ELEMENTI DI ISTOLOGIA ROBERTA DI PIETRO con la collaborazione di Maria Antonietta Centurione Roberta Di Pietro ELEMENTI DI ISTOLOGIA Copyright © 2013, EdiSES s.r.l. – Napoli 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 2018 2017 2016 2015 2014 2013 Le cifre sulla destra indicano il numero e l’anno dell’ultima ristampa effettuata A norma di legge, le pagine di questo volume non possono essere fotocopiate o ciclostilate o comunque riprodotte con alcun mezzo meccanico. La Casa Editrice sarebbe particolarmente spiacente di dover promuovere, a sua tutela, azioni legali verso coloro che arbitrariamente non si adeguano a tale norma. L’Editore Gran parte dei paragrafi istologici (compreso quello di copertina) è stato allestito da La Nuova Didattica s.r.l., Via Orbetello, 1, 20132 Milano Fotocomposizione : EdiSES S.r.l. – Napoli Fotoincisione e stampa: Tipolitografia Petruzzi Corrado & Co. s.n.c. Zona Ind. Regnano – Città di Castello (PG) per conto della EdiSES – Napoli http://www.edises.it e-mail: [email protected] ISBN 978 88 7959 743 2 L’AUTRICE ROBERTA DI PIETRO è Professore Ordinario di Istologia presso la Facoltà di Medicina e Chirurgia dell’Università “G. d’Annunzio” di Chieti-Pescara, Dipartimento di Medicina e Scienze dell’Invecchiamento. Laureata in Medicina e Chirurgia e Specialista in Medicina dello Sport (Università di Chieti), ha svolto parte della sua formazione presso prestigiosi istituti esteri, quali il Biochemistry Department, AFRC, Cambridge UK, ed il Pathology Department, USUHS, Bethesda, USA. È titolare presso l’Università “G. d’Annunzio” di Chieti-Pescara di numerosi corsi di insegnamento relativi alle discipline di Istologia ed Embriologia attivati presso il Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia, il Corso di Laurea Magistrale in Odontoiatria e Protesi Dentaria, il Corso di Laurea Triennale in Fisioterapia e il Corso di Laurea Triennale in Scienze delle Attività Motorie e Sportive. Negli anni accademici 2003/04-2009/10 è stata Professore Incaricato esterno di Embriologia presso l’Università Campus Biomedico di Roma. Dal 2007 è membro dell’Editorial Board della rivista Current Pharmaceutical Design in qualità di Executive Guest Editor. In tale veste ha curato l’edizione del volume “Physical and chemical agents inducing cell death and differentiation” nel 2010 e del volume “Stem cells and tissue regeneration” nel 2012. Autore di 156 pubblicazioni scientifiche, ha dedicato la sua attività di ricerca principalmente allo studio degli aspetti morfologici e funzionali del processo di apoptosi in diversi modelli sperimentali e all’analisi dei meccanismi di proliferazione e differenziamento cellulare indotti da agenti fisici e chimici in linee leucemiche e colture primarie. PREFAZIONE È con immensa gioia che mi accingo a presentare questo mio primo libro di testo, nato dall’esigenza di fornire agli studenti del materiale didattico illustrativo e integrativo delle lezioni di Istologia che da numerosi anni svolgo con passione sia per il Corso di Laurea in Fisioterapia che per il Corso di Laurea in Scienze Motorie, attualmente Corso di Laurea in Scienze delle Attività Motorie e Sportive, dell’Università G. d’Annunzio di Chieti-Pescara. Nell’ampio e articolato panorama di testi di Istologia offerto dalle diverse Case Editrici è stato piuttosto arduo trovare la giustificazione per immettere sul mercato un nuovo prodotto che non fosse una ripetizione di quanto già disponibile. Si è allora pensato di dare risalto alle immagini istologiche, che normalmente vengono ignorate da molti studenti in quanto considerate inutili e incomprensibili, corredandole di indicatori e legende e, laddove possibile, di schemi interpretativi. Lo sforzo che si è cercato di compiere ha riguardato soprattutto la semplicità del linguaggio e la sinteticità degli argomenti, pur senza trascurare riferimenti al passato (nell’etimologia delle parole) e proiezioni verso il futuro, nel fare ad esempio ripetuti richiami alle cellule staminali, che attualmente risultano ancora poco valorizzate nei libri di testo di Istologia e di Embriologia. Gli argomenti trattati sono stati organizzati in cinque capitoli, riguardanti i livelli di organizzazione della materia e i tessuti epiteliale, connettivo, muscolare e nervoso, all’interno dei quali sono state spalmate nozioni di Citologia e di Embriologia, ma soprattutto evidenziate correlazioni cliniche e funzionali. Un utile glossario, presente in appendice, aiuterà gli studenti ad acquisire dimestichezza con termini spesso considerati ostili e difficili da comprendere e memorizzare. A conclusione di questa mia premessa, vorrei ringraziare la Dr.ssa Maria Antonietta Centurione per la proficua e incondizionata collaborazione e la EdiSES per la fiducia e l’opportunità che mi ha riservato, augurandomi che questo lavoro svolto con dedizione ed entusiasmo possa appassionare a sua volta quanti lo leggeranno. ROBERTA DI PIETRO Materiale di supporto per i docenti I docenti che utilizzano il testo a scopo didattico possono scaricare dal sito www.edises.it, previa registrazione all’area docenti, le immagini del libro in formato PowerPoint. INDICE GENERALE CAPITOLO 1 CAPITOLO 3 LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE DELLA MATERIA VIVENTE 1 1.1 L’istologia è la branca della medicina che studia i tessuti 1 La cellula eucariotica è delimitata da una membrana e contiene nucleo e citoplasma Le cellule differenziate si organizzano in tessuti specializzati 2 5 CAPITOLO 2 TESSUTO EPITELIALE 9 2.1 Caratteristiche generali delle cellule epiteliali 9 Le cellule epiteliali hanno caratteristiche morfologiche comuni e sono le più adatte a svolgere funzioni di barriera Le cellule epiteliali presentano specializzazioni della membrana plasmatica 2.2 Epiteli di rivestimento I tessuti epiteliali vengono classificati in base a criteri morfologici e funzionali 2.3 Epiteli ghiandolari Gli epiteli ghiandolari formano le ghiandole esocrine ed endocrine Le ghiandole esocrine sono le ghiandole più numerose del nostro organismo e vengono classificate in base a diversi criteri morfologici e funzionali Le ghiandole endocrine non possiedono dotti escretori e il loro secreto (ormone) raggiunge per diffusione il torrente sanguigno Le ghiandole endocrine vengono classificate analogamente alle ghiandole esocrine secondo criteri morfologici e funzionali TESSUTO CONNETTIVO 29 3.1 Caratteristiche generali delle cellule connettivali 29 Le cellule connettivali presentano una notevole eterogeneità morfologica e sono separate da abbondante matrice extracellulare I tessuti connettivi si suddividono in tre principali categorie funzionali 9 12 12 16 16 17 23 24 35 3.2 Tessuti connettivi propriamente detti 35 I tessuti connettivi propriamente detti svolgono funzioni di connessione funzionale o meccanica 35 3.3 Tessuti connettivi di sostegno 9 29 I tessuti connettivi di sostegno formano l’impalcatura corporea e comprendono il tessuto cartilagineo e il tessuto osseo Il tessuto cartilagineo, grazie alla sua rigidità e rapidità di crescita, è particolarmente adatto a costituire lo scheletro dell’embrione e del feto in via di sviluppo Il tessuto cartilagineo è costituito da cellule e da una matrice extracellulare ricca di proteoglicani A differenza degli altri tessuti connettivi, il tessuto cartilagineo è privo di nervi e vasi sanguigni e linfatici In base alle caratteristiche della matrice e delle cellule specializzate che l’hanno prodotta si possono distinguere tre tipi principali di cartilagine: ialina, elastica, fibrosa Il tessuto osseo è uno dei tessuti più duri dell’organismo, essendo costituito da una matrice altamente mineralizzata per la presenza di cristalli minerali, in prevalenza di fosfato di calcio 41 41 42 42 44 45 49 VIII Indice generale All’osservazione macroscopica le ossa presentano una struttura in parte compatta e in parte spugnosa A livello microscopico, una volta completato lo sviluppo, sia l’osso compatto che quello spugnoso appaiono di tipo lamellare Le lamelle ossee si dispongono in maniera diversa nell’osso compatto e nell’osso spugnoso Le componenti strutturali del tessuto osseo, analogamente agli altri tessuti connettivi, sono rappresentate da cellule e matrice extracellulare La matrice extracellulare dell’osso è costituita da componenti organiche e inorganiche Il tessuto osseo si forma a partire da membrane connettivali o per sostituzione di un preesistente modello cartilagineo L’accrescimento postnatale dell’osso avviene in lunghezza e in larghezza ed è sotto il controllo di fattori endocrini e nutrizionali Il tessuto osseo è un tessuto molto dinamico soggetto a continuo rimodellamento 3.4 Tessuti connettivi con funzione trofica CAPITOLO 4 51 54 55 57 60 60 65 68 71 I tessuti connettivi con funzione trofica comprendono il sangue, la linfa e il tessuto adiposo 71 Il sangue è un tessuto di derivazione mesenchimale che si forma attraverso il processo di emopoiesi o ematopoiesi 72 Il sangue è costituito da plasma per il 55% e da elementi figurati per il 45% 73 Gli eritrociti sono cellule altamente specializzate che derivano da cellule staminali midollari di derivazione mesenchimale 74 I leucociti sono cellule circolanti che svolgono le proprie funzioni di difesa all’interno dei tessuti connettivi 77 I granulociti, i monociti e i linfociti del sangue hanno origine dal midollo osseo 84 Le piastrine o trombociti sono elementi figurati che impediscono la perdita di sangue in caso di lesioni vascolari (emostasi) 88 Il processo che porta alla formazione delle piastrine viene detto trombopoiesi o piastrinopoiesi e si realizza nel midollo osseo 90 Il tessuto adiposo è un tessuto connettivo di derivazione mesenchimale con funzione trofica 90 TESSUTO NERVOSO 95 4.1 Sistema nervoso 95 Il tessuto nervoso è parte integrante di un sistema complesso, il sistema nervoso, che rappresenta uno dei sistemi di regolazione dell’organismo 95 4.2 Caratteristiche generali delle cellule nervose I neuroni sono cellule capaci di rispondere agli stimoli generando e conducendo segnali elettrici Il tessuto nervoso si forma dall’ectoderma neurale durante la III e la IV settimana dello sviluppo embrionale I neuroni sono distinti tra loro per forma, grandezza, numero e lunghezza dei prolungamenti, ruolo funzionale e tipo di neurotrasmettitore secreto Tutte le parti del neurone sono coperte da cellule gliali o neurogliali che svolgono importanti funzioni all’interno del sistema nervoso centrale e periferico L’insieme dell’assone e dei suoi involucri gliali di origine ectodermica viene definito fibra nervosa Le guaine mieliniche isolano gli assoni dall’ambiente circostante e aumentano la velocità di conduzione dell’impulso nervoso 4.3 La comunicazione tra neuroni Le sinapsi sono strutture specializzate di connessione strutturale e funzionale tra neuroni Le sinapsi sono giunzioni specializzate tra neuroni a livello delle quali il segnale elettrico viene convertito in segnale chimico 4.4 Rigenerazione del tessuto nervoso 96 96 98 103 107 111 114 118 118 121 123 La maggior parte dei neuroni che costituiscono il nostro sistema nervoso è già presente quando nasciamo, ma molte evidenze sperimentali indicano che lo sviluppo di nuove cellule nervose, o neurogenesi, è un processo che continua a verificarsi durante tutta la vita 123 Indice generale CAPITOLO 5 TESSUTO MUSCOLARE 127 5.1 Caratteristiche generali e tipologie di tessuto muscolare 127 Il tessuto muscolare è un tessuto specializzato nella funzione contrattile 127 5.2 Tessuto muscolare scheletrico 130 Il tessuto muscolare striato scheletrico costituisce i muscoli scheletrici dell’apparato locomotore 130 La fibra muscolare scheletrica presenta una tipica striatura o bandeggiatura trasversale nel sarcoplasma dovuta alla disposizione in registro delle miofibrille e alla presenza di sarcomeri 133 La contrazione muscolare è dovuta allo scorrimento dei miofilamenti sottili sui miofilamenti spessi verso il centro del sarcomero 140 Lo scorrimento dei filamenti sottili su quelli spessi avviene dopo una serie di processi cellulari ben coordinati che prendono il nome di accoppiamento eccitazione-contrazione 143 Le fibre che compongono un muscolo scheletrico presentano caratteristiche morfo-funzionali diverse 146 La fibra muscolare si contrae in risposta ad un impulso nervoso trasmesso da una fibra nervosa motoria a livello della giunzione neuromuscolare Le prestazioni di un muscolo scheletrico vengono influenzate dal numero, dalle dimensioni e dalla disposizione anatomica delle fibre muscolari che lo compongono 5.3 Tessuto muscolare cardiaco Il tessuto muscolare striato cardiaco costituisce la tonaca muscolare del cuore e presenta caratteristiche intermedie tra il tessuto muscolare scheletrico e quello liscio 5.4 Tessuto muscolare liscio Il tessuto muscolare liscio è costituito da fibrocellule fusiformi organizzate in fasci o lamine all’interno dei visceri IX 148 150 152 152 157 157 Glossario 163 Indice analitico 171 LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE DELLA MATERIA VIVENTE 1 SOMMARIO 1.1 1.1 L’ISTOLOGIA È LA BRANCA DELLA MEDICINA CHE STUDIA I TESSUTI L’istologia è una disciplina fondamentale nell’ambito delle scienze biomediche; infatti, grazie a questa disciplina è stato possibile lo studio della struttura microscopica del materiale biologico e delle modalità con cui i singoli costituenti corporei sono correlati strutturalmente e funzionalmente. In essa convergono numerose discipline, quali la biochimica, la biologia molecolare, la genetica e la fisiologia, che nel complesso creano le basi per la comprensione dei processi patologici. La conoscenza delle strutture istologiche normali è infatti essenziale per il riconoscimento delle strutture patologiche e per comprendere come l’alterazione di processi biochimici e fisiologici sfoci nella malattia. In anni recenti, grazie alla disponibilità di strumenti di osservazione sempre più sofisticati sono stati identificati dei livelli fondamentali di organizzazione della materia vivente (Fig. 1.1) o protoplasma, ovvero di tutto ciò che, dotato di forma e dimensioni definibili, ha la capacità di riprodursi e di replicarsi dando origine ad “entità” che sono simili al progenitore per forma, dimensioni e proprietà funzionali. Il primo ed anche il più semplice dei livelli della materia è rappresentato dal livello L’ISTOLOGIA È LA BRANCA DELLA MEDICINA CHE STUDIA I TESSUTI atomico, che costituisce la base di tutti gli altri livelli di organizzazione. Lo studio dell’atomo è di competenza della fisica. Il livello immediatamente superiore è rappresentato dal livello molecolare, il cui studio riguarda la chimica. È noto, infatti, che gli atomi dei vari elementi presenti in natura (ad esempio l’ossigeno o l’idrogeno) tendono ad aggregarsi spontaneamente in molecole per lo più semplici e formate da pochi elementi associati (ad esempio la molecola d’acqua, che è formata da 2 atomi di idrogeno e 1 atomo di ossigeno). Solo negli esseri viventi si formano molecole grandi e complesse aventi come punto centrale catene carboniose di diversa lunghezza: lo studio di questo livello di organizzazione macromolecolare è compito della chimica organica, da cui nell’ultimo secolo è derivata la chimica biologica. Un tipico esempio di macromolecola biologica è rappresentato dal DNA, l’acido desossiribonucleico, che è costituito da nucleotidi contenenti uno zucchero, una base azotata e un gruppo fosforico. Più macromolecole possono associarsi e interagire tra loro all’interno degli organuli cellulari, che fanno parte del successivo livello di organizzazione: il livello cellulare. La cellula rappresenta la più piccola unità vivente, capace di nutrirsi, di riprodursi, di interagire con l’ambiente, di ammalarsi e di morire. La disciplina che studia le caratteristiche morfologiche e funzionali di cellule e organuli cellulari è la citologia, che rappresenta una branca dell’istologia. Negli 2 Capitolo 1 Livello d’apparato Livello d’organo Livello tessutale Tessuto muscolare Cuore Livello molecolare Apparato cardiocircolatorio Filamenti proteici Livello cellulare Cellula muscolare Figura 1.1 Livelli di organizzazione della materia vivente. Le molecole interagenti tra loro formano gli organuli (es. filamenti proteici del citoscheletro) presenti all’interno delle cellule muscolari cardiache. Queste cellule si uniscono a formare il tessuto muscolare cardiaco, che costituisce la gran parte della parete di un organo tridimensionale, il cuore. Il cuore è un componente dell’apparato cardiocircolatorio, che include anche il sangue e i vasi sanguigni. esseri pluricellulari, più cellule aventi analoghe caratteristiche morfo-funzionali si aggregano a formare i tessuti, che sono oggetto di studio dell’istologia (etimologicamente istòs logos significa “discorso sui tessuti”). Negli organismi più complessi, tessuti con diverse caratteristiche morfologiche e funzionali si aggregano a formare gli organi, che rappresentano il livello di organizzazione successivo. Gli organi e gli apparati, insiemi di organi diversi che cooperano allo svolgimento di una stessa funzione (ad esempio stomaco e intestino che formano l’apparato digerente con funzioni digestive), sono ambito di studio dell’anatomia. Più apparati formano un organismo complesso, i cui meccanismi di funzionamento vengono studiati dalla fisiologia. La cellula eucariotica è delimitata da una membrana e contiene nucleo e citoplasma Il termine cellula fu coniato nel 1665 dal microscopista inglese Robert Hooke che, esaminando un pezzetto di sughero con un rudimentale microscopio ottico, notò la presenza di tanti piccoli quadrati o “cellette”, simili alle celle di un monastero, che rappresentavano le pareti di cellule vegetali. Nello stesso secolo Anton van Leeuwenhoek scoprì le cel- lule del sangue, i batteri ed altri organismi unicellulari, mentre solo nel 1838 Matthias Jakob Schleiden, biologo tedesco, teorizzò che tutte le piante sono costituite da cellule e, un anno dopo, Theodor Schwann, fisiologo tedesco, teorizzò che tutti gli animali sono costituiti da cellule. Si dovette arrivare al 1855 perché Rudolf L. K. Virchow, patologo tedesco, enunciasse la teoria cellulare (omnis cellula e cellula), che si può così riassumere: 1. tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule; 2. tutte le cellule derivano da cellule preesistenti; 3. le cellule sono le più piccole unità viventi. Nel corpo umano ci sono migliaia di miliardi di cellule e tutto quello che avviene in un organismo dipende dall’attività coordinata di milioni o miliardi di cellule. Questo riguarda gli organismi pluricellulari, all’interno dei quali le cellule formano delle società di cooperazione (tessuti) per svolgere meglio i loro compiti, compiti che ovviamente vengono assolti da una sola cellula nel caso degli organismi unicellulari, come i protozoi (amebe). Per poter comprendere il funzionamento del corpo umano è quindi necessario avere una certa familiarità con gli aspetti morfologici e i principi di funzionamento della cellula. Livelli di organizzazione della materia vivente 3 Apparato di Golgi REL Nucleoplasma Mitocondrio Cromatina Nucleo Nucleolo Involucro nucleare RER Ribosomi fissi Citoscheletro Ribosomi liberi Membrana plasmatica Figura 1.2 Schema di organizzazione cellulare. Le frecce indicano il flusso bidirezionale di molecole a livello della membrana plasmatica. Prendendo in considerazione i parametri morfologici (Fig. 1.2), tutte le cellule presentano: 1. una membrana cellulare (membrana plasmatica o plasmalemma), che separa l’ambiente interno dall’ambiente esterno; 2. una regione contenente DNA, che conserva le istruzioni per la sopravvivenza; 3. un citoplasma, ovvero una regione semi-fluida contenente il resto dei “macchinari” (organuli) e dei componenti cellulari. Le cellule non sono tutte uguali (Fig. 1.3). Inoltre, esistono delle forme di vita non cellulari come nel caso dei virus e dei batteriofagi, che sono composti unicamente da un acido nucleico (DNA o RNA) e da un involucro (capside) proteico. Altri organismi molto semplici, come i batteri o procarioti (pro karion = prima del nucleo), sono cellule nel vero senso della parola, ma prive di involucro nucleare e di organuli citoplasmatici. Altre cellule, più complesse, appartengono alla classe degli eucarioti (eu karion = buon nucleo), che comprende organismi pluricellulari, come piante e animali, nonché organismi monocellulari come i protozoi. Rimandando ad altri testi per eventuali approfondimenti, ci limitiamo a schematizzare le principali caratteristiche di procarioti ed eucarioti. Una cellula procariotica (Fig. 1.3) possiede: – una membrana plasmatica; – una parete cellulare rigida, contenente polisaccaridi; – un nucleoide, regione interna contenente DNA libero nel citoplasma. Non possiede organuli, ad eccezione dei ribosomi. Una tipica cellula eucariotica vegetale (Fig. 1.3; Fig. 1.4) presenta: – una parete cellulare rigida, contenente cellulosa e polisaccaridi, di rinforzo alla membrana plasmatica; – un grosso vacuolo centrale, che funge da riserva idrica; – cloroplasti, organuli simili ai mitocondri deputati alla fotosintesi clorofilliana, processo con cui il biossido di carbonio (anidride carbonica) viene convertito in zucchero e ossigeno catturando l’energia della luce attraverso la clorofilla; – un nucleo delimitato da una doppia membrana. 4 Capitolo 1 Pili Flagello batterico Mitocondrio Ribosomi Citoplasma Nucleoide Capsula Membrana plasmatica Citosol Parete cellulare CELLULA BATTERICA Apparato di Golgi Vescicola Vacuolo centrale Involucro nucleare Cromatina Nucleolo Tonoplasto (membrana del vacuolo centrale) Nucleo Cloroplasto Plasmodesmi Microtubuli (componenti del citoscheletro) RE ruvido o rugoso Parete cellulare Ribosoma Reticolo endoplasmatico RE liscio Membrana plasmatica Assenti in cellule vegetali: lisosomi, centrioli, flagelli CELLULA VEGETALE Mitocondrio Microcorpo Complesso del poro nucleare Involucro nucleare Cromatina Coppia di centrioli nel centrosoma Nucleo Nucleolo RE ruvido o rugoso Ribosoma Reticolo endoplasmatico Lisosoma RE liscio Figura 1.3 Alcuni esempi schematici di cellule procariotiche (batteri) ed eucariotiche (cellule vegetali ed animali). Sono indicati i vari organuli citoplasmatici e le differenze principali tra cellula vegetale ed animale. Microtubuli che si irradiano dal centrosoma Microfilamenti Vescicola Membrana plasmatica Apparato di Golgi Citosol CELLULA ANIMALE Assenti in cellule animali: cloroplasti, vacuolo centrale, parete cellulare, plasmodesmi TESSUTO EPITELIALE 2 SOMMARIO 2.1 CARATTERISTICHE GENERALI DELLE CELLULE EPITELIALI Le cellule epiteliali hanno caratteristiche morfologiche comuni e sono le più adatte a svolgere funzioni di barriera Il tessuto epiteliale è costituito, prevalentemente, da cellule piccole (10-30 m), di forma poliedrica, poste a mutuo contatto fra loro con interposizione di scarso materiale extracellulare (matrice) (Fig. 2.1). Le cellule epiteliali formano delle lamine o anche degli ammassi solidi da cui derivano le ghiandole esocrine ed endocrine. Gli epiteli sono tessuti superficiali ed esposti e, pertanto, sempre a contatto con l’ambiente esterno o con le cavità interne del corpo, che circoscrivono formando una sorta di barriera di demarcazione. La scarsità di matrice extracellulare determina alcune importanti caratteristiche, quali la trascurabile resistenza meccanica e la mancanza di una propria vascolarizzazione che, se fosse presente, comprometterebbe la compattezza del tessuto e il conseguente “effetto barriera” che spetta agli epiteli. L’apporto di ossigeno e sostanze nutritizie avviene per diffusione dai capillari del connettivo su cui le lamine epiteliali poggiano mediante l’interposizione di una membrana o lamina basale, costituita da materiale acellulare ricco di proteine e carboidrati (Fig. 2.1). Sono invece presenti, all’interno degli epiteli, sottili terminazioni nervose. 2.1 CARATTERISTICHE GENERALI DELLE CELLULE EPITELIALI 2.2 EPITELI DI RIVESTIMENTO 2.3 EPITELI GHIANDOLARI Il tessuto epiteliale, essendo sottoposto a continua usura, è capace di rigenerarsi e di rinnovarsi continuamente, anche se con diverse velocità nei diversi distretti corporei (ad esempio, 2-3 giorni per l’epitelio intestinale, 20-30 giorni per l’epidermide). Cellule staminali indifferenziate si dividono per mitosi asimmetrica, generando nuove cellule staminali e nello stesso tempo cellule capaci di differenziarsi, andando a rimpiazzare le cellule epiteliali morte o danneggiate. Il tessuto epiteliale è pertanto un tessuto ad elevato turnover, capace di rinnovarsi per tutto il corso della vita. Le principali funzioni dei tessuti epiteliali si possono così riassumere (Fig. 2.2): 1. protezione dei tessuti sottostanti dai vari stimoli fisici, chimici e meccanici (esempio: epidermide); 2. scambio e trasporto di sostanze (esempio: epitelio intestinale); 3. produzione di secrezioni specializzate (esempio: ghiandole); 4. captazione di stimoli di varia natura (esempio: epiteli sensoriali di occhio, orecchio, etc.). Le cellule epiteliali presentano specializzazioni della membrana plasmatica La cellula epiteliale presenta specializzazioni della membrana legate alla necessità di assorbire, produrre secrezioni, svolgere funzioni di trasporto, mantenere l’integrità strutturale. 10 Capitolo 2 Cellule epiteliali Emidesmosoma Lamina lucida Lamina basale Lamina densa Lamina reticolare Figura 2.1 Tessuto epiteliale: caratteristiche generali. Le cellule epiteliali hanno forma poliedrica ed entrano in rapporto da un lato con un lume o una cavità (interna o esterna) e dall’altro con un tessuto connettivo. La lamina basale (lamina lucida + lamina densa) è una lamina di materiale amorfo extracellulare a cui le superfici basali delle cellule epiteliali aderiscono mediante emidesmosomi. La lamina basale è anche interposta tra il tessuto connettivo ed altre tipologie cellulari, come le cellule muscolari, le cellule di Schwann, gli adipociti e le cellule endoteliali. Il termine membrana basale, comunemente usato come sinonimo di lamina basale, si riferisce più correttamente all’insieme di lamina basale e lamina reticolare. (a) (b) (c) Figura 2.2 Tessuto epiteliale: funzioni. (a) Protezione e barriera, captazione di stimoli di varia natura; (b) secrezione, escrezione e assorbimento; (c) scambio e trasporto di sostanze. Tratta dal testo di Istologia di Rosati et al. Una cellula epiteliale (Fig. 2.3) generalmente presenta: 1. una superficie libera (apicale), non attaccata ad un’altra cellula, ma rivolta oppure a contatto con l’esterno o con la cavità o lume di un organo interno; 2. una superficie laterale, a contatto con altre cellule epiteliali; 3. una superficie basale, adesa o rivolta verso la membrana basale. Le specializzazioni della superficie libera sono rappresentate da ciglia, microvilli e stereociglia (Fig. 2.4). Le ciglia sono sottili estroflessioni citoplasmatiche coperte da membrana, lunghe fino a 10 m e dotate di mobilità, che caratterizzano la superficie libera di cellule epiteliali poste a tappezzare tratti delle vie aeree e delle vie genitali femminili. Grazie al movimento oscillatorio delle ciglia, le particelle solide penetrate con l’aria inspirata e intrappolate nel muco possono essere allontanate; nelle vie genitali, il movimento delle ciglia facilita lo spostamento dei fluidi secreti e la progressione della cellula uovo dalla tuba verso l’utero. Tessuto epiteliale (a) Giunzione stretta (giunzione occludente) 0.25 μm 11 Giunzioni strette Filamenti intermedi Membrane plasmatiche di cellule adiacenti Spazio tra le cellule (b) Desmosoma (giunzione ancorante) 1 μm (c) Giunzione comunicante (giunzione gap) Canale tra le cellule 0.1 μm Figura 2.3 Tessuto epiteliale: giunzioni intercellulari. La cellula epiteliale schematizzata presenta una superficie libera dotata di microvilli, una superficie basale in rapporto con la membrana basale e due superfici laterali in rapporto con le cellule vicine mediante diversi tipi di giunzioni intercellulari: (a) giunzione stretta o occludente; (b) desmosoma o giunzione ancorante; (c) giunzione gap o comunicante. I microvilli (Fig. 2.3; Fig. 2.4) sono estroflessioni digitiformi del citoplasma (di diametro compreso tra 50 e 100 nm ed altezza di 1-2 m) sorrette da un citoscheletro di microfilamenti di actina. I microvilli sono presenti sulla superficie di cellule assorbenti (epitelio intestinale) o secernenti (tubuli renali). Aumentano da 25 a 50 volte la superficie assorbente di ogni singola cellula di rivestimento. Le stereociglia sono dei lunghi microvilli (fino a 30 m) localizzati sulla superficie delle cellule dell’epididimo e del dotto deferente; si ritiene che esse siano coinvolte nei processi di secrezione e di riassorbimento del liquido prodotto nei tubuli seminiferi del testicolo che accompagna gli spermatozoi. Figura 2.4 Immagini al microscopio elettronico a scansione di ciglia, microvilli e stereociglia. (a) Cellule epiteliali dotate di ciglia e microvilli presenti nelle vie aeree; (b) stereociglia dell’epitelio sensoriale dell’orecchio interno. A livello sia della superficie laterale che della superficie basale delle cellule epiteliali sono presenti numerose giunzioni cellulari, specializzazioni della membrana plasmatica che costituiscono dei sistemi di connessione intercellulare di tipo meccanico o funzionale. Sulla superficie laterale si possono rinvenire tre tipi di giunzioni, spesso associati a formare il cosiddetto complesso giunzionale (Fig. 2.3): 1. giunzioni strette o occludenti (o tight junction); 2. giunzioni ancoranti (fasce aderenti e desmosomi); 3. giunzioni serrate o comunicanti (o gap junction). Le prime garantiscono il controllo della permeabilità tessutale, impedendo la diffusione di sostanze 12 Capitolo 2 extracellulari e la migrazione di proteine di membrana; le giunzioni ancoranti favoriscono l’adesione meccanica alle cellule vicine; infine, le giunzioni comunicanti consentono il passaggio di piccole molecole segnale o nutritizie da una cellula all’altra, assicurando così la comunicazione fra cellule adiacenti. A livello della superficie basale le uniche giunzioni presenti sono gli emidesmosomi (Fig. 2.1), che garantiscono l’adesione delle cellule epiteliali alla membrana basale, consentendo alle lamine epiteliali di mantenersi meccanicamente adese al tessuto connettivo. La membrana basale (definita anche lamina basale) (Fig. 2.1) è una struttura altamente specializzata secreta dalle cellule epiteliali e connettivali e costituita da tre strati: 1. lamina lucida (o lamina rara), a contatto con la membrana plasmatica delle cellule epiteliali attraverso dei ponti molecolari formati dalle integrine (proteine transmembrana); 2. lamina densa, formata da molecole della matrice extracellulare, fra le quali laminina, proteoglicani, collagene IV, etc.; 3. lamina reticolare, che si connette con la matrice del connettivo ed è composta da fibre reticolari di collagene III e collagene VII. Epitelio pavimentoso semplice • Riveste capillari sanguigni ed alveoli polmonari • Permette scambi di sostanze nutritizie, sostanze di rifiuto e gas Epitelio cubico semplice • Riveste tubuli renali e ghiandole Si rimanda ai trattati di Istologia per approfondimenti sull’argomento. 2.2 EPITELI DI RIVESTIMENTO I tessuti epiteliali vengono classificati in base a criteri morfologici e funzionali Il tessuto epiteliale comprende tre sottotipi funzionali: 1. gli epiteli di rivestimento, costituiti da lamine cellulari poste a rivestire la superficie esterna dell’organismo e/o le cavità interne degli organi; 2. gli epiteli ghiandolari, costituiti da elementi secernenti; 3. gli epiteli sensoriali, specializzati nella captazione di vari stimoli e la cui trattazione esula dagli scopi del presente testo. Agli epiteli di rivestimento (Fig. 2.5) spettano le funzioni di protezione, scambio e trasporto di sostanze. La classificazione degli epiteli di rivestimento viene fatta in base a due criteri: a) il numero degli strati di cellule che compongono l’epitelio considerato; b) la morfologia cellulare. Epitelio pavimentoso stratificato • Strato più esterno della pelle, della bocca e della vagina • Protegge da abrasioni, disidratazioni e infezioni Epitelio cubico stratificato • Riveste i dotti delle ghiandole sudoripare • Secerne acqua e ioni • Secerne e riassorbe acqua e piccole molecole Epitelio cilindrico semplice • Riveste la maggior parte del tubo digerente Cellula caliciforme mucipara Epitelio cilindrico stratificato • Riveste epididimo, ghiandola mammaria e laringe • Secerne muco Membrana basale Figura 2.5 Classificazione degli epiteli del corpo umano in base alla morfologia e alla funzione.
