Istologia, appunti completi

Corso di istologia (BIO/17)

CFU: 1 (10 ore)

Docente: Marina Zweyeri

Semestre, A.S. 2015/2016

Appunti di: Oriato Eleonora

Generalità sugli organismi viventi e sulla loro composizione chimica

La cellula eucariotica: aspetti morfologici

Organizzazione generale delle cellule

Forme e dimensioni.

Membrana plasmatica

Morfologia, funzioni. Esocitosi, endocitosi, gemmazione.

Citoplasma

Ribosomi. Reticolo endoplasmatico granulare, reticolo endoplasmatico liscio. Apparato di Golgi, lisosomi. Mitocondri. Citoscheletro.

Nucleo

Involucro nucleare. Eucromatina ed eterocromatina. Nucleolo.

L'organizzazione sovracellulare: i tessuti

L'equilibrio tissutale

Cellule staminali, differenziamento, proliferazione cellulare (cellule labili, stabili, perenni), apoptosi e necrosi.

Tessuto epiteliale

Cellule della cartilagine. Matrice cartilaginea.

Epiteli di rivestimento

Cartilagine ialina. Cartilagine elastica. Epiteli semplici e composti. Cartilagine fibrosa. Specializzazioni della superficie cellulare.

Tessuto osseo

Sistemi di giunzione intercellulare. Cellule del tessuto osseo. Matrice ossea.

Epiteli ghiandolari

Organizzazione del tessuto osseo compatto e spugnoso. Ghiandole esocrine. Ghiandole endocrine.

Sangue

Generalità, funzioni.

Tessuti connettivi

Plasma. Eritrociti. Leucociti. Piastrine. Matrice extracellulare del tessuto connettivo. Sostanza fondamentale amorfa. Fibre della matrice. Adesione cellula-matrice. Livelli di difesa, cenni al sistema immunitario. Membrane basali.

Tessuto muscolare

Cellule del tessuto connettivo. Tessuto muscolare scheletrico. Tessuti connettivi propriamente detti. Mesenchima. Tessuto connettivo mucoso. Fibra muscolare striata scheletrica. Meccanismo della contrazione muscolare. Tessuto muscolare cardiaco. Tessuto muscolare liscio.

Tessuto cartilagineo

Tessuto nervoso

Caratteristiche delle cellule

Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule e materiale extracellulare. Le cellule sono le unità fondamentali, le più piccole unità viventi capaci di vita autonoma. L’acqua può essere considerata un mezzo di trasporto e di regolazione termica. Quando è presente nel sangue, gli esseri viventi sono detti omeotermi. Le sue funzioni nell’organismo sono molteplici:

• Le funzioni cellulari avvengono in ambiente acquoso
• Molecole fortemente polari
• Legami idrogeno
• Bilancio idrico
• Solvente di sali inorganici e di molecole organiche
• Mezzo di trasporto di gas disciolti, sostanze nutritizie e ormoni
• Mezzo di trasporto e di eliminazione di sostanze di rifiuto
• Mezzo di regolazione termica

Componenti organiche: Vedo biochimica. La cellula è l’elemento base del nostro organismo. Le dimensioni delle cellule sono estremamente variabili: da pochi micrometri ad alcune decine di micrometri, con alcuni tipi che possono raggiungere anche il centinaio di micrometri come la cellula adiposa o la cellula uovo. Sono pleomorfe: sono generalmente di aspetto rotondeggiante quelle immerse in un liquido (i leucociti nel sangue), di forma grossolanamente poliedrica soprattutto quelle, come le cellule epiteliali, strettamente contigue fra loro, oppure di forma stellata per la presenza di prolungamenti citoplasmatici (es. le cellule nervose), fusiformi, ecc...

Membrana plasmatica

Senza entrare nel dettaglio, per non sconfinare nel campo della Biologia, sono qui presentate le caratteristiche principali della cellula, la conoscenza delle quali, tuttavia, permette una migliore comprensione degli aspetti morfo-funzionali dei vari tessuti. La membrana plasmatica o plasmalemma è l’involucro che delimita la cellula e la separa dall’ambiente extracellulare (matrice extracellulare). È costituita principalmente da proteine e lipidi ed è rivestita da uno strato di spessore e composizione variabile, il glicocalice ricco in glucidi. La membrana plasmatica permette l’adesione fra cellule, favorisce e regola gli scambi fra cellula e cellula e quelli fra cellula e matrice extracellulare; su di essa sono presenti recettori, ovvero glicoproteine capaci di interagire con molecole provenienti dall’ambiente extracellulare (ligandi: es. ormoni). Questa interazione è quindi causa di modificazioni del metabolismo cellulare.

Funzioni della membrana plasmatica

• Mantiene l’integrità strutturale della cellula
• Regola la pressione osmotica tra l’ambiente intra- ed extracellulare
• Media il trasporto di piccole e grandi molecole in entrata e in uscita
• Media i fenomeni di endocitosi, esocitosi, gemmazione
• Riconosce molecole e particelle mediante recettori
• Trasduce segnali extracellulari in eventi intracellulari
• È sede di fenomeni bioelettrici (potenziale di membrana) ed è coinvolta nei fenomeni di adesione cellulare (cellula-cellula e cellula-matrice)
• Presenta zone specializzate

Interno della cellula

L’interno della cellula è costituito dal nucleo e dal citoplasma. Nel nucleo interfasico è possibile distinguere la cromatina più addensata o eterocromatina, fortemente elettrondensa al microscopio elettronico a trasmissione (TEM), inattiva dal punto di vista della trascrizione, e quella più dispersa o eucromatina, scarsamente elettrondensa, più attiva. La posizione del nucleo è generalmente centrale, ma può localizzarsi a un polo della cellula quando questa è funzionalmente polarizzata.

Il citoplasma, sede delle attività metaboliche, è costituito dal citosol, che è la parte acquosa non strutturata dove si trovano in soluzione le molecole per il metabolismo cellulare, e dagli organuli. Degli organuli ricordiamo il reticolo endoplasmatico granulare o rugoso detto ergastoplasma, ricco in ribosomi, necessario per la sintesi proteica e responsabile, assieme ai ribosomi liberi, della cosiddetta basofilia citoplasmatica. Il reticolo endoplasmatico liscio, che nelle gonadi e nelle ghiandole surrenali è coinvolto nella sintesi steroidea, nel fegato partecipa ai processi di detossificazione e al metabolismo del glicogeno.

Il complesso o apparato di Golgi, costituito da una serie di cisterne appiattite e impilate fra di loro, partecipa a diversi processi biosintetici ed è il responsabile della formazione delle vescicole di secrezione. I lisosomi sono vacuoli contenenti idrolasi acide, cioè enzimi litici utilizzati sia nei processi digestivi all’interno della cellula, sia, soprattutto, nei processi della fagocitosi nei macrofagi e nei granulociti neutrofili. I mitocondri sono organuli bastoncellari capaci di produrre energia per le varie funzioni cellulari formando molecole di ATP.

I tessuti

I tessuti sono strutture formate da cellule simili tra loro sia per aspetto che per funzione; il tessuto svolge funzioni più elaborate di quelle delle singole cellule. Più tessuti diversi formano l'organo, che svolge funzioni più complesse rispetto a quelle di un singolo tessuto. L’insieme di più organi collegati funzionalmente costituisce un sistema o apparato capace di funzioni ancora superiori.

Filamenti intermedi

Elevata resistenza alla trazione, molto stabili

• Esempi: cheratine
• Desmosomi ed emidesmosomi

Filamenti di actina o microfilamenti

15% delle proteine totali nelle cellule non muscolari. Strato corticale della cellula: trama tridimensionale, membrana dell’eritrocita, microvilli, cellule muscolari.

La cromatina

Nelle cellule eucariotiche il materiale genetico, che è contenuto all’interno dell’involucro nucleare nel periodo di interfase, si presenta sotto forma di cromatina, come materiale finemente granulare o fibrillare, la eucromatina, ma anche più grossolanamente condensata in masserelle, la eterocromatina. La cromatina è costituita da “fibre” (filamenti) che contengono il DNA e proteine. Durante la divisione cellulare tali fibre si condensano al massimo livello, dando luogo ai cromosomi visibili.

Tecniche di studio in istologia

1.1 Gli strumenti a disposizione dell’istologo: i microscopi

Lo scopo dell’istologo è quello di fare delle analisi su dei tessuti in base alle esigenze; per fare ciò, si avvale di diverse strumentazioni. In particolare, lo strumento che più caratterizza il lavoro dell’istologo è il microscopio.

1.1.1 I diversi tipi di microscopio

Le unità di misura generalmente utilizzate in istologia sono il centimetro, il millimetro, il micrometro (corrispondente a 1 millesimo di millimetro) e il nanometro (1 millesimo di micrometro). Un’altra unità di misura che però non appartiene al SI (Sistema internazionale di unità di misura), ma che viene ancora utilizzata è l’Ångström che corrisponde a 1/10 di nanometro.

Per fare un’indagine istologica ci si può avvalere di diversi tipi di microscopi, da scegliere in base al tipo di indagine che dobbiamo fare: ogni microscopio è infatti dotato di un certo range di indagine, ossia è caratterizzato da delle caratteristiche costruttive che determinano la dimensione più piccola che esso è in grado di far osservare. In base al range distinguiamo nei seguenti tipi di microscopi:

• Microscopio ottico, in grado di arrivare ai decimi di micrometro (0.1 μm), tra i quali distinguiamo in particolare:
  • Il microscopio stereoscopico, costituito da due microscopi affiancati e puntati su di uno stesso campione, in grado di fornire immagini tridimensionali
  • Il microscopio a fluorescenza, in grado di localizzare e rivelare molecole autofluorescenti o rese fluorescenti grazie a fluorocromi
• Microscopio elettronico, tra i quali distinguiamo:
  • Microscopio elettronico a scansione (SEM), con un range che arriva ai 10 nm
  • Microscopio elettronico a trasmissione (TEM), con un range che arriva quasi agli Ångström (≈ 10 Å)

1.2 Preparazione del materiale istologico

I tessuti sono normalmente quasi incolori e privi di contrasto. Per risolvere questi problemi si ricorre alle seguenti soluzioni:

1. Il tessuto vivo deve essere fissato, con mezzi che possono essere:
   • Chimici
   • Fisici
2. Il tessuto viene indurito, in due modi:
   • Per inclusione
   • Per congelamento
3. Il campione deve essere tagliato in modo da essere attraversato efficacemente dalla luce
4. Per essere osservato, il campione deve essere colorato

1.2.5.1 Tipi di colorante

Possiamo dividere i coloranti in vari modi: classici o non classici, più o meno utilizzati, ecc. In ogni caso, essi si comportano come molecola acide o basiche e formano legami ionici con le molecole del tessuto; si può quindi distinguere fondamentalmente tra:

• Coloranti basici (+), che legano molecole basofile (-) come RNA, DNA, GAG; tra di essi si annoverano:
  • Ematossilina
  • Blu di toluidina
  • Blu di metilene
• Coloranti acidi (-), che legano molecole acidofile (+) come proteine citoplasmatiche, della matrice extracellulare e dei tessuti; tra di essi troviamo:
  • Eosina
  • Fucsina acida

Colorazioni istologiche microscopio ottico (necessarie perché i nostri tessuti sono trasparenti).

Coloranti

L’ematossilina è una sostanza vegetale isolata da un estratto di legno azzurro (Haematoxylum campechianum) un albero originario del centro America. Questa è di per sé incolore (o si presenta sotto forma di cristalli giallo-bruni) incapace di colorare. Il vero colorante non è l’ematossilina, ma il suo prodotto di ossidazione: l’emateina (per questo all’ematossilina vanno aggiunte sostanze ossidanti come il permanganato di potassio, l’idrato di potassio, iodato di sodio, ecc.). È un colorante basico che colora di viola i basofili come nucleo (acidi nucleici) e citoplasma se ricco di ribosomi (che sono acidi).

L’eosina è un colorante artificiale debolmente acido, di cui esistono varie forme, che colora i citoplasmi, il tessuto connettivo e la sostanza intercellulare in varie tonalità di rosa. L'eosina è chimicamente una tetrabromofluoresceina. È un colorante acido che colora di rosa arancio gli acidofili come gran parte del citoplasma e l’emoglobina.

L'istologia

L’istologia è la scienza che studia i tessuti. Questi sono insiemi di cellule specializzate che svolgono una determinata funzione o funzioni strettamente collegate. Possiamo distinguere quattro principali tipi di tessuti animali:

1. Epiteliale, che può essere a sua volta:
   • Di rivestimento
   • Ghiandolare
   • Modificato
   • Sensoriale
2. Connettivo, che può essere:
   • Solido, di sostegno
   • Liquido, con funzioni trofiche, di trasporto o di difesa
3. Muscolare, diviso in:
   • Liscio
   • Striato scheletrico
   • Striato cardiaco
4. Nervoso

Il tessuto epiteliale o epitelio

Il tessuto epiteliale, anche chiamato comunemente epitelio, è costituito da uno o più strati continui di cellule, in mutuo contatto tra di loro tramite le giunzioni intercellulari. Queste hanno moltissime funzioni, tra cui la comunicazione è una delle più importanti: la comunicazione intercellulare permessa dalle giunzioni è infatti l’unico elemento in grado di permettere varie azioni fondamentali per l’organismo, come il passaggio di impulsi elettrici che fa contrarre i muscoli o permette il pensiero. I vari strati poggiano su uno strato di connettivo chiamato lamina basale ed è nulla o scarsissima la sostanza extracellulare. È poi rilevante il fatto che gli epiteli non sono irrorati di sangue; la lamina basale funge quindi anche da filtro che permette a nutrienti e all’ossigeno provenienti dai vasi sanguigni del connettivo sottostante (costituiti da capillari) di arrivare all’epitelio e di evitarne in tal modo la necrosi. Come già anticipato i vari epiteli possono essere suddivisi in:

1. Epiteli di rivestimento, come l’epidermide o la mucosa gastrica
2. Ghiandolari, divisi in ghiandole esocrine (salivari) ed endocrine (tiroide)
3. Modificati, come il cristallino dell’occhio e lo smalto dei denti
4. Sensoriali, come la mucosa olfattiva

Epiteli di rivestimento

Gli epiteli di rivestimento rivestono la superficie esterna del corpo; inoltre tutti gli organi cavi (ossia quelli che presentano un lume interno) hanno superficie interna rivestita da un epitelio di rivestimento. Tali epiteli hanno funzione protettiva, di assorbimento, di regolazione degli scambi, ecc. Si possono classificare in diverso modo, in particolare in base a:

• Numero di strati cellulari, in tal modo avremo epiteli di rivestimento:
  • Monostratificati se vi è un solo strato di cellule a contatto con la lamina basale
  • Pluristratificati se vi sono più strati di cellule di cui uno solo poggia sulla lamina (strato basale)
• Morfologia cellulare, e si potrà dividere tra:
  • Pavimentoso, se le cellule sono sottili ed appiattite
  • Cubico, se le cellule hanno forma cubica con il nucleo in posizione più o meno centrale
  • Cilindrico, se le cellule hanno forma allungata con il nucleo posizionato “a tre quarti” in prossimità della lamina basale

Gli epiteli pluristratificati si trovano in organi che presentano problemi di attrito meccanico o disidratazione e vanno spesso incontro alla perdita di cellule e quindi destratificazione. Nel loro strato basale troviamo per cui delle cellule staminali adulte che permettono la rigenerazione degli strati dell’epitelio.

Caratteristiche generali degli epiteli di rivestimento

Come già anticipato nel sommario introduttivo, gli epiteli di rivestimento sono quei tessuti che rivestono la parte esterna del corpo o i cosiddetti “organi cavi”, ossia quegli organi che presentano un lume interno. Essendo degli epiteli, tra le loro caratteristiche generali ritroviamo:

• Spazio intercellulare ridotto
• Assenza di vasi sanguigni: nutrimento e omeostasi derivano quindi dal tessuto sottostante
• Organizzazione in strati singoli o multipli
• Capacità mitotica: alla base si trovano cellule staminali in grado di entrare in mitosi consentendo la riparazione e la rigenerazione del tessuto epiteliale
• Coesione cellulare: questa viene mantenuta da una componente proteica
• Polarità: caratteristica di cellule adulte, è sinonimo di funzionalità; le caratteristiche e le specializzazioni di superficie del tessuto devono essere considerate perciò anche in funzione della polarità
• Specializzazioni di superficie: in base alla polarità, possono presentarsi delle specializzazioni superficiali in zona apicale o baso-laterale

Le giunzioni cellulari

Si è detto che la coesione cellulare (sia tra le cellule che tra cellula e membrana basale) viene mantenuta da una importante componente proteica; quest’ultima è costituita dalle giunzioni cellulari, particolari proteine con molteplici funzioni a loro volta divisibili in due macro-gruppi: di contatto o di comunicazione. Tra di esse ricordiamo:

• Le giunzioni occludenti, costituite da claudine e occludine, il cui compito è quello di chiudere lo spazio intercellulare e limitare il passaggio di molecole
• Le giunzioni aderenti, costituite da caderine-E che hanno il compito di mettere in comunicazione i fasci di actina di due cellule adiacenti
• Le giunzioni a desmosoma, costituite da caderine, hanno il compito di mettere in comunicazione le fibre cheratiniche dei filamenti intermedi di due cellule adiacenti
• Le giunzioni ad emidesmosoma, costituite da integrine, hanno il compito di mettere in comunicazione le fibre cheratiniche dei filamenti intermedi di una cellula con le fibre della lamina basale
• Le giunzioni canalar