo fare la distinzione tra sierose (cavità del corpo che non comunicano con l’esterno) e mucose (cavità del corpo che comunicano con l’esterno: bocca, orofaringe, esofago, cornea, vagina, fine canale anale). Troviamo quest’epitelio nelle mucose (non cheratinizzato) e l’epidermide (epitelio).