Istologia - appunti

Le cellule e la matrice extracellulare

Ricordiamo che le cellule sono l’unità fondamentale della materia vivente e che le funzioni dei tessuti, di organi e di apparati riflettono le azioni coordinate di molte cellule. Ogni cellula può esser definita come un'entità chiusa ed autosufficiente: essa è infatti in grado di assumere nutrienti, di convertirli in energia, di svolgere funzioni specializzate e di riprodursi se necessario. Per fare ciò, ogni cellula contiene al suo interno tutte le informazioni necessarie. Nelle cellule è presente il DNA.

Le cellule all’interno dei tessuti sono disperse in una matrice extracellulare: a seconda della sua composizione la MEC può svolgere differenti funzioni come ad esempio quella di supporto delle cellule e del loro ancoraggio e di divisione tra i diversi tessuti. L'ancoraggio delle cellule avviene attraverso interazioni tra la MEC e proteine di membrana, dette glicorecettori, appartenenti alla famiglia delle integrine. La MEC è costituita da diverse tipi di glicoproteine, proteoglicani e da acido ialuronico tutti prodotti localmente dalle cellule di un determinato tessuto. Nella maggior parte degli animali la componente più abbondante nella MEC è il collagene.

Il tessuto connettivo

Il tessuto connettivo è un tessuto di riempimento e di sostegno che avvolge gli organi molli e fa da collante tra scheletro e masse muscolari. Le cellule che costituiscono il tessuto connettivo (macrofagi, fibroblasti, plasmacellule) non sono in stretto contatto tra loro ma sono disperse nella matrice extracellulare che fornisce alimento alle cellule.

La sostanza fondamentale di questo tessuto è ricca di fibrille proteiche secrete dalle cellule connettivali e le proteine più abbondanti sono il collagene e l’elastina. Il collagene è una proteina strutturale fibrosa e le fibre collagene sono molto resistenti alla trazione, flessibili, ma praticamente inestensibili.

Quindi il tessuto connettivo è formato da cellule e da abbondante matrice extracellulare interposta tra di loro. La natura di questa matrice extracellulare determina le caratteristiche dei diversi tipi di tessuto connettivo: si va da una matrice extracellulare fluida (sangue e linfa) in cui possono essere trasportati diversi tipi di cellule connettivali (eritrociti, leucociti, ecc.), ad una matrice solida ma lassa che permette il passaggio di vasi sanguigni e sostanze, fino ad una matrice extracellulare calcificata (tessuto osseo) che permette di creare strutture molto resistenti.

Abbiamo quindi una varietà di tipologie di tessuto connettivo che si distinguono sia per il tipo di cellule che le compongono che per la natura della matrice extracellulare presente. La diversa organizzazione strutturale del tessuto connettivo riflette le sue funzioni. Quando prevale la funzione trofica, di trasporto di sostanze utili all’organismo e di difesa dalle aggressioni virali o batteriche, il connettivo deve essere facilmente penetrabile e presenta quindi la struttura leggera, ricca di vasi e dotti linfatici tipica del tessuto connettivo lasso.

Se, invece, la funzione del tessuto di supporto è quella di contenimento, di sostegno o, come nella cute, di una vera e propria barriera, il tessuto connettivo si presenta denso, molto compatto, con fasci di fibre organizzate e orientate in maniera opportuna in modo da assolvere le proprie funzioni, organizzazione tipica del tessuto connettivo denso.

Anche l’organizzazione e la natura delle fibre varia in base alla funzione del tessuto connettivo preso in esame. Al di sotto di tutti gli epiteli, siano essi semplici o stratificati, è presente un connettivo lasso ricco di fibre reticolari che, oltre a formare una base di sostegno per le cellule, permette ai capillari di raggiungere più facilmente l’epitelio. Se il tessuto connettivo deve resistere a trazione o a distensione, come nei tendini, è ricco di fibre collagene e di fibre elastiche disposte ordinatamente. Se il connettivo deve essere resistente alla compressione o circondare un grosso organo, la componente principale costituente le fibre connettivali è il collagene.

Tessuti fondamentali

Tessuti fondamentali:

• Epiteliale.
• Connettivo.
• Muscolare.
• Nervoso.
• Sangue.

Tutti derivano da una cellula staminale totipotente e i tessuti si differenziano durante lo sviluppo embrionale dai foglietti germinativi; pur non essendo assolutamente specifica, la loro origine è ectodermica per gli epiteli e il tessuto nervoso, mesodermica per i connettivi e il tessuto muscolare; origine mista dai tre foglietti hanno gli endoteli.

I tessuti sono formati da cellule e matrice extracellulare e le cellule a seconda del tessuto saranno in stretto contatto tra di loro (epiteliali) dove la matrice è presente solo nella parte sottostante alle cellule o potranno essere immersi nella matrice (connettivo).

Il tessuto epiteliale

Il tessuto epiteliale è formato da cellule morfologicamente differenziate strettamente unite tra loro da giunzioni specializzate, i desmosomi, le giunzioni occludenti o serrate (tight junction) e le giunzioni comunicanti (gap junction), inframmezzate da scarsissima matrice extracellulare.

Le giunzioni occludenti (giunzioni strette o tight; o Zonulae occludentes) impediscono il passaggio dei fluidi tra le cellule andando a formare attorno al perimetro cellulare una cintura continua detta zonula. Sono particolarmente presenti negli epiteli di rivestimento (es. pelle) e negli epiteli intestinali per far sì che non filtrino sostanze tra i vari ambienti. Ad esempio la tossina del colera agisce sulle giunzioni occludenti modificandole e avviene così un male assorbimento di liquidi. Abbiamo poi una fascia occludente che va a collegare i foglietti di un'unica lamina che poggia sul citoscheletro.

Le cellule sono inoltre strettamente legate le une alle altre per mezzo di numerose giunzioni cellulari, che rendono il tessuto compatto e resistente a traumi o strappi. Un altro aspetto caratteristico delle cellule epiteliali è quello di essere polarizzate: sono cioè provviste di due superfici distinte: una che guarda verso la membrana basale sottostante, detta superficie o versante basale, e l'altra che guarda invece verso il lato superiore dell'epitelio, detta superficie o versante apicale; quest'ultima presenta spesso specializzazioni funzionali distintive, come la presenza di invaginazioni e protuberanze come microvilli o ciglia.

I microvilli sono delle estroflessioni della membrana plasmatica del polo apicale di cellule appartenenti al tessuto epiteliale di rivestimento. Hanno la funzione di aumentare la superficie di scambio, infatti si trovano su cellule impiegate nell'assorbimento di acqua e nutrienti, come gli enterociti (cellule epiteliali unite da complessi di giunzione con funzione di barriera) nell'intestino e le cellule che rivestono il lume del tubulo contorto prossimale nel rene.

Esistono poi delle giunzioni che formano dei canali per mettere in contatto le cellule adiacenti attraverso dei ponti che possono essere attraversate solo da piccoli ioni. Queste sono le giunzioni comunicanti e servono alla trasmissione di impulsi elettrici tra le cellule del muscolo liscio e del muscolo cardiaco.

Tra l’epitelio e il tessuto connettivo sottostante è sempre interposta una lamina extracellulare denominata membrana basale o lamina basale di natura proteica e polisaccaridica che oltre alla tessuti.

La matrice extracellulare è formata da proteoglicani che sono molecole di dimensioni gigantesche in grado di trattenere quantità variabili di acqua e sono formati dall’unione di lunghe catene di glicosamminoglicani e polipeptidi. Essi poi si associano all’acido ialuronico e insieme all’acqua e ai sali si ottiene la matrice extracellulare.

L'ECM rappresenta il substrato su cui tutte le cellule dei tessuti possono aderire, migrare, proliferare e differenziare, e che ne influenza inoltre la sopravvivenza, la forma e la funzione. Infatti, le macromolecole dell'ECM sequestrano fattori di crescita, molecole come l'acqua o i minerali, e controllano fenomeni fisiologici, quali la morfogenesi, fisiopatologici, quali la guarigione delle ferite, e patologici, quali l'invasione e la metastatizzazione tumorale.

Contiene anche proteine fibrose che comprendono due gruppi: uno con funzione principalmente strutturale (i collageni e l'elastina), e uno con funzioni principalmente adesive (la fibronectina, le laminine, le entactine o nidogeni e la vitronectina). Le fibre dei collageni rinforzano l'ECM, la organizzano e ne assicurano la resistenza alla trazione, mentre le fibre dell'elastina ne determinano l'elasticità. Alcuni collageni, interagendo con le laminine, le entactine o nidogeni e i proteoglicani perlecano e agrina, costituiscono le impalcature delle lamine basali. Le proteine d'adesione agevolano inoltre la connessione delle cellule tessutali all'ECM stessa e ne influenzano la polarizzazione.

Tipi di epiteli semplici

L'epitelio pavimentoso o squamoso semplice è costituito da un unico strato di cellule piatte di forma irregolare che sono in contatto con delle interdigitazioni fini e fitte. Dato l'esiguo spessore, permette una notevole permeabilità, ed infatti riveste superfici deputate al trasporto passivo di gas o fluidi: lo si ritrova negli alveoli polmonari, in alcune porzioni dei reni, in particolare nella capsula di Bowman, nell'orecchio e va a formare l'epitelio delle sierose della pleura, del pericardio e del peritoneo, detto mesotelio. Costituisce infine le pareti dei vasi sanguigni (assumendo il nome di endotelio), fungendo anche da regolatore della permeabilità vascolare.

Gli epiteli squamosi semplici esistono di due tipi: mesoteli: formati da sottili membrane che rivestono le cavità interne ovvero la cavità ventrale (costituita dalla cavità toracica e addominale divise dal diaframma) e dorsale. Esso forma una membrana continua e con un altro foglietto o parietale o viscerale va a rivestire gli organi dentro alle cavità consentendo il movimento di questi organi attraverso lo scorrimento dei due foglietti con presenza di un siero tra i due che ne evita l’usura. Il mesotelioma ad esempio è causato dall’amianto. Abbiamo poi l’endotelio che forma la parete interna dei vasi cardiaci e delle valvole cardiache.

L'endotelio costituisce una barriera anatomica tra il sangue e l'intima dei vasi o, nel caso dei capillari, tra il sangue e lo spazio interstiziale tissutale: si tratta sia di una barriera fisica semipermeabile che di una interfaccia biologica capace di rispondere ai segnali chimici e meccanici generati dai due compartimenti (sangue e tessuto) tra i quali l'endotelio è interposto (vedi Patobiologia dell'aterosclerosi: endotelio e stress meccanici).

Le cellule endoteliali svolgono molteplici funzioni di primaria importanza per la biologia vascolare e per il mantenimento dell'omeostasi dell'intero organismo.

Sulla base del tipo di contatto che si stabilisce tra le cellule endoteliali, l'endotelio viene classificato in continuo, fenestrato e discontinuo. L'endotelio continuo si ritrova nell'endocardio, nell'intima delle arterie e delle vene e in numerosi distretti capillari (cutanei, muscolari, polmonari, cerebrali, spinali e retinici) ed è ricco di giunzioni occludenti. Gli altri tipi sono esclusivi di alcuni letti capillari: endotelio fenestrato dei capillari renali e glomerulari, delle ghiandole esocrine ed endocrine, dei villi intestinali e dei plessi coroidei, in questa tipologia vi sono punti in cui la cellula non contiene organuli ma solo matrice e la membrana si ripiega lasciando solo un sottile strato proteico che può permettere il rapido scambio tra sangue e tessuti; endotelio discontinuo degli organi in cui è necessario lo scambio di molecole di grandi dimensioni e si trova ad esempio negli organi emopoietici nei sinusoidi epatici, splenici e midollari. Poi abbiamo quelle con barriera in cui la comunicazione deve essere altamente controllata ed è dotato di numerose giunzioni occludenti (tessuto nervoso).

• Epitelio cilindrico a causa della forma delle cellule in cui il nucleo è alla base della cellula e hanno una superficie apicale verso il lume scoperto. Lo si ritrova con funzioni di assorbimento e di secrezione a rivestire le superfici di organi cavi. A seconda della presenza o meno di ciglia come specializzazione apicale, può essere suddiviso in: epitelio cilindrico ciliato e non ciliato. L'epitelio cilindrico semplice non ciliato si ritrova principalmente nell'intestino, dove svolge la funzione di assorbire le sostanze nutritive assimilate tramite la digestione. Prive di ciglia, le cellule che lo compongono, chiamate anche enterociti, presentano sul versante apicale invaginazioni ed estroflessioni digitiformi, chiamate microvilli, che aumentano enormemente la superficie cellulare atta all'assorbimento. L'epitelio cilindrico semplice ciliato è presente invece nella mucose dell'ovidotto, ed ha la funzione di spingere dopo l'avvenuta ovulazione, con il battito sincronizzato delle ciglia, l'ovulo nell'utero.
• L'epitelio cubico (o isoprismatico o isodiametrico) semplice è formato da un singolo strato di cellule cuboidali, quadrate in sezione perpendicolare all'epitelio, poligonali alla superficie, che hanno nucleo rotondo sito al centro. Va a costituire la superficie interna di condotti con funzioni escretorie, secretorie e assorbenti e dà una protezione limitata. Si ritrova nella parete dell'ovaio, dei tubuli collettori renali e dei dotti escretori di molte ghiandole, tra cui le ghiandole salivari e il pancreas; è inoltre presente in corrispondenza dei plessi corioidei, sulla superficie profonda della capsula del cristallino e nella retina come epitelio pigmentato.

Epitelio pseudostratificato

L'epitelio pseudostratificato (anche pseudostratificato cilindrico) è una variante dell'epitelio cilindrico semplice, in cui i nuclei cellulari si trovano ad altezze diverse, dando così l'impressione di essere disposti in più strati. Ogni cellula invece poggia sulla membrana basale, con alcune che hanno altezza inferiore e non raggiungono la superficie apicale, e nell'insieme formano un singolo strato.

Generalmente alcune cellule staminali si trovano alla base, senza raggiungere la superficie luminale, e molte cellule cilindriche con nucleo nei due terzi basali raggiungono la superficie, dove presentano ciglia. Lo si ritrova per la maggior parte a rivestire le vie aeree con il nome di epitelio respiratorio, dove le ciglia, con il loro battito sincronizzato, aiutano il trasporto del muco (secreto da cellule caliciformi intercalate nell'epitelio) verso la faringe permettendo la deglutizione e l'eliminazione di patogeni e materiale particolato intrappolati nel muco attraverso la degradazione operata nello stomaco.

Tipi di epiteli pluristratificati

Gli epiteli pluristratificati si dividono sempre in pavimentoso, cubico o cilindrico, ma si possono anche dividere in:

• Transizione: è l’epitelio di rivestimento della vescica urinaria e ha caratteristiche molto peculiari. Infatti le cellule sono unite da apparati di giunzioni, in particolare quelle occludenti, che permettono ad esempio all’urina che poggia sulla parte apicale dell’epitelio di passare attraverso il tessuto arrivando a quelli sottostanti come quello connettivo, in modo da evitare che il suo pH o le sostanze di scarto in essa contenute creino danni ai tessuti sottostanti. Inoltre la sua particolarità sta nel fatto che quando la vescica è vuota l’epitelio è rilassato e le cellule si dispongono su un certo numero di strati mentre quando la vescica si riempie, l’epitelio si distende e le cellule si spingono una accanto all’altra assumendo una la forma di un ombrello e quella successiva a forma di clava in modo che affiancandosi lo stesso numero di cellule si disponga in un numero minore di strati.
• Epitelio cheratinizzato e non cheratinizzato: quello cheratinizzato lo troviamo nella cute al di sopra del derma. Nell’epidermide i cheratociti vanno incontro a un processo di differenziamento terminale che prende il nome di cheratinizzazione che avviene nel seguente modo: come sappiamo le cellule sono disposte a contatto con la membrana basale e al di sotto dell’epidermide è presente uno strato di cellule dette cellule basali che sono cellule staminali che quindi non sono differenziate e proliferano attivamente per favorire il ricambio delle cellule che si disquamano e muoiono costantemente. Queste cellule vanno incontro a un processo di divisione asimmetrica o mitosi asimmetrica che permette a una delle due cellule figlie di mantenere la sua staminalità, mentre l’altra entra nel processo differenziativo diventando cheratinocita e risale i vari strati dell’epitelio. In particolare lo strato successivo è quello spinoso in cui le cellule presentano un elevato numero di desmosomi che le proteggono e garantiscono una corretta idratazione. Successivamente troviamo lo strato granuloso, lo strato lucido dove le cellule iniziano a perdere citoplasma fino ad arrivare allo strato corneo dove si trovano cellule morte prive di nucleo e organuli. Queste ci proteggono dalla disidratazione rendendo la pelle impermeabile e dalle infezioni degli agenti patogeni esterni. Lo strato basale quindi è l’unico che presenta cellule attivamente proliferanti infatti molto spesso i tumori derivano proprio questo strato.

Quello non cheratinizzato è invece uno strato privo dello strato corneo e protegge le cavità umide come la bocca, l’esofago e la vagina dove è presente quindi uno strato di cellule ancora metabolicamente attive e provviste di nucleo.

Sangue

Il sangue è un tessuto connettivo. Esso è costituito da cellule e frammenti di cellu