RIASSUNTI CITOLOGIA E ISTOLOGIA (MONESI)

CITOLOGIA
La citologia si occupa dello studio delle cellule; le cellule a loro volta si organizzano in
tessuti, del cui studio si occupa la istologia. L’embriologia studia invece i gameti, la
fecondazione, l’organizzazione dello zigote, etc. Per studiare i tessuti, occorre fare dei
prelievi. Esistono varie tipologie di prelievi:
o agobiopsie: sono i prelievi più piccoli in assoluto; sono realizzati tramite un ago
guidato da una sonda ecografica. Permettono però di prelevare solo piccole cellule
di tessuto da esaminare.
o biopsie endoscopiche: utili se si desidera un flusso maggiore di cellule. Si
utilizzano come percorso le cavità corporee degli organi cavi, tramite un
endoscopio sulla cui estremità è posta una microtelecamera. Utilizzato per il tratto
respiratorio, digerente, vie urinarie, etc.
o biopsia transvascolare: le vie utilizzate sono i vasi sanguigni
o biopsia per escissione chirurgica diretta
o biopsia per curettage (endometrio)
I tessuti prelevati devono poi essere immediatamente fissati per immortalizzarli, in modo
da evitare alterazioni o degenerazioni.
Esistono quattro tipi di tessuti: epiteliale (ricopre le superfici), connettivo
(riempimento), nervoso (supporta la parte ricettiva dei componenti tessutali) e
muscolare (fibrocellule contrattili).
L’istologia si occupa dello studio di cellule eucariote, e dunque dotate di una membrana
plasmatica; in esse il materiale genetico è compartimezzato nel nucleo e isolato tramite un
involucro nucleare. All’interno della cellula, si distingue tra organuli membranosi e non
membranosi. La cellula riceve ed elabora informazioni, importa ed esporta molecole e ha
capacità di espansione. Le unità costitutive della cellula sono:
ZUCCHERI: polisaccaridi
ACIDI GRASSI: lipidi
AMMINOACIDI: proteine
NUCLEOTIDI: acidi
nucleici
La teoria cellulare fu formulata nel 1838 da Schleiden e Schwann; secondo essa, la cellula
vive perché:
o si nutre
o
o
o
o
si muove
risponde a stimoli esterni
interagisce con l’ambiente in cui si trova
cresce e si divide per mitosi a partire dallo zigote
Le cellule si dividono restando uguali fino allo stadio di 8 blastomeri; fin dallo stadio
successivo a 16 cellule iniziano invece a differenziarsi, fino a un totale di circa 200 tipi
diversi. La differenziazione delle cellule avviene già a livello di forma e dimensioni. Le
cellule si misurano in micron (le loro dimensioni vanno da 7-8
fino ai 150
della
allungata, stellata, piramidale, fusiforme (le cui estremità vanno ad assottigliarsi),
cilindriche, isoprismatiche o cubiche, etc. Anche il nucleo è condizionato dalla forma
della cellula: può risultare allungato, bastoncellare, etc.
Anche la forma dello spermatozoo è particolare: una testa contenente il patrimonio
genetico e l’acrosoma e una coda mobile detta flagello che permette di progredire con
movimento autonomo.
Un altro tipo di specializzazione può interessare ad esempio il citoscheletro, che rende la
cellula contrattile; oppure alcune cellule piene di Reticolo Endoplasmatico Ruvido REG
per produrre anticorpi; oppure alcuni organuli in aree specifiche (ad es. mitocondri in
invaginazioni della membrana plasmatica, a formare il labirinto basale).
L’occhio umano può vedere fino a una distanza tra i due punti osservati di 0,2 mm; oltre
questa soglia, possono essere utilizzate lenti di ingrandimento (per piccoli ingrandimenti),
oppure il microscopio ottico
microscopio elettronico (0,2 nm).
o Il microscopio ottico funziona tramite la luce di una lampadina convogliata in
modo da passare in modo puntiforme attraverso un condensatore contenente diversi
obbiettivi, fino a raggiungere in vetrino sul tavolino. Al microscopio ottico è
possibile osservare vari frammenti e sezioni di tessuti in bidimensione.
o Il microscopio elettronico a trasmissione TEM permette di attraversare il
campione con un fascio di elettroni generati dal surriscaldamento di un filamento
di tungsteno. I campioni sono sezioni di 80 – 100 nm.
o Nel microscopio elettronico a scansione SEM, gli elettroni vengono convogliati
lungo un percorso rettilineo sotto vuoto; dopo aver perlustrato la superficie del
campione, essi vengono riflessi dalla copertura d’oro di cui la struttura biologica è
ricoperta, ottenendo così un’immagine tridimensionale.
La storia del microscopio e lunga e tortuosa: alla fine del Medioevo si costruiscono le
prime lenti per disturbi visivi, a fine 1400 invece le lenti concave per osservare gli insetti.
Nel 1609, Galileo perfeziona il telescopio e nel 1610 perfeziona l’occhialino, considerato il
primo microscopio. Nel 1655, Hooke osserva e descrive sezioni di sughero,
individuandone le celle, o cellule. Nel 1674, Leeuwenhoek scopre i protozoi utilizzando
un microscopio semplice (ingrandimento fino a 270 volte); nel 1833 Brown, osservando
le orchidee, descrive il nucleo cellulare. Dopo la formulazione della teoria cellulare di
Schleiden e Schwann del 1838, tra 1873 e 1881 Golgi e Cajal studiano il tessuto nervoso
utilizzando il metodo della colorazione tramite impregnazione argentica. Nel 1881,
Bizzozero inizia gli studi sui desmosomi.
Le cellule sono composte essenzialmente da tre strati: nucleo, membrana e matrice
extracellulare. Per poter essere studiati, i campioni vengono preparati per l’osservazione e
il contrasto tra i vari strati può essere aumentato. In ogni caso, i campioni devono essere
sempre colorati. Esistono tre tipi di coloranti:
1. Neutri (come ad esempio il rosso neutro)
2. Basici, per sostanze a pH acido < 7 (come l’ematossilina, di colore blu violetto)
3. Acidi, per sostanze a pH basico > 7 (come l’eosina, di colore rosa fucsia
aranciato)
L’eosina viene utilizzata per esempio per le proteine citoscheletriche e per gli elementi
fibrillari proteici (come il collagene e le fibre elastiche); l’ematossilina lega invece per
esempio la struttura del DNA e RNA. I coloranti si distinguono anche per la loro
acidofilia o basofilia; per acidofilia si intende l’affinità per sostanze acide (e dunque la
possibilità di legare coloranti acidi), per basofilia invece l’affinità per sostanze basiche e
dunque il legame con coloranti basici. Oltre a eosina ed ematossilina, esistono vari altri
coloranti: verde metile, blu di metilene, pironina G, blu di toluidina, etc. I principali
metodi di colorazione sono:
o Colorazione PAS (Periodic Acid Schiff): utilizzata per i polisaccaridi, dunque per
molecole ricche di glicogeno e carboidrati. Consiste in un blando trattamento con
un acido debole, HIO4 (acido periodico), che ossida ad aldeide i residui di esosi ed
esosammine dei polisaccaridi, denaturando i tessuti. In seguito, il reattivo di Schiff
(fucsina incolore) conferisce una colorazione rosso magenta, combinandosi con i
gruppi aldeidici. Per PAS-positività si intende dunque la
caratteristica di sostanze positive a questa reazione. Con la PAS, a differenza che con
ematossilina ed eosina, è possibile evidenziare le cellule calciformi mucipare nella loro
componente glucidica; lo stesso vale per il glicocalice.
o Colorazione FEULGEN: si tratta di una reazione istochimica per il DNA, per
ottenere una colorazione magenta. Le sezioni con cellule contenenti DNA
vengono trattate con un acido potente, HCl; i gruppi purinici vengono asportati dai
residui di desossiribosio e si formano gruppi aldeidici colorati con il reattivo di
Schiff (per controllo altre sezioni possono venire trattate con DNAsi).
o Colorazione AZAN (o tricromica di Mallory): si utilizza per evidenziare i
tessuti connettivi dai tessuti epiteliali con un colore blu acceso (azocarminio, blu
di anilina o metilene, orange G). La zona ricca di fibre (collagene, fibre reticolari e
muco) risulta dunque bluastra, mentre la componente citoplasmatica non si colora
di blu e rimane arancio. Gli eritrociti diventano invece rossi.
o Colorazione WEIGERT (blu) e ORCEINA (marrone): vengono utilizzate per
le fibre elastiche, soprattutto per separare la componente collagenica e quella
elastica.
o Impregnazione argentica: fu inventata da Golgi e Cajal per evidenziare il
tessuto nervoso; i sali di argento si depositano nei prolungamenti delle cellule del
tessuto nervoso conferendo una colorazione nerastra.
o Metacromasia: alcuni coloranti basici (il blu di toluidina, la tionina e l’azur A) di
solito colorano di blu, ma reagendo con particolari gruppi acidi danno prodotto di
reazione del colore diverso (metacromatico) dal proprio (eterocromatico). Questa
colorazione è impiegata ad esempio per evidenziare la matrice cartilaginea e i
granuli mastociti, conferendogli un colore violetto.
Ricapitolando: al microscopio ottico i campioni devono essere ridotti a sezioni e
appoggiati su un vetrino portaoggetto, colorati e coperti con altro vetrino coprioggetti
molto più sottile, dopo aver proceduto a “incollare” il preparato con un montante. È
fondamentale riuscire a fare sì che la colorazione risulti permanente nel tempo.
Al microscopio, solo in alcuni casi osserviamo cellule isolate disposte su un unico strato
permeabile al fascio luminoso; di solito invece le cellule appaiono diverse, per vari motivi:
per esempio, il nucleo può essere sopra o sotto il piano di taglio, e dunque alcune cellule
appaiono anucleate; oppure il nucleo può venire sezionato tangenzialmente o
centralmente, e dunque apparire completo o solo puntiforme; e così via. I campioni
devono essere preparati in sezioni di 380-100 nm per
la microscopia elettronica; ma come avviene la sezione?
1. Prelievo del tessuto
2. Taglio del tessuto in pezzi
3. Fissazione. Essa deve avvenire immediatamente, perché anche solo pochi minuti
di esposizione all’aria possono mandare il tessuto in necrosi. Esistono diversi
fissatori, di natura sia fisica che chimica. Per esempio, la fissazione liquida avviene
tramite fissatori liquidi, come le aldeidi (in particolare paraformaldeide e
glutaldeide), gli alcol, l’etere e il cloroformio; il fissatore liquido più tipico è la
formalina (paraformaldeide al 40%). Le aldeidi sono molto aggressive e “uccidono”
4.
5.
6.
7.
le cellule, formando reticolati con le proteine: si tratta dunque di una fissazione di
tipo chimico. Tramite fissatori gassosi, come azoto liquido o CO2 liquida, è invece
possibile ottenere una fissazione di tipo fisico, il congelamento. La fissazione per
congelamento non richiede poi la disidratazione4 e l’inclusione5, ma si passa
subito a sezionare con il criostato (è quindi possibile saltare i passaggi 4 e 5).
Disidratazione. Serve per eliminare l’acqua, che viene sostituita con reagenti
idonei. La disidratazione avviene con scale d’alcol ascendenti (50, 75, 95, etc.), in
modo da sostituire completamente l’acqua con l’alcol. Una volta che l’acqua è stata
totalmente sostituita con alcol puro 100%, si procede con un trattamento con
solvente (in passato con lo xilolo, o xilene, oggi con derivati del -limonene) che
va a rimpiazzare l’alcol 100 e viene poi a sua volta sostituito con resine (paraffina
per la microscopia ottica e plastica per la microscopia elettronica).
Inclusione, cioè posizionamento in paraffina per per la microscopia ottica e in
plastica per la microscopia elettronica. Le resine vengono poi solidificate a
temperatura ambiente.
Sezionamento tramite microtomo a rotazione, con lame di acciaio (per per la
microscopia ottica) oppure ultramicrotomo, con lame di vetro (per la microscopia
elettronica). Si ottengono sezioni tutte uguali, che vengono poi poste in acqua
calda per ammorbidire la paraffina. Con l’aiuto di un pennello, le sezioni vengono
poi fatte aderire al vetrino.
Montaggio su vetro per per la microscopia ottica e su griglie metalliche per la
microscopia elettronica.
Esistono diversi piani di taglio (longitudinale, cioè lungo il lato più lungo; trasversale, cioè
perpendicolarmente rispetto all’asse maggiore; obliqui; etc.), ma tutti riconducibili a una
stessa struttura. La sezione trasversale è quella più facilmente interpretabile; se i piani
sono invece più o meno decentrati o tangenziali, l’immagine diventa più inusuale e
complessa.
Esistono 8 tipologie di cellule da studiare: cellule epiteliali, cellule di sostegno, cellule
contrattili, cellule nervose, cellule germinative, cellule del sangue, cellule del sistema
immunitario e cellule ormono-secernenti. Gli elementi principali che compongono le
5
cellule e la matrice extracellulare sono H, O, Ca, N e altri elementi in piccole quantità,
organizzati in acqua, proteine, lipidi e carboidrati.
o Acqua: è presente non tanto come dipolo elettrico, quanto soprattutto come
sospensione di altre molecole che vi si comportano come liquidi vischiosi, cioè sostanza
per miscelare altre sostanze. È fondamentale in tutti i compartimenti; per esempio, le
cellule sono costituite da acqua per il 70% (eccetto quelle adipose, che ne contengono in
quantità molto esigue), le matrici extracellulari non mineralizzate per il 70% (quelle
mineralizzate, come il tessuto osseo, ne contengono invece solo il 5%). Il tessuto più ricco
di acqua è quello connettivo.
o Proteine: sono polimeri costituiti da amminoacidi. Gli amminoacidi sono 20:
alanina, fenilalanina, glicina, isoleucina, leucina, metionina, prolina, triptofano,
valina, asparagina, glutammina, serina, tirosina, treonina, cisteina, aspartato,
glutammato, arginina, istidina, lisina. Una tra le proteine più importanti è l’insulina
umana, formata da 2 catene -insulina e -insulina) legate tra loro in alcuni punti.
Esistono vari livelli di struttura in cui si organizzano le proteine:
 Struttura primaria, che è la sequenza degli amminoacidi;
 Struttura secondaria, cioè il primo livello di ripiegamento, stabilizzato da
ponti idrogeno;
 Struttura terziaria, cioè il secondo livello di ripiegamento, con l’unione di
più domini. È prodotta dall’interazione tra amminoacidi posti in punti
diversi della struttura secondaria;
 Struttura quaternaria, ossia l’unione di più catene amminoacidiche (esiste
solo in alcune proteine, come l’emoglobina).
elica
-laminari (amminoacidi prima
incastrati in modo lineare e poi a foglietti ripiegati), e strutture IRREGOLARI o Random
coil, che sono molecole proteiche
nessuna delle due. Esistono proteine costituite da sole catene di amminoacidi, come la
mioglobina, oppure, oltre che da proteine, anche da altre componenti (dette eteroproteine
o proteine complesse), come l’emoglobina, che contiene un atomo di ferro e assume
diverse strutture quando deossigenata, cioè quando O si stacca dal gruppo fulcro eme. Le
proteine hanno varie funzioni: esistono proteine strutturali (citoscheletriche, collagene),
proteine di trasporto (che si inseriscono nelle membrane, hanno forme tipiche e un foro
al centro; si tratta di un trasporto contro gradiente sostenuto dalla presenza di ioni),
immunoglobuline o anticorpi (2 catene di proteine prodotte dalle plasmacellule),
enzimi (proteine che accelerano alcuni eventi metabolici, come lipasi, amilasi, etc.). Altre
proteine sono gli istoni che costituiscono il nucleosoma, i contenuti enzimatici
6
dei lisosomi, i recettori, i trasportatori carriers e le strutture dei canali voltaggiodipendenti delle membrane citoplasmatiche, i componenti del citoscheletro, molti ormoni
(non quelli steroidei), etc.
o Zuccheri: si dividono in monosaccaridi (glucosio, fruttosio, galattosio, etc.;
vengono incorporati attraverso le proteine trasportatrici) e polisaccaridi, cioè
monosaccaridi concatenati tramite legami glicosidici. Dalle strutture dei
polisaccaridi sporgono gruppi OH- caricati negativamente che attraggono l’acqua
(per questo lo zucchero in acqua si scioglie subito!). Un esempio è il glicogeno,
polimero del glucosio che è materiale di riserva cellulare impiegato per la
produzione di energia. Tra i polisaccaridi più complessi ricordiamo:
o Monosaccaridi + gruppo amminico = esosammine (gruppo OH sostituito da NH2),
tra cui si ricorda il N-acetil-mannosammina-6-fosfato.
o Glicosamminoglicani o GAGs (unità dimeriche che si ripetono molte volte,
talvolta solforate)
o Componente proteica + componente glucidica (glicosamminoglicani) =
proteoglicani (la componente proteica si dispone nella regione centrale e va a
costituire l’asse proteico, o proteina del nocciolo; i glicosamminoglicani si
dispongono invece all’esterno e vanno ad attirare e trattenere acqua)
o Glicoproteine (catene di monosaccaridi uniti a proteine, rivestono gli eritrociti)
o Acido ialuronico (polimero di glucuronico e glucosammina presente nella matrice
extracellulare e nel liquido sinoviale. Può diventare l’asse di sostegno di una
macromolecola costituita da acido ialuronico e proteoglicani, disponendosi in modo
rettilineo; se è da solo è invece attorcigliato su sé stesso.
o Catene di monosaccaridi + molecole lipidiche = glicolipidi
o Acidi nucleici: sono costituiti da basi azotate, cioè purine (guanina e adenina) e
pirimidine (citosina e timina), uno zucchero pentoso (ribosio o desossiribosio) e
un gruppo fosfato. Le basi azotate si legano a due a due sempre nello stesso
modo: adenina con timina e citosina con guanina. Il DNA è una molecola ancora
ampiamente studiata e alcune sue funzioni sono ancora sconosciute. L’RNA si
differenzia dal DNA perché è formato da ribosio (non da desossiribosio), ha un
filamento singolo (non un filamento doppio) e contiene uracile al posto che
timina. Inoltre l’RNA svolge ben quattro funzioni: è RNA messaggero, RNA di
transfert, RNA ribosomiale e RNA nucleare (che presiede a tappe intermedie della
sintesi degli RNA precedenti). Sia DNA che RNA sono invece sostanze acide (che
si legano dunque facilmente a coloranti basici come l’ematossilina) e basofile.
o Lipidi: sono molecole insolubili all’acqua (idrofobi) e solubili in solventi organici
come etere e cloroformio. La loro struttura più comune è quella di acidi grassi, in
cui gli atomi di C e H sono uniti con legami covalente scarsamente polari –
cosa che conferisce il carattere idrofobico – e disposti simmetricamente. Possono essere
saturi (se contengono solo legami singoli) o insaturi (con legami doppi o tripli; vd. per
esempio gli omega-3, detti polinsaturi a causa del fatto che la loro catena comprende vari
doppi legami, da assumere con la dieta perché molto più digeribili). I principali lipidi
sono:
 Trigliceridi: esteri neutri del glicerolo (alcol) in cui al posto degli
atomi di idrogeno dei gruppi ossidrilici caratteristici del glicerolo




sono presenti le catene di tre acidi grassi a media o lunga catena.
Sono idrofobi e costituiscono materiale per produrre energia; se ci
sono doppi legami la molecola devia e dunque ha un ingombro
maggiore; altrimenti è rettilinea.
Fosfolipidi: sono idrofobici ma possono formare un legame con
l’acqua con una piccola porzione della molecola (sono dunque lipidi
anfipatici). All’estremità della molecola hanno gruppi ionizzabili o
capaci di comportarsi da dipoli; sono formati da una testa idrofila e
da code idrofobe sature o insature.
Glicolipidi
Colesterolo: è idrofobo da solo, ma anfipatico se si mescola
all’interno dei fosfolipidi, poiché possiede una piccola porzione
idrofila; è parte della membrana cellulare e di altri compartimenti
della membrana intracellulare. I derivati del colesterolo svolgono
funzioni di trasmissione di segnali tra le cellule (ormoni).
ATP: l’energia chimica dell’ATP può essere demolita con
conseguente liberazione di energia (nuove forme di energia,
meccanica, elettrica o chimica).
Il microscopio ottico può raggiungere un ingrandimento fino a 1000 – 1500x. Esistono
varie tipologie di microscopio ottico: convenzionale, a contrasto di fase, in luce
polarizzata, a fluorescenza e confocale. Per potere di ingrandimento si intende il rapporto tra
la dimensione dell’immagine ingrandita e quella dell’oggetto osservato; per sapere quanto
sto ingrandendo moltiplico il potere degli obbiettivi per il potere degli oculari. Il potere di
risoluzione (cioè la distanza minima alla quale due punti risultano distinti) del microscopio
bile osservare ribosomi, mitocondri,
apparato di Golgi singoli, ma solo in raggruppamenti; si osserveranno cellule, nuclei,
matrici extracellulari, mai organuli citoplasmatici (a meno che non siano molto grandi).
LA CELLULA EUCARIOTE
La cellula eucariote è la più piccola unità strutturale e funzionale; è circondata da
membrana e ha generalmente un nucleo. È dotata di vita autonoma e ad oggi se ne
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riconoscono circa 200 tipi. Tutti gli organismi sono costituiti da cellule e da loro prodotti.
Le cellule nuove nascono da cellule preesistenti; derivano dai tre foglietti embrionali
(ectoderma, mesoderma ed endoderma), ma poi si differenziano specializzandosi. Tutte le
cellule esprimono la stessa composizione chimica; i processi vitali dell’intero organismo
scaturiscono dall’attività interdipendente e coordinata di gruppi di cellule. La vita di una
cellula si articola nel cosiddetto ciclo cellulare, che ha origine dalla mitosi della cellula
madre: essa di divide generando due cellule figlie.
1. Fase G1: la cellula figlia neonata incomincia a crescere, accumulare sostanze e
specializzare organuli;
2. Fase S: replicazione del corredo genetico e degli organuli citoplasmatici;
3. Fase G2: controllo da parte della cellula delle operazioni fatte in fase S;
4. Mitosi, costituita da profase, metafase, anafase, telofase e citodieresi.
Alcune cellule però, invece che duplicarsi, entrano in una particolare fase chiamata fase
G0: possono essere cellule altamente specializzate, che non si duplicheranno mai, oppure
cellule solo temporaneamente in pausa. A seconda del loro comportamento, si
distinguono tre gruppi di cellule:
o Cellule labili, che si rinnovano continuamente, a turn over molto elevato (cellule
epiteliali e del sangue)
o Cellule stabili, che non si rinnovano normalmente ma all’occorrenza, a turn over
molto lento (cellule epatiche)
o Cellule perenni, che non si rinnovano mai al termine dello sviluppo (cellule nervose e
cardiache)
Le cellule possono poi assumere varie forme; per esempio:
o Cellule nervose (albero dendritico molto sviluppato nel cervello, neurone multipolare
nel midollo spinale), a forma più o meno stellata
o Cellule sferiche (come la cellula uovo)
o Cellule mobili flagellate (come lo spermatozoo)
o Cellule allungate fusiformi (in cui il diametro è maggiore nel centro e via via si
assottiglia alle estremità) o cilindriche (con diametro uguale in tutte le porzioni)
o Adipociti
o Granulociti neutrofili con nucleo polilobato
o etc.
LA MEMBRANA PLASMATICA
La membrana plasmatica delimita fisicamente la cellula, separandola dall’ambiente
esterno, ma non in modo statico: essa regola infatti il passaggio controllato di sostanze dal
citoplasma all’esterno e viceversa. Regola inoltre la composizione dell'ambiente
citoplasmatico. I contatti tra cellule adiacenti consentono la regolazione e
sincronizzazione di più gruppi cellulari. Le prime ipotesi sulla struttura delle membrane
cellulari furono formulate nel 1890 da Oberto; nel 1920 si ipotizzò un doppio film
lipidico, ipotesi che fu poi verificata nel 1925 da Morter e Grendel. Le caratteristiche
comuni delle membrane sono:
o spessore di 7-10 nm (non si vedono al microscopio ottico); a seconda delle
componenti proteiche;
o aspetto trilaminare: una fascia più scura e densa all’esterno, una più chiara al
centro e un’altra scura all’interno;
o asimmetriche a seconda delle componenti proteiche
o strutture dinamiche e in movimento
o impermeabili a molte sostanze e dotate di sistemi di trasporto selettivi
Il modello di struttura oggi riconosciuta della membrana cellulare è a mosaico fluido; le
sue componenti principali sono:
o componente lipidica: fosfolipidi (glicero-fosfolipidi e sfingolipidi) e colesterolo
tra le code idrofobiche
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o componente proteica (proteine integrali, periferiche, ancorate ai lipidi e ancorate
alle proteine)
o componente glucidica nel versante extracellulare, ancorate ai lipidi o alla
componente proteica. Essa va a costituire il glicocalice (sistemi recettoriali per
attirare acqua e sali e per agganciare ormoni e molecole di metabolismo).
L’adesione della membrana a cellule o a sostanza extracellulare avviene tramite mezzi di
adesione chiamati molecole di adesione CAM (cell adhesion molecules). Queste molecole
sporgono dalla membrana plasmatica per cercare appoggio e si dividono in due categorie,
in base alle interazioni che possono garantire:
o interazioni omofiliche: con affinità tra due strutture omologhe; si legano ad
altre proteine della stessa famiglia e sono per lo più implicate nell’adesione
cellula-cellula
o interazioni eterofiliche: legami tra molecole diverse; si legano con molecole di
altre famiglie, presenti nella matrice extracellulare.
Tra i legami omofilici ricordiamo in particolare:
o Caderine: si tratta di siti attivati da ioni Ca (calcio-dipendenti), associati alle
catenine intracellulari. Convogliano segnali che regolano i meccanismi di crescita e
differenziamento. Sono tipiche delle cellule epiteliali e svolgono anche funzione di
oncosoppressore dei tumori epiteliali.
o Ig-superfamiglia CAM (N-CAM): le proteine CAM permettono adesione e
differenziamento cellulare. Sono anche alla base del controllo di tumori e
metastatizzazione, dell’angiogenesi e delle risposte immunitarie, oltre che
dell’adesione microbica.
Tra i legami eterofilici ricordiamo invece:
o P selectine: molecole sporgenti da cellule endoteliali che legano particolari
carboidrati tipici di glicocalici. Mediano il riconoscimento tra neutrofili e cellule
endoteliali. Possono esprimere alcuni segnali stabilendo un legame tra cellule in
transito e cellule endoteliali per farle spostare nei tessuti connettivi sottostanti
(richiamo per agganciare elementi mobili in transito).*
o Fibronectina - integrina: forma una rete tridimensionale, agganciandosi
attraverso la proteina di membrana integrina, costituita da 2 catene proteiche
e che in parte sporgono dalla cellula nel citoplasma, in parte sono integrate nella
parete cellulare. L’integrina interagisce con collagene, laminina e fibronectina. Il risultato è
un “ponte” tra cellula e matrice; regola l’adesione, il movimento, la forma delle cellule e la
proliferazione, oltre al differenziamento.
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La sezione del dominio dell’integrina nel citoplasma sa integrarsi a molecole interne
citoscheletriche, organizzando un altro sistema di ancoraggio (talina, vincolina, etc.).
* si tratta di un meccanismo di extravasazione (fuoriuscita di qualcosa dai vasi) detto
diapedesi, cioè di fuoriuscita di elementi cellulari dai capillari. Quando un neurofilo
granulocita galleggia nel vaso, la causa scatenante della diapedesi può essere un sito di
infezione, le cui cellule richiamano per chemiotassi il granulocita; il segnale è dato dalle
selectine (normalmente non espresse dalle cellule endoteliali, ma solo in caso di
infiammazione). La P-selectina cerca gli oligosaccaridi specifici del granulocita e si
aggancia, trascinandolo con movimenti ameboidi finché il granulocita non esce nel
tessuto connettivo sottostante.
Le specializzazioni di superficie della membrana plasmatica sono loco-regionali, si
formano cioè solo in aree specifiche e rendono la cellula polarizzata in forma e funzione.
Le principali specializzazioni sono:
o
o
o
o
o
Sistemi giunzionali (facilitano le interazioni tra cellule vicine)
Microvilli
Ciglia
Flagelli
Espansioni cellulari (sistemi di adesione tra cellula e componenti extracellulari)
I sistemi giunzionali non sono visibili al microscopio ottico; essi si dividono in tre
categorie, che possono essere presenti singolarmente o compresenti:
o Giunzioni ancoranti: ancorano dal punto di vista meccanico due cellule tra loro. Si
tratta di giunzioni molto robuste; la giunzione ancorante per eccellenza è il
desmosoma, nel margine laterale (oltre agli emidesmosomi, nel margine basale,
che uniscono la cellula alla membrana basale). Le proteine che costituiscono
queste giunzioni possono essere sensibili alla presenza di uno ione, si chiamano
desmocoline e si ancorano tramite desmoplacchine (collegate ai filamenti
citoscheletrici, tra cui tonofilamenti, e dette citocheratine negli epiteli). In pochi
naia di desmosomi, ma nell’ultimo strato di
epidermide essi scompaiono (per questo in superficie è più facile desquamare la
pelle). L’emidesmosoma presenta invece una porzione verso il citoplasma simile al
desmosoma ma una differenza in quella rivolta verso l’ambiente extracellulare; per
agganciarsi non utilizza le desmocoline ma le integrine. Gli emidesmosomi vanno
ad integrare strutture tipiche della membrana basale, delle fibronectine, etc. Difetti
sulla costruzione
dei desmosomi o emidesmosomi possono causare il Penfigo Boloso (patologia che si
sviluppa a partire dalla formazione di piccole vescicole).
o Giunzioni occludenti (o strette): sigillano gli spazi intercellulari, controllando
così il transito di sostanze extracellulari; si localizzano in prossimità del margine
libero nel versante laterale cellulare. Sono formate principalmente da E- caderine
(occludine, clausine-1, etc.).
o Giunzioni comunicanti (o serrate): sono gap, nexus, macule comunicanti, etc.
Permettono alle due cellule di trasferire molecole o ioni facendone comunicare i
due citoplasmi attraverso strutture comunicanti dette connessioni (canale unico);
ogni canale di connessione è costituito da 6 proteine chiamate connessine (quindi
12 proteine in totale) che formano un unico canale (da 1,5 a 2,5/3 nm).
Necessitano dunque di un segnale di apertura e chiusura; le cellule sono tutte
collegate in un unico sincizio, e sono sincronizzate poiché i citoplasmi
comunicano tra di loro. Sono localizzate su tutto il margine laterale (difficilmente
sul margine basale, mai su quello apicale).
Le giunzioni vengono studiate tramite la tecnica del freeze-fracture e etching: il
campione viene velocemente congelato e sezionato nei punti di maggior cedevolezza del
tessuto (cioè le giunzioni); una delle due superfici viene poi studiata cospargendo la
frattura con materiale metallico (polvere d’oro o di titanio), in modo da costruire una
replica metallica che poi viene studiata al microscopio (il tessuto non è direttamente
studiato perché durante il processo lo si va a digerire con strutture enzimatiche). Tra le
specializzazioni apicali della membrana ricordiamo invece:
o Microvilli: estroflessioni rivestite da membrana plasmatica; servono per
aumentare la superficie di scambio della membrana con l’esterno. Il microvillo è
lungo 1 – 2
ed ha un diametro di circa 80 – 90
non è pertanto possibile
osservarli singolarmente al microscopio ottico, ma li si individua globalmente
sotto forma di orletto a spazzola legato al glicocalice. Per mantenere diritto il
microvillo esiste un sistema citoscheletrico, costituito da 15/20 filamenti
citoscheletrici perpendicolari collegati con fascine e fimbrine associate ad actina,
che la tengono unita. Non possiedono un movimento ritmico ma limitate intro –
estroflessioni grazie a molecole di miosina. L’actina va a sua volta ad ancorare altri
sistemi di collegamenti citoplasmatici con la membrana spectrina (elementi di
rinforzo); il glicocalice agevola il riassorbimento cellulare per facilitare il trasporto
attraverso queste cellule;
o Stereociglia
mobili sostenute da un citoscheletro di actina; si trovano nell’organo del Corti (per
convertire gli stimoli meccanici delle onde sonore in segnali elettrici) o nell’interno
dell’epididimo (intervenendo nell’arricchire di fruttosio il liquido spermatico).
Ciascuno stereociglio contiene alcune centinaia di filamenti di
actina legati tra loro da legami crociati. Tale costituzione conferisce un'estrema rigidità
tranne che alla base dello stereociglio, dove è presente un numero minore di tali filamenti;
o Ciglia e flagelli: il flagello è l’unico ciglio dello spermatozoo e gli conferisce mobilità
tramite movimenti elicoidali. Si ripiegano continuamente e si articolano lungo un asse
portante detto assonema, costituito da doppiette di microtubuli associati alla dineina, che
produce lo slittamento dei microtubuli (tubo dal diametro di 25 nm): 13 protofilamenti
doppiette di un microtubulo completo A e uno incompleto B (solo 9 protofilamenti). I
blefaroblasti sono costituiti dagli stessi elementi per ciglia che fanno muovere il muco in
superficie.
IL NUCLEO
Il nucleo è un organulo membranoso che contiene in un doppio involucro (pur se con fori
per contenere le sostanze) la cheratina; nella cellula eucariote è sempre presente, ma non in
quella procariote, il cui DNA è presente in fase dispersa. Non sempre il nucleo è di forma
sferica (solo nelle cellule cubiche); man mano che la cellula diventa allungata, anche il
nucleo segue la sua forma. La cromatina è un filamento di DNA avvolto su istoni; può
essere superavvolto (eterocromatina) o poco avvolto (eucromatina). Il nucleo eucromatico è ad
esempio più chiaro e vescicoloso (vd. neuroni). Quale è il rapporto tra nucleo e
citoplasma? Dipende da cellula a cellula, può essere abbondante o scarso. Esistono alcuni
derivati cellulari altamente specializzati e dunque anucleati:
o Eritrociti, mentre i globuli rossi di uccelli, anfibi, rettili e pesci hanno nucleo. Da
eritoblastobasofilo si specializzano in un sacchetto di emoglobina; il nucleo
sparisce perché serve solamente ad esprimere i geni per produrre emoglobina;
o Cheratinociti (epitelio di rivestimento della pelle: strato corneo). Tra le cellule
plurinucleate si organizzano in sincizi (fusione di più cellule).
Cellule che invece possiedono più di un nucleo sono:
o Fibrocellule della muscolatura scheletrica (a partire dalle cellule mesenchimali
dette mioblasti)
o Sinciziotrifoblasto
o Linea macrofagica o cellule giganti (vd. osteoclasti)
14
Il nucleo è racchiuso all’interno di un involucro nucleare costituito da un doppio strato
di membrana; questo involucro presenta inoltre numerosi pori nucleari, strutture
dinamiche di origine proteica in numero variabile a seconda dei tipi cellulari e delle
funzioni vitali della cellula. All’interno del nucleo si trova cromatina più o meno
spiralizzata. Il nucleolo è una regione tondeggiante interna al nucleo; nelle cellule ad
elevata produzione proteica vi è più di un nucleolo, poiché essi sono gli organizzatori
dell’attività ribosomiale. Sull’involucro si individuano poi numerosissimi ribosomi (pallini
grigi), ma solo sul versante citoplasmatico. Molte ipotesi vedono l’involucro formato da
reticoli endoplasmatici granulati; l’involucro è sempre presente, tranne che a seguito della
fase G2, quando scompare per prepararsi alla mitosi. Molti nuclei possono essere osservati
bene al TEM: nelle masse più chiare è visibile l’eucromatina, poco spiralizzata, mentre
nelle masse scure è presente eterocromatina super spiralizzata. Un nucleo chiaro e
vescicoloso indica che il DNA si sta offrendo ai processi trascrizionali. Un nucleo scuro ed
eterocromatico è segnale di bassa attività trascrizionale, ed è segnale di molti fenomeni:
o La cellula potrebbe essere a riposo funzionale;
o La cellula si sta preparando alla mitosi;
o La cellula è entrata in apoptosi (morte cellulare programmata).
Se il nucleo è chiaro, è possibile vedere anche il nucleolo. Ricordiamo che il DNA è una
doppia elica di sequenze di nucleotidi; il codice genetico è un particolare modo di
comunicare. Ogni gene contiene informazioni; più triplette di geni codificano per un
tipico amminoacido. Il nucleo interfasico si presenta come eucromatinico (solo poche
informazioni sono infatti nascoste in masserelle di eterocromatina poste nel versante
interno del poro nucleare) e produce molte proteine: a partire cioè da solo due nucleoli
organizza tantissimi ribosomi. Quando si passa da eucromatina ad eterocromatina? Si
definisce eucromatina la doppia elica organizzata in istoni fino a 30 nm di diametro; oltre
i 30 nm di diametro parliamo invece di eterocromatina. Il grado più elevato e assoluto di
compattazione è il cromosoma metafasico. Nell’immagine seguente possiamo distinguere:
1. Nucleo chiaro, evidente nucleolo, vescicoloso
2. Nucleo in fase mitotica, cromosomi ben visibili
3. Nucleo poco più compatto di 1, ammassi di cromatina presenti nella regione
perinucleare
4. Nucleolo non visibile
5. Cellula in fase mitotica durante la telofase (2 cellule figlie)
6. Nucleo molto più piccolo e scuro, nucleolo non visibile
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Per picnosi si intende la degenerazione e distruzione della struttura cellulare; essa avviene
in condizioni normali, per apoptosi, oppure in casi patologici, per necrosi. Durante questo
processo il nucleo inizialmente si riduce, diventando basofilo (condensazione); poi avviene
la carrioressi, ossia la frammentazione del nucleo, e infine la cariolisi, determinata da
enzimi chiamati endonucleasi che digeriscono i frammenti.
o Nucleolo: il nucleolo è formato da due componenti, una granulare e una più
compatta; contiene geni nucleolari che codificano per l’RNA ribosomiale. Per
codificare l’rRna servono però anche alcune particolari proteine, dette
ribonucleoproteine, che vengono prodotte nel citoplasma e che migrano poi nel
nucleo attraverso i pori nucleari. Le tre regioni in cui è diviso il nucleolo sono:
 Regione organizzatore nucleolare: contiene il DNA dei geni nucleolari
 Regione fibrosa o fibrillare: presiede alla precoce associazione di RNA e
proteine
 Regione granulare: presiede alla formazione delle subunità ribosomiali
Le due subunità del ribosoma vengono prodotte singolarmente e si associano solo
quando incontrano un mRNA (RNA messaggero). Durante la traduzione, il mRNA esce
dal nucleo e si associa a un ribosoma per sintetizzare catene di amminoacidi.
o Involucro nucleare: non definiamo questo involucro membrana perché si tratta di
due membrane parallele con uno spazio di non più di 30 nm tra i due comparti
membranosi. Anche all’interno dell’involucro nucleare troviamo i pori, che non
sono invaginazioni ma veri e propri buchi che perforano le membrane; non vi
troviamo però i ribosomi. Per stabilizzare la cromatina nel nucleo esiste
un’intricata trama di lamine nucleari (filamenti citoscheletrici): esse sono costituite
da filamenti intermedi, la seconda categoria di filamenti. Formano una corteccia di
spessore variabile da 30 a 100 nm a seconda del tipo di cellule.
o Pori nucleari: un poro misurato dall’esterno misura circa 120 nm di diametro, alle cui
estremità l’involucro nucleare si ripiega a cisterna. In realtà, al centro del poro si trova un
tappo posto tra le due strutture anulari, costituito da un anello proteico. Studiando con la
tecnica del freeze-fracture (criodecappaggio) è possibile individuare aree con più pori e
aree con meno. Ogni poro è dunque costituito da un tappo e da piccoli raggi dal centro
alla periferia; gli spazi dove le sostanze possono migrare sono quindi più piccoli,
altrimenti esse non potrebbero oltrepassare questo setaccio, costituito da una struttura
anulare a 8 subunità proteiche tutte uguali. La struttura è definita speculare dall’interno e
dall’esterno; passano solo le molecole riconosciute da sistemi recettoriali posti sul
versante esterno dell’anello, e i trasporti sono regolati da importine ed esportine. Il canale
centrale ha aperture con un diametro di 9 – 10 nm.
L’involucro nucleare è costituito dal Reticolo Endoplasmatico Granulare REG, che
costruisce una cisterna attorno al nucleo. I ribosomi però non si trovano sempre solo
agganciati alla membrana, ma anche in sospensione come poliribosomi liberi, in cerca di
mRNA. Le spirali di mRNA a cui sono agganciate le due subunità ribosomiali sono
chiamate rosette; i ribosomi adesi alla membrana sintetizzano proteine che verranno poi
esocitate, mentre i poliribosomi liberi codificano per proteine costitutive che rimangono
all’interno della cellula. La correzione degli errori di replicazione del DNA avviene in fase
G2; le cause di danno possono essere molte, e si dividono in fattori endogeni e fattori
etc. vd. Xeroderma Pigmentoso). Un esempio di anomalia nella struttura genetica è
l’Anemia Falciforme, in cui la valina si sostituisce all’acido glutammico.
Il cariotipo è la costituzione del patrimonio genetico dal punto di vista morfologico: i
cromosomi vengono colti in metafase, quando presentano un aspetto bastoncellare.
Quello umano presenta 22 autosomi a coppie (uno paterno e uno materno); si
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ottengono somministrando alla cellula in metafase veleni come la colchicina, che blocca il
fuso mitotico. I vetrini su cui si analizza il cariotipo prendono il nome di piastre
metafasiche. Il cromosoma ha una lunghezza che va dai 3 ai 6
è costituito da due
cromatidi il cui punto d’incontro, nel centro, è detto centromero. il fuso mitotico è
costituito da microtubuli organizzati da centrioli (diosoma, aster rivolto verso la
membrana plasmatica).
LA MEIOSI E LA GAMETOGENESI
A differenza della mitosi, la meiosi si divide in due fasi, dette meiosi I e meiosi II.
Durante la meiosi I, gli omologhi si appaiano in pachitene (profase I) e danno origine al
crossing-over; l’involucro nucleare viene perso. In anafase I i cromosomi migrano poi ai
poli opposti della cellula; questa fase prende il nome di fase riduzionale, poiché il numero
di cromosomi viene ridotto alla metà. Nella meiosi II invece non vi è più crossing-over: in
ogni cellula rimangono 23 cromatidi. Per questo la fase è detta fase equazionale. Il
risultato della meiosi sono quattro cellule a contenuto genetico ridotto a metà rispetto alla
cellula madre. La mitosi femminile prende il nome di ovogenesi, quella maschile di
spermatogenesi. Se si pongono ovogenesi e spermatogenesi a confronto si osserva che:
spermatogenesi
Ovogenesi
Da una cellula si ottengono quattro Da un ovogonio si ottiene una sola cellula
spermatozoi, tutti potenzialmente in uovo e tre globuli polari infecondabili
grado di fecondare (rapporto 1:4).
(rapporto 1:1).
Inizia dopo la pubertà.
Inizia nelle gonadi dell’embrione; la meiosi
si ferma dopo il crossing-over.
Dura fino a età avanzata (talvolta l’uomo Dura dai 20 ai 30 anni, poi la donna entra in
può andare in andropausa, talvolta invece menopausa.
no).
La cellula che entra in meiosi si chiama
spermatogonio.
La cellula che entra in meiosi si chiama
ovogonio.
Le cellule vanno a maturazione nel tubulo Le cellule vanno a maturazione nelle ovaie.
seminifero, che si trova nei testicoli.
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Le gonadi maschili si trovano fuori della Le gonadi femminili si trovano nella pelvi.
pelvi (si originano in zona lombare e
migrano poi verso il basso).
L’uomo è sempre fecondo.
La donna è feconda ciclicamente ogni 28
giorni.
Ponendo invece a confronto l’avanzare dei processi di ovogenesi e spermatogenesi:
spermatogenesi
ovogenesi
Spermatogonio in fase S: 44 autosomi
+ XY
Ovogonio in fase S: 44 autosomi
+ XX
Lo spermatocita primario (cellula più
voluminosa ma con lo stesso patrimonio
genetico) entra in meiosi I
L’ovocito primario (alla nascita) entra in
meiosi I
2 spermatociti secondari entrano in
meiosi II
1 ovocito secondario + 1 globulo polare
entrano in meiosi II
4 spermatidi sferici (22 + X, 22 + x, 22
+ Y, 22 + Y) entrano in spermiogenesi
1 cellula uovo + 1 globulo polare
(dall’ovocito secondario) + 2 globuli polari
secondi (dal globulo polare)*
4 spermatozoi
* La cellula uovo è diversa dai globuli polari perché è molto più voluminosa, dunque nel
suo citoplasma si depositano i residui lipidici, glucidici e proteici (detto accumulo di
deutoplasma) che le permetteranno di non degenerare mentre si troverà sospesa nelle
vie genitali femminili. Inoltre, una volta fecondato, lo zigote deve potersi autosostentare
per almeno 6 giorni, diventando morula e poi blastocisti; i globuli polari invece non
hanno deutoplasma e quindi degenererebbero rapidamente. Per ogni ciclo, la donna
ovula una sola cellula.
Nell’embrione allo stadio di tre settimane, le gonadi si trovano nelle creste genitali (area
posteriore della cavità celomatica), e si sono formate da cellule migrate dal sacco vitellino
fino alla regione dorsale e poi lombare. Queste cellule in migrazione appartengono a tre
cloni cellulari diversi:
o Cellule di sostegno (nella donna cellule del follicolo e nel maschio cellule del
Sertoli)
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o Cellule a secrezione ormonale (nella donna cellule della teca e nel maschio
cellule del Leydig)
o Cellule germinali primordiali (nella donna ovogoni e nel maschio
spermatogoni)
Tutte queste cellule si radunano a formare i testicoli nel maschio e le ovaie nella femmina.
Una volta giunte a destinazione, le cellule del Sertoli iniziano ad esprimere un gene
contenuto nel cromosoma Y, chiamato gene SRY, la cui espressione precoce porta alla
produzione dell’ormone anti-mülleriano. Questo ormone determina la degenerazione dei
dotti del Müller (o paramesofrenico), responsabili della formazione delle strutture genitali
femminili. Le cellule del Leydig producono testosterone, che agisce localmente per
favorire la spermatogenesi, mentre le cellule della teca producono estrogeni, che servono
per produrre la cellula uovo (fase estrogenica: giorno 1-14, poi servono ormoni
progestinici).
OVOGENESI E CICLO OVARICO
La cellula uovo, una volta prodotta nell’ovaio di destra e di sinistra (organo pari e
simmetrico posto nella zona pelvica), viene raccolta e risucchiata nelle tube uterine;
percorre poi a ritroso le vie genitali femminili per raggiungere l’utero (posto
posteriormente alla vescica ma anteriormente all’apparato digerente). Se non viene
fecondata, essa viene espulsa con la mestruazione; se invece viene fecondata, dopo sei
giorni si impianta nella porzione più interna dell’utero, l’endometrio. Si tratta di un tessuto
spesso e molto vascolarizzato, per poter nutrire lo zigote. Il corpo vaginale non serve
invece ai fini dell’ovulazione. Durante il ciclo ovarico, la divisione meiotica termina solo
se l’ovocito è fecondato; in caso contrario, la meiosi non sarà mai terminata. Il
miometrio è la componente muscolare liscia, mentre l’endometrio è un epitelio di
rivestimento cubico vascolarizzato comprendente anche tessuto connettivo. L’ovaio
presenta nella parte centrale (regione midollare) tessuti connettivi e grossi vasi sanguigni
che portano nutrimento per sostenere il ciclo ovarico; nella porzione esterna e periferica
(regione corticale) predominano invece i follicoli. Un follicolo è una struttura che
accompagna nella maturazione la cellula uovo. I follicoli primordiali sono presenti già prima
della nascita. Al centro, essi presentano la cellula (ferma in pachitene con avvenuto
crossing-over) che concluderà la mitosi, mentre attorno alla cellula cellule piatte e poi
cubiche in monostrato. La prima cellula ovulata viene ovulata attorno agli 11/12 anni.
Osservando una sezione di ovaio in embrione al quarto mese, si notano gli ovociti primari
bloccati in profase meiotica; da questo momento, i cloni cellulari aumenteranno a 3/7
milioni di ovociti primari, che però degenereranno fino a 1 milione al momento della
nascita e a 400000 al menarca (in 30 - 40 anni la donna ovula comunque circa 450 ovociti).
A partire dai follicoli primordiali, le cellule si fanno via via più numerose e da pochi
(circa 35 nel
follicolo primordiale) il follicolo arriva a 20 mm di diametro (da contenersi in un ovaio il
cui diametro va dai 3.5 ai 4 cm). Si passa dunque a follicolo primario precoce e poi a follicolo
secondario. Si sviluppa la zona pellucida con tre proteine (ZP1, ZP2 e ZP3), e la cellula
uovo assume posizione decentrata con attorno le cellule della corona radiata, ancorata
dalle cellule del cumulo ooforo alla struttura follicolare (cellule della granulosa + tessuto
connettivo con gusci tecali all’interno e all’esterno). L’ultimo stadio è il follicolo di Graaf.
Nella cavità è inoltre presente del liquor follicolis, la cui pressione porta la cellula fuori
dall’ovaio. Tutto questo processo è supportato dalla produzione ormonale dell’ipofisi, che
secerne FSH (ormone follicolostimolante) e LH (ormone luteinizzante), prodotti
all’adenoipofisi, che regolano gli eventi gonadici maschili e femminili. Le cellule bersaglio
del FSH sono le cellule della granulosa (fase 1), mentre le cellule bersaglio del LH sono le
cellule follicolari e le cellule delle teche. FSH e LH sono a loro volta stimolati da ormoni
ipotalamici, detti stimolanti delle gonadotropine. Al giorno 14 la cellula uovo viene
finalmente liberata, uscendo dalla membrana con il colletto pellucido e la zona radiale,
dopo aver appena terminato la meiosi I (prima bloccata in diplotene); se non viene
fecondata degenera, se invece è fecondata diverrà zigote, poi morula e infine blastocisti.
Nell’ovaio rimangono, come residui, le cellule della teca e della granulosa, che tra il giorno
14 e 28 si trasformano in corpo luteo: se la fecondazione non è avvenuta esso degenera
in corpo albicante, mentre in caso di fecondazione si mantiene come corpo luteo
gravidico per tre mesi, producendo progesterone per sostenere la gravidanza. Il corpo
luteo è rivestito da epitelio cubico monostratificato; si chiamano invece follicoli atresici
tutti i follicoli che cominciano la maturazione ma non arrivano a terminarla (di norma,
infatti, un solo follicolo diventa del Graaf). Le cellule tecali sono cellule di sostegno, che
costituiscono un’impalcatura di tessuto connettivo fibroso altamente vascolarizzato
costituito da cellule allungate simili ai fibroblasti. La teca esterna è fatta di tessuto
connettivo fibroso, quella interna è invece vascolarizzata e contiene recettori per l’ormone
LH. Come fa la cellula ad essere ovulata?
1. Il follicolo maturo sporge sulla superfice esterna dell’ovaio; il liquor follicolis
comprime i vasi sanguigni nella zona dello stigma, che dunque degenera e va in
necrosi;
2. Il liquor fuoriesce e trascina con sé l’ovocito in meiosi I;
3. L’ovocito esce verso le fimbrie per entrare nelle tube uterine, lasciando dietro di
sé residui di teche e cellule della granulosa.
La superficie ovarica è costituita da un monostrato di cellule cilindriche (nucleo sferico);
le cellule della corona radiata si originano dalle cellule della granulosa, adiacenti al
follicolo. A livello uterino, nei 28 giorni l’endometrio si modifica: il giorno 1 indica la
comparsa del sanguinamento mestruale (mestruo), che rappresenta lo sfaldarsi del tessuto
endometriale; dal giorno 5-6 al 14 avviene una lenta ricostruzione dello strato funzionale
del tessuto (solo lo strato più esterno, detto funzionale, si è infatti sfaldato. Questa fase
prende il nome di fase proliferativa (o estrogenica o follicolare). Dal giorno 14 al 27
avviene invece la fase secretoria (o luteinica o progestinica) in cui avviene il
perfezionamento della vascolarizzazione e del nutrimento del tessuto: lo spessore
dell’endometrio si fa più voluminoso e si sviluppano le arterie spirali e le ghiandole
tubulari cieche, che secernono il latte uterino (ricco di glucidi e lipidi per favorire
l’annidamento dell’embrione); dal giorno 27 al 28 i vasi sanguigni vanno in ischemia (fase
ischemica), cioè interrompono l’afflusso di sangue per far andare il tessuto in necrosi. Si
ricomincia poi dal giorno 1. Inoltre, a partire dal giorno 14 la temperatura basale si innalza
di circa mezzo grado, come segnale del del tempo ovulatorio.
SPERMATOGENESI
La spermatogenesi avviene nelle gonadi maschili, dette testicoli (o didimi), posti nella
sacca scrotale al di fuori della pelvi. I gameti maschili viaggiano dunque nelle vie
spermatiche, partendo dai testicoli e giungendo nell’uretra: il loro percorso va
dall’epididimo (diviso in testa, corpo e coda) al dotto deferente, che si snoda lateralmente
e poi posteriormente alla vescica; attraversano poi la vescicola seminale e l’area prostatica
fino a raggiungere le vie urinarie e l’uretra (che è dunque un organo che appartiene a due
apparati, quello urinario e quello genitale). Le ghiandole che i gameti devono attraversare
durante il percorso sono dunque tre:
o Vescicole seminali: arricchiscono il fluido seminale (formatosi da cellule
dell’epididimo), con fruttosio e metapoliti
o Prostata: è una ghiandola esocrina
o Ghiandole bulbo-metrali: sono responsabili della secrezione di un liquido chiaro
e viscoso lubrificante che precede il liquido spermatico nel coito
Il tempo di durata della spermatogenesi è di 72-73 giorni; si tratta di un evento continuo,
senza intervalli (a differenza dell’ovogenesi). Durante il periodo embrio- fetale, avviene
la migrazione degli elementi primordiali degli spermatogoni primari; nella fase da
neonato a prepubere avviene invece uno stop della proliferazione, che riprende invece
nella fase prepubere, in cui iniziano a proliferare gli spermatogoni A. Nella fase di
adulto, gli spermatogoni A continuano a proliferare per mitosi, mentre gli spermatogoni
B (derivati da una specializzazione degli spermatogoni A) iniziano ad entrare in meiosi,
trasformandosi in spermatociti di primo ordine (prima divisione meiotica) e di secondo
ordine (seconda divisione meiotica). Durante la spermiogenesi, infine, lo spermatida si
trasforma in spermatozoo primitivo, a parziale motilità. Questi spermatozoi continuano
poi a maturare e raggiungono la capacitazione solo nelle vie genitali femminili. La
capacitazione è un processo che
avviene nelle prime 6-8 ore dal coito tramite particolari enzimi che mimetizzano lo
spermatozoo in modo che esso non venga attaccato dal sistema immunitario femminile.
I testicoli (che durante l’evoluzione embrionale devono discendere nella sacca scrotale)
sono di forma ovalare; i tubuli seminiferi sono di lunghezza variabile, fino a 70 cm, e
sono raggomitolati su sé stessi. I testicoli contengono tessuto connettivo e non sono
dunque non vascolarizzati (setti connettivali). Negli interstizi tra i tubuli seminiferi e
dunque nel tessuto connettivo si trovano le cellule del Leydig; procedendo si trova poi la
rete testis e la testa dell’epididimo, fino alla coda in cui i tubuli convogliano nel tubo
deferente, che è rettilineo. Nel tubulo seminifero, gli spermatogoni A e B sono disposti
perifericamente; nella zona centrale del lume si spostano le cellule che man mano
maturano, fino a staccarsi per entrare nel lume e risalire le vie spermatiche. Sulle pareti si
trovano cellule mioepiteliali, che rivestono esternamente il tubulo; contraendosi, esse si
allungano restringendo il tubulo, in modo da favorire l’iniziale distacco degli spermatozoi
e il loro progredire. Tra i tubuli ci sono degli interstizi riempiti di residui di fibroblasti e di
Reticoli Endoplasmatici Lisci, il cui prodotto finale è il testosterone. Dunque, osservando
l’immagine al microscopio posso notare:
o all’esterno: nuclei eterocromatici (spermatogoni)
o ancora più all’esterno: nuclei allungati e sottili (mioepiteliali)
o più all’interno: spermatociti primari e secondari
o vicino al centro: nuclei sferici degli spermatidi
o al centro: spermatozoi in via di maturazione (nuclei molto più piccoli ed
eterocromatici, lanceolati con testa ovalare)
o Barbette rosa: flagelli sporti verso il tubulo seminifero
o Se sono presenti nuclei lanceolati, vuol dire che la spermiogenesi è già avvenuta
(altrimenti no).
Nel tubulo sono presenti anche delle cellule del Sertoli, i cui nuclei sono chiari e
voluminosi (la cromatina è infatti poco addensata perché si tratta di cellule ad alta attività
proteica). Esternamente, nel compartimento connettivale, troviamo invece cellule del
Leydig (o cellule interstiziali), che producono testosterone e hanno citoplasma acidofilo. I
citoplasmi di spermatogoni, spermatociti, etc. sono tutti collegati tra loro da giunzioni e
dunque sincronizzati. Come è fatto uno spermatozoo? È costituito da una testa, un collo e
una coda molto lunga, sempre più sottile verso l’estremità. La coda è il flagello della
cellula: è un asse costituito da un assonema nella regione centrale; la zona attorno
all’assonema consente la mobilità, poiché è costituito da un accumulo di mitocondri
avvolti a spirale attorno all’assonema nella regione iniziale (sono assenti invece nella
porzione terminale). La testa comprende invece un nucleo aploide molto condensato,
ovalare e ricoperto da un involucro detto
23
acrosoma (o cappuccio acrosomiale): si tratta di un vacuolo lisosomiale (il lisosoma
contiene infatti enzimi litici, tra cui l’acrosina, simile alla tripsina) che aiuta la cellula ad
oltrepassare le tre barriere delle vie genitali femminili: le cellule della corona radiale, la
zona pellucida e la membrana dell’ovocito. La differenziazione dello spermatide avviene
in vari passaggi:
1. Il nucleo si compatta e assume una forma lanceolata;
2. L’apparato di Golgi vescicola, produce cioè vescicole che si fondono per formare
l’acrosoma, che va a incappucciare il nucleo. Questa fase è detta fase golgiana;
3. I mitocondri vengono trasportati dal sistema citoscheletrico nella parte intermedia
della coda;
4. Due centrioli si organizzano al polo opposto della coda, da cui si allunga
l’assonema, accompagnato dalla membrana;
5. La struttura si libera dei residui citoplasmatici, che si allontanano e vengono
accolti e digeriti dalle cellule del Sertoli.
Gli spermatozoi così formati sono ancora insinuati nella regione apicale delle cellule del
Sertoli.
LE CELLULE DEL SERTOLI
Le cellule del Sertoli sono cellule allungate, lunghe quanto lo spessore del tubulo
seminifero; contengono numerose invaginazioni per ospitare le cellule nei vari stadi
(regolano infatti i processi germinativi nel tubulo). Durante la spermiazione, gli
spermatozoi non ancora pronti vi rimangono incastrati in attesa: per questo, per ospitarli,
la regione apicale è irregolare. Attorno alle cellule del Sertoli si trovano le cellule del
Leydig (interstiziali) e l’epitelio germinativo. Ai lati si trovano invece giunzioni occludenti
per creare la barriera emato-testicolare, che isola le cellule che fanno meiosi da quelle
che fanno mitosi, impedendo di fatto il passaggio di molecole tra il compartimento basale
e quello adluminare.
Il passaggio dalla fase mitotica a quella meiotica è l'unico momento durante il quale questa
barriera permette il flusso in direzione del lume del tubulo seminifero. Una deficienza di
questa barriera permetterebbe il reflusso delle proteine delle cellule spermatogenetiche nel
flusso sanguigno che sarebbero riconosciute come non-self. Questo porterebbe alla
formazione di anticorpi specifici per gli spermatozoi che porterebbe alla sterilità
autoimmune. Le funzioni delle cellule del Sertoli sono numerose:
o Supporto nutrizionale e strutturale delle cellule germinali in via di sviluppo
o Fagocitosi del citoplasma residuo degli spermatociti
24
o
o
o
o
o
Formazione della barriera emato-testicolare
Sintesi dell’ABP (androgen-binding protein)
Sintesi e secrezione durante l’embriogenesi di ormone anti-mülleriano
Sintesi di inibina (ormone che ha come obbiettivo le cellule ipofisarie)
Secrezione di un medium ricco di fruttosio
LE CELLULE DI LEYDIG
Le cellule di Leydig (con cristalli di Reikle) producono testosterone, omone fondamentale
per la spermatogenesi. Si tratta di cellule acidofile, che legano cioè eosina. L’ormone
responsabile del processo è l’ormone LH, di natura proteica, che quindi non entra nella
membrana ma cerca un recettore specifico, assente in tutte le altre cellule. Il legame
ormone-recettore attiva l’enzima adenilato ciclasi, che a sua volta attiva cinasi che
vanno ad attivare il colesterolo esterasi. Essa scinde il colesterolo esterificato
trasformandolo in colesterolo libero (che è prelevabile comunque anche dal plasma); nel
mitocondrio il colesterolo viene modificato in pregnenolone, finché nel Reticolo
Endoplasmatico Liscio (molto abbondante in queste cellule) si forma il testosterone, che
è un ormone lipidico che quindi diffonde in membrana e esce nelle cellule del Sertoli
(all’interno di recettori intracitoplasmatici) o nel circolo ematico. Dunque il controllo
ormonale della spermatogenesi avviene attraverso vari passaggi:
o L’ipotalamo (ghiandola da cui si allunga un peduncolo che termina con
un’estroflessione detta ipofisi – la parte anteriore adenoipofisi, quella posteriore
neuroipofisi) segnala all’ipofisi tramite FSH – RH o LH – RH (fattori per
promuovere il rilascio di FH e LH);
o L’adenoipofisi secerne:
 FSH, che trova recettori sulla membrana plasmatica delle cellule del
Sertoli, in cui si produce la proteina ABP
 LH, che stimola la sintesi di ormoni steroidei agendo sulle cellule del
Leydig; il testosterone entra poi nel citoplasma delle cellule del Sertoli
o nei circoli sanguigni. A questo punto, le cellule del Sertoli
producono inibina per limitare la produzione di FH e LH
sull’adenoipofisi, e per limitare i fattori di rilascio sull’ipotalamo.
GLI ORGANULI CITOPLASMATICI
Gli organuli, deputati alle attività metaboliche della cellula, si trovano nel citoplasma,
costituito per l’85% da citosol. Oltre al nucleo, i sistemi reticolari di membrana si
25
dividono in sistemi di cisterne (cioè formazioni sacciformi piatte) e tubuli di membrana;
tutti i sistemi cisternali sono collegati tra loro.
 Il Reticolo Endoplasmatico Ruvido o Granulare (RER o REG) presenta basofilia
citoplasmatica; esso è costituito da numerosi ribosomi (dal diametro di circa 20 nm),
acido ribonucleico e 20 proteine costituite da 2 subunità. I ribosomi, comunque, non
esistono solo legati a reticolo ma anche liberi nel citoplasma, organizzati in strutture
dette rosette. Il REG è deputato all’assemblaggio degli aminoacidi nella sintesi delle
proteine; durante la formazione delle proteine, può capitare che se ne formino di
anomale. Alcuni sistemi enzimatici le riconoscono e le trasportano verso aree dove le
proteasi (nei proteosomi) le frammentano; queste proteine di trasporto si chiamano
chaperonine e appartengono alla famiglia delle ubiquitine; rappresentano un
importante sistema di protezione da proteine malformate. Come opera il REG? Il
ribosoma nel citoplasma trova un mRNA e vi si associa: inizia quindi la sintesi della
prima catena, che è una sequenza segnale particolare in grado di riconoscere le
riboforine, strutture proteiche sulla membrana del REG formate da più subunità che
vanno a costituire un canale. Dopo la formazione del legame ribosoma – cisterna, la
proteina continua ad allungarsi e, una volta che si è staccata, rimane intrappolata
dentro la membrana; il ribosoma invece si stacca. La proteina subisce poi
eventualmente glicosilazione, prima di uscire dalla membrana per gemmazione: la
vescicola si stacca e migra o verso la membrana, o verso l’apparato di Golgi per
subire ulteriori modifiche. Quali sono le cellule che accumulano REG? In particolare,
sistemi di secrezione, plasmacellule (linfociti B – in cui il REG serve per produrre
anticorpi), neuroni, etc. Numerose cellule contengono invece poliribosomi liberi
(formati da 10 o più unità legate a mRNA a formare rosette):
o epiteli pluristratificati con funzione meccanica, in cui la cellula si irrobustisce
all’interno costruendo proteine molto dure tra cui cheratine, prodotte da
poliribosomi liberi (la regione più ricca di poliribosomi liberi è quella basale);
o nel midollo osseo, durante l’eritropoiesi (da proeritroblasto a eritrocita, che viene
riempito di emoglobina perdendo così tutti gli organuli, compreso il nucleo): per
ottenere la basofilia degli eritroblasti, deve necessariamente esserci la presenza di
poliribosomi liberi;
o cellule embrionali chiamate mioblasti: si fondono tra di loro formando miotubi
(strutture allungate che intrappolano numerosi nuclei).
 Il Reticolo Endoplasmatico Liscio (REL) è una rete a maglie strette di tubuli
ramificati anastomizzati, cioè tutti aggregati tra di loro a formare anastomosi; si tratta
sempre dunque di sistemi membranosi, ma con forma diverse. A differenza del REG,
che presenta caratteristiche costanti, il REL è eterogeneo, perché nelle
diverse cellule assume forme e funzioni diverse (pur mantenendo un’omogeneità
morfologica). Può infatti contenere particolari sistemi enzimatici: Glucosio-6- fosfatasi,
enzimi della glicogenolisi, enzimi della colesterologenesi, enzimi della steroidogenesi,
enzimi della lipogenesi, etc. Il risultato finale è dunque ben diverso. Ad esempio:
o Nelle cellule intestinali, è coinvolto nella sintesi di acidi grassi e altri lipidi (da
colesterolo, monogliceridi e acidi grassi a trigliceridi e colesterolo);
o Nelle ghiandole endocrine a secrezione steroidea agisce sui derivati del
colesterolo;
o Negli enterociti riveste il duodeno;
o Negli epatociti deposita o demolisce accumuli di glicogeno e svolge azione
detossificante e metabolizzante di farmaci e tossine.
o Nel reticolo sarcoplasmatico sequestra ioni calcio.
 L’Apparato di Golgi fu scoperto da Camillo Golgi con il microscopio ottico
(ricevette poi con Cajal il Nobel nel 1906 per le sue osservazioni mediante
colorazione argentica); si tratta di un reticolo che si colora con coloranti speciali, ma
non è visibile con ematossilina o eosina al microscopio ottico, ma solo tramite
precipitazioni di metalli pesanti. È un sistema di cisterne appiattite (o sacchi) impilate
l’una sull’altra a formare organizzazioni complesse, composte da fino a 10/15
cisterne. Le cisterne hanno un versante concavo e uno convesso; l’apparato riceve
vescicole provenienti dal REG, a contenuto poco elettrondenso, a livello del versante
concavo, detto versante cis; altre vescicole più elettrondense e voluminose, a
contenuto enzimatico o proteico che l’apparato di Golgi ha rielaborato per
glicosilazione, derivano invece dal versante trans (o porzioni laterali). Tra il versante
cis e quello trans si trovano invece cisterne intermedie, dette porzioni intermedie
dell’apparato di Golgi. Queste vescicole che gemmano dal Golgi vanno a formare
vescicole esocitotiche oppure rimangono nel citoplasma (sotto forma, ad esempio, di
lisosomi). Per formare un apparato di Golgi servono almeno quattro cisterne. Il
versante cis è detto versante formativo, poiché accoglie vescicole da rielaborare,
mentre il versante trans è detto maturativo, poiché espelle vescicole a contenuto già
completamente formato. Al microscopio elettronico TEM è possibili vedere solo il
perimetro delle cisterne. Quali sono le principali funzioni dell’apparato di Golgi?
o Fosforila le proteine (provenienti dal REG) destinate ai lisosomi
o Sintetizza oligosaccaridi e glicosamminoglicani (per matrici cellulari o perché si
possano poi aggregare in proteoglicani)
o Completa la sintesi dei fosfolipidi di membrana per un continuo rinnovamento
del plasmalemma
o Ristruttura le proteine (ad esempio nei fibroblasti amputa alcune pre-proteine)
27
o Destina le vescicole estruse verso obbiettivi prestabiliti, caratterizzandole
Queste vescicole possono essere di tipi diversi; le principali categorie sono tre:
o Granuli secretori: vescicole con materiale condensato, più elettrondense
o Piccole vescicole lisce per il riciclaggio di membrane plasmatiche
o Vescicole lisosomiali rivestite con un involucro villoso di clatrina. La clatrina è
una ricopertura villosa di coated vescicles, molecola proteica a stella con tre braccia
che si assembla ad altre molecole costituendo importanti reticolati.
In base alla diversa distribuzione degli enzimi, le tre porzioni hanno una polarità
funzionale: il versante cis contiene enzimi fosfotransferasi e fosfoglicosidasi (glicosilati
poiché acquisiscono Mannosio-6-fosfato), le porzioni intermedie glicosiltransferasi,
mannosidasi, N-acetilglucosammina e ceramide, il versante trans sulfo-transferasi,
tiamina, pirofosfatasi, sialintransferasi, glucan-sintetasi. L’insieme di membrane
dell’apparato di Golgi forma un network detto TGN (trans Golgi Network). Quali cellule
contengono numerosi apparati di Golgi?
o i neuroni: sono molto ricchi di apparati di Golgi poiché devono produrre
neurotrasmettitori. Per questo motivo, i neuroni possono avere più apparati di Golgi,
perché devono vescicolare nelle sinapsi.
o le cellule degli epiteli secretori: sono cellule che producono prodotti proteici,
glucidici o glicoproteici, sotto forma di muco che viene estruso sulla superficie a
formare uno strato di mucina (formata da glicoproteine, che comprendono una
grossa contenente glucidica e una piccola componente proteica). Questo strato di
mucina è capace di idratarsi notevolmente aumentando la fluidità; i glucidi
richiamano infatti acqua poiché sono polari. Sono cellule molto voluminose,
occupate da sezioni chiare (accumuli di mucina), con nucleo chiaro eucromatico e
numerosissimi apparati di Golgi.
o i fibroblasti: sono cellule dei tessuti connettivi propriamente detti, che
producono una sostanza per arricchire la matrice extracellulare (una componente
fibrillare nera detta pro-collagene). Il pro-collagene è formato da una porzione
proteica e una glucidica, per questo servono abbondanti REG e apparati di Golgi.
o i condroblasti (nel tessuto cartilagineo) e gli osteoblasti (nel tessuto osseo):
analogamente ai fibroblasti, anche loro producono collagene.
Patologie che derivano da deficit di granuli di secreto (malfunzionamento degli apparati di
Golgi) possono essere ad esempio il diabete proinsulinico; il deposito di corpi nei
fibroblasti, condroblasti o osteoblasti dovuto a un deficit di fosfotransferasi può causare
deficit psicomotori e anomalie delle ossa.
 I mitocondri sono produttori di ATP, e per questo definiti le centrali energetiche
della cellula. Sono in numero variabile a seconda delle necessità metaboliche della
cellula, non sono visibili al microscopio ottico con ematossilina o eosina (se non nel
caso in cui siano particolarmente condensati) ma al microscopio a contrasto di fase.
Hanno una forma bastoncellare, sono flessuosi e in movimento per spostarsi nelle
regioni citoplasmatiche che hanno bisogno di ATP. La lunghezza è variabile; sono
sempre circondati da due membrane, una esterna e liscia e una interna ripiegata in
creste (forma più diffusa) o in strutture tubulari. Tra le due membrane è presente uno
spazio inter-membrana. Lo spazio racchiuso dalle membrane prende il nome di
matrice mitocondriale. I mitocondri servono per produrre ATP, che viene poi
degradata in ADP + Pi e di nuovo trasformata dai mitocondri in ATP, con
produzione di CO2. L’ATP (adenosintrifosfato) è una molecola divisa in tre aree:
un’adenosina, uno zucchero e tre gruppi fosfato inorganici (Pi). Le creste della
membrana interna aumentano la superficie di membrana e solo molto diffuse; al
contrario, le strutture tubulari sono presenti solo in alcune cellule neuronali e in
cellule a produzione steroidea. Secondo l’ipotesi parassitaria, il mitocondrio è di
origine un parassita di cellule a metabolismo anaerobio, che lo sfruttano per il suo
metabolismo aerobio: dunque il mitocondrio sfrutta una cellula accogliente per
produrre energia sotto forma di ATP). Ad avvalorare la teoria vi è il fatto che il
mitocondrio compie una duplicazione per autoreplicazione (come quella dei batteri):
si duplica quando la cellula ha bisogno di ATP o quando la cellula entra in mitosi
(fase s). Analizzando la membrana mitocondriale:
o Membrana esterna: 7 nm di spessore, dunque con contiene sistemi proteici
voluminosi se non le porine (molecole che formano buchi per far passare
molecole idrosolubili a discreto peso), alcuni enzimi e alcune
monossoamminossidasi.
o Camera mitocondriale esterna (spazio intermembrana): contiene enzimi come
l’adenilfosfociclasi; ha uno spessore di 6 nm.
o Membrana interna: è costituita da fosfolipidi (soprattutto cardiolipina, che è
formata da 4 catene invece che da 2) e proteine di trasporto (catene respiratorie
per H+ e e-), oltre all’ATP-sintetasi, a forma di bacchetta di tamburo. Le ATP
sintetasi sono strutture che supportano la catena respiratoria; le unità respiratorie
sono formate dal complesso F0F1-ATP-sintetasi (dove F0 rappresenta la forma
inattiva e F1 quella attiva): a riposo il complesso occupa l’intero spessore della
membrana. Per shock osmotico, rivolgono la testa globosa verso la matrice
mitocondriale, mentre una parte rimane ancora integrata nella membrana. Lo
shock osmotico avviene grazie a ioni H+ che s trovano nello spazio
intermembrana e vengono pompati nella matrice mitocondriale, innescando la
trasformazione di ADP in ATP; per reggere questa
29
differenza di concentrazione di ioni H+ la membrana interna è altamente impermeabile
attraverso il doppio film lipidico grazie alla presenza della cardiolipina: per questo le
molecole passano solo tramite sistemi enzimatici o proteici (mentre la membrana esterna
è altamente permeabile grazie alle porine). Il diametro della testa globosa del complesso
F0F1-ATP-sintetasi è di circa 10 nm. Altri complessi proteici nella catena respiratoria sono
la NADH deidrogenasi, la citocromo reduttasi e ossidasi (per il trasporto di elettroni). La
membrana interna è infatti ripiegata proprio per poter ospitare migliaia di molecole. La
fosforilazione ossidativa è la reazione che permette di passare da ADP ad ATP: ADP + Pi
→ ATP
La matrice mitocondriale contiene una miscela colloidale costituita al 50% da proteine e da
particolari ribosomi: si tratta dei ribosomi mitocondriali, più piccoli di quelli della cellula,
che sono esclusivi della matrice mitocondriale; contiene inoltre tRNA e mRNA tipici del
mitocondrio, codificati dal DNA mitocondriale, e granuli densi (30-50 nm) per regolare la
concentrazione ionica di calcio. Il DNA mitocondriale (mtDNA) è una doppia elica ma
a forma circolare; codifica solo per pochi geni e particolari proteine mitocondriali. Si tratta
di 16568 paia di basi che codificano per soli 37 geni. Quali sono le cellule con un maggior
numero di mitocondri?
o i neuroni
o il tessuto adiposo bruno, poco rappresentato nell’uomo ma tipico degli animali
vernanti, che contiene mitocondri per produrre calore; per questo, sulla
membrana interna non si trova l’ATP-sintetasi ma la termogenina.
o in un nefrone (glomerulo renale con una matassa di strutture vascolari costituite
da capillari fenestrati nella capsula del Bowman), fatto da un tubulo prossimale,
un’ansa di Henle e un tubulo contorto distale, la preurina deve essere riassorbita
(soprattutto nelle sue componenti quali acqua e soluti tra cui elettroliti - K, Na, etc,
- e glucosio): sono tutti trasporti attivi che hanno bisogno di ATP, quindi la parete
di rivestimento del tubulo contorto prossimale è rivestita da cellule che hanno:
 Numerosissimi microvilli della parte luminare (orletto a spazzola per
aumentare la superficie di assorbimento)
 Nella porzione basale, un apparato vacillare (o labirinto basale),
cioè un insieme di invaginazioni della membrana plasmatica nel
versante interno contenenti numerosissimi mitocondri tra le pieghe.
Questi mitocondri sono intuibili anche al microscopio ottico, come
strisce acidofile. Il labirinto basale è presente anche nei dotti escretori
striati di organi ghiandolari.
o nella muscolatura striata scheletrica, nelle cui strutture sinciziali i mitocondri si
dispongono in posizione ipolemmale o attorno alle singole miofibrille.
o negli spermatozoi, per consentire loro il movimento.
Un individuo eredita i mitocondri solo dalla madre, perché durante la fecondazione lo
spermatozoo entra nella cellula uovo solo con la testa, lasciandosi indietro la coda ricca di
mitocondri (ciò avviene solo nell’uomo): per questo si può risalire a una cosiddetta eva
mitocondriale. Alcune malattie mitocondriali sono dovute a un’alterazione dei
mitocondri dal punto di vista morfologico: miopatie, encefalopatie, cardiomiopatie,
neuropatie (interessano dunque principalmente muscoli e neuroni).
 I lisosomi sono strutture ricoperte da una membrana, con dimensioni e contenuti
molto diversi tra loro: distinguiamo infatti tra lisosomi primari e secondari. I lisosomi
hanno forma rotonda, ovoidale o regolare, e non sono visibili al microscopio ottico;
si tratta di “pacchetti” che contengono enzimi litici a pH ottimale acido pari a circa 5
(nel citoplasma, invece, il pH è circa 7.2/7.3, quindi servono delle pompe protoniche
che veicolino nel lisosoma ioni H+ tramite trasporto attivo e consumo di ATP).
Dunque, se le idrolasi uscissero nel citoplasma, esse non avrebbero nessuna azione: il
pH basso riduce infatti il pericolo di autodigestione della cellula ospitante. Gli enzimi
idrolitici contenuti nel lisosoma sono più di 40; tra essi ricordiamo le proteasi (enzimi
che riducono le proteine in peptidi), lipasi, glicosidasi, fosfatasi, solfatasi, fosfolipasi e
nucleasi, che degradano DNA e RNA. Gli enzimi nei lisosomi vengono sitentizzati
dal REG, rielaborati nell’apparato di Golgi e vescicolati poi nel citoplasma. I
lisosomi primari contengono enzimi non attivi, poiché il pH non è ancora corretto;
una volta che il pH si abbassa, il lisosoma ingloba una vescicola endocitotica in modo
da riversare gli enzimi in questo ambiente. Il lisosoma prende il nome di
fagolisosoma: gli enzimi degradano e digeriscono la vescicola, e il lisosoma diventa
secondario. Dove sono presenti i lisosomi?
o in cellule come macrofagi e leucociti, dove possono anche svolgere funzione di
autofagocitosi di sostanze che non servono più alla cellula (mitocondri, ribosomi,
etc.) o addirittura di intere cellule in apoptosi. Ci sono poi cellule della linea
macrofagica che espellono il contenuto dei lisosomi fuori dalla cellula, senza
interiorizzarlo.
o nei neuroni, che però possiedono lisosomi carenti di lipasi, che dunque
degradano tutto tranne le porzioni lipidiche, che si depositano in pigmenti detti
lipofuscine, già colorate di un colore brunastro. Nei prelievi autoptici queste
lipofuscine sono visibili negli anziani, ma non nei giovani.
o negli osteoclasti, macrofagi di derivazione mesenchimale, che per distruggere il
tessuto osseo riversano il secreto dei lisosomi nella lacuna di Howship, creandovi
un pH molto basso (CO2 + H2O → H+ + HCO 2-). Sono cellule giganti
plurinucleate (contengono infatti numerosi nuclei di cellule che sono state
fagocitate e un unico nucleo che controlla la cellula), con evidenti nucleoli per
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arricchire il citoplasma di ribosomi. Alcune patologie dovute a difetti enzimatici sono
malattie di accumulo (dovute a un immagazzinamento lisosomiale: mucopolisaccaridosi,
glicosidosi, oligosaccaridosi, etc.).
 I perossisomi sono organuli rivestiti da membrana, a contenuto enzimatico
particolare: contengono infatti enzimi ossidativi, come la catalasi, le cui funzioni
sono:
o Ossidazione degli acidi grassi a lunga catena (detta -ossidazione)
o Sintesi del colesterolo e degli acidi biliari nelle cellule epatiche
o Produzione di plasmalogeni (sottoclasse di fosfolipidi)
o Smaltimento di composti metabolici tossici
I perossisomi hanno una diversa origine rispetto ai lisosomi: la membrana si origina infatti
per gemmazione del REL (non dell’apparato di Golgi, come nei lisosomi) e gli enzimi
sono sintetizzati dai poliribosomi liberi (non dal REG). Gli enzimi vengono poi
interiorizzati per traslocazione post-traduzionale. Dove sono presenti i perossisomi?
o nelle cellule renali, negli epatociti: il perossisoma possiede infatti una regione più
elettrondensa ad aspetto cristalloide, chiamata nucleoide, che accumula urato-ossidasi. La
-ossidazione produce H2O2, dannosissima per l’uomo, ma la catalasi la trasforma in H2O
e O2.
 Il citoscheletro è una maglia intricata di proteine filamentose che costituiscono
un’impalcatura nel nucleo (vd. lamine) e nel citoplasma, per dare forma e movimento
alle cellule. Le proteine citoscheletriche sono codificate dal 2.8% del genoma umano
e svolgono diverse funzioni. Possiamo distinguere tre categorie di filamenti in base al
diametro: microfilamenti (霞7 nm), filamenti intermedi (霞10 nm) e microtubuli (霞
25 nm). Vi sono poi altre proteine dette associative.
o Microfilamenti (vd. microvilli): sono i filamenti più sottili, caratterizzati da
proteine globulari di G-actina (dove G sta per globulare) concatenate a
formare filamenti di F-actina (dove G sta per filamentosa). Per favorire questo
aggancio c’è bisogno di ATP: si tratta infatti di una polimerizzazione a spesa
energetica. L’ATP si avvicina al filamento e diventa ADP, cedendo energia. I
due filamenti di F-elica sono microfilamenti in continua
evoluzione: una porzione si accorcia sempre e una si allunga sempre. I
microfilamenti hanno lunghezze variabilissime. Le proteine associative dei
microfilamenti sono:
 Profilina: limita l’allungamento mascherando nel sito attivo i monomeri
 Fimbrina: lega filamenti adiacenti associandoli in modo parallelo (asse di
sostegno dei microvilli)
 Filamina e spectrina: formano tralicci bloccati nei punti di intersezione,
stabilizzando la rete tridimensionale
 Gelsolina: divide filamenti lunghi di actina
 Vinculina
-actinina: legano alla membrana cellulare (vd. adesività
cellula-matrice)
 Proteina di nucleazione: si stabilisce al di sotto della membrana
plasmatica nel versante citosolico e aggancia filamenti di actina, formando
pseudopodi. Il corpo cellulare globoso viene trascinato verso lo
pseudopodio: la cortex con actina si allunga infatti perché c’è una proteina
di nucleazione, formando punti di ancoraggio.
 Miosina: presente nel tessuto muscolare striato scheletrico; è formata da
troponina (3 subunità globulari) e tropomiosina (filamento lungo), che si
associano: la troponina si lega alla F-actina ancorandosi alle subunità di Gactina: ogni 11/13 subunità globulari la troponina si appoggia alla
tropomiosina. La proteina g ospita i siti di aggancio della testa di miosina
-elica in coda e una testa con sistemi enzimatici di
ATPasi). Le molecole di miosina si associano in due fascine attaccate in una
regione centrale (linea M): le teste globulari sporgono verso l’esterno
orientate in tutte le direzioni, andando a costituire il filamento spesso
(numerosissime molecole di miosina). Nei sarcomeri, le unità contrattili
sono costituite da actina e miosina.
o Filamenti intermedi: ne esistono quattro diverse famiglie: le lamine (nucleari), le
cheratine (epiteli), le vimentine e vimentino-simili (tessuto connettivo, muscolare e
neurogliare) e i nerofilamenti (cellule nervose). Tutti hanno diametro uguale di 10 nm,
ma ogni categoria è peculiare di un solo tipo cellulare. Le molecole hanno un
dominio molto simile in tutte e quattro le categorie, ma le estremità variano. Per
raggiungere i 10 nm di diametro, il singolo filamento si associa in dimeri, poi i dimeri
si associano in tetrameri e i tetrameri si associano per la lunghezza e per i diametri in
unità funzionali cave al centro.
 le cheratine sono proteine che organizzano i tonofilamenti delle cellule
epiteliali che ricoprono la superficie del corpo e le sue cavità e dei desmosomi.
Ci sono 20 classi di cheratine e 8 cheratine dure, specifiche di capelli ed unghie.
Si distinguono in cheratine acide (I) e cheratine basiche (II) che si assemblano in
eterodimeri. Formano una rete fitta attorno all’involucro nucleare, ma
esternamente, a differenza delle lamine che si trovano all’interno. Non vanno
incontro a un rapido smontaggio, ma stabilizzano la forma cellulare. Ad
esempio, nell’epidermide (rivestimento
della cute) e nella cutopelle (tessuto connettivo sottostante di supporto) le cellule
vengono rinforzate da filamenti di cheratina.
 le vimentine o vimentino-simili sono presenti nei fibroblasti e nelle cellule
derivate dal mesenchima (localizzate nei tessuti connettivi ed in altre tipi
cellulari di origine non epiteliale), costituendo una rete lassa all’interno del
citoplasma.
 le desmine si trovano nelle cellule muscolari, dove formano una rete lassa
attorno ai sarcomeri mantenendoli allineati; legano i sarcomeri al sarcolemma.
 i neurofilamenti (NF) sono proteine che strutturano gli assoni e i
prolungamenti delle cellule nervose. Patologie legate a una distribuzione
anomala dei neurofilamenti sono ad esempio la SLA (Sclerosi Laterale
Amiotrofica).
Le proteine associative dei filamenti intermedi sono la filagrina (aggregazione in piccoli
fasci della cheratina) la plectina (nei punti di inserzione della vimentina) e la sinamina
(nel muscolo).
o Microtubuli: sono i filamenti più voluminosi, cavi al centro, dal diametro di circa 25
nm. Ogni filamento di tubulina è formato da due subunità di e -tubulina, che si
allungano nella subunità plus con energia fornita dal GPT, molecola ad alta energia
che prende, associa e allunga alternativamente e -tubulina. Le subunità si disfano
invece nelle subunità minus; spesso si associano in doppiette cigliari o triplette
centriolari. Il fuso mitotico è una struttura di microtubuli costituita a partire dai
nucleosomi (o diplosomi), che sono due centrioli disposti perpendicolarmente a T,
posti ai poli opposti della cellula. Dai nucleosomi emergono i microtubuli sporti
verso la membrana plasmatica e verso il centro, dove il fuso blocca i cromosomi sulla
piastra metafasica. I cromosomi migrano durante la mitosi perché i microtubuli si
accorciano in prossimità del nucleosoma. I microtubuli dell’aster si ancorano invece
alla membrana plasmatica. Le proteine associative dei microtubuli, dette MAP
(Microtubule Associated Protein) sono:
 la chinesina, importante nei movimenti anterogradi (che trasportano sostanze
dal corpo cellulare alle sinapsi)
 la dimerina, destinata al trasporto assonale, importante nei movimenti
retrogradi (che trasportano sostanze dalle sinapsi al centro della cellula).
34
L’istologia è la disciplina che valuta la struttura e la funzione dei tessuti; nell’uomo
riconosciamo quattro tipi di tessuti: epiteliale, connettivo, muscolare e nervoso (di cui si
studia in particolare la struttura normale). Se nell’adulto i tessuti sono quattro, nelle prime
fasi di sviluppo embrionale esistono dei tessuti prenatali in continua trasformazione,
sempre in divenire poiché costituiti da cellule a notevole attività proliferativa, che man
mano si specializzano.
o Al momento della fecondazione, il tessuto pre-embrionale è costituito da cellule
totipotenti fino allo stadio di 8 cellule;
o Già allo stadio di morula, dopo quattro giorni dalla fecondazione, le cellule hanno
iniziato a diversificarsi tra loro, fino allo stadio di blastocisti, che è formata da tessuti
annessiali che andranno a costituire gli annessi embrionali (come la placenta) e un
accumulo di cellule che costituiranno l’embrione. Il tessuto annessiale (tessuto più
esterno) si chiama trofoblasto, ed è costituito da sincizio e citotrofoblasto;
l’accumulo di cellule (nella parte centrale) è costituito invece da epiblasto e
ipoblasto.
o Dopo qualche giorno, alla terza settimana, l’ipoblasto e l’epiblasto si trasformano in
tessuti embrionali più complessi, detti foglietti embrionali (ectoderma e
mesoderma); a loro si aggiunge infine il mesoderma, che è il terzo foglietto
embrionale.
o Dalla terza settimana alla nascita, i tessuti diventano progressivamente tessuti
embrio-fetali (si parla di embrione dalla terza all’ottava settimana e di feto dall’ottava
alla nascita); si tratta di tessuti sempre più specializzati (per esempio, i tessuti
muscolare e nervoso e alcuni organi come la struttura nervosa iniziano a prendere
forma già dalle prime settimane).
o I tessuti annessiali, come la placenta, tessuto metabolico di scambio tra madre e feto,
sono costituiti dalle stesse cellule che andranno a costituire l’embrione; ciò rende possibili
esami come la villocentesi e l’amniocentesi, che prelevano cellule da tessuti annessiali per
avere informazioni sulle cellule fetali, che sono del tutto analoghe.
I tessuti primordiali sono dunque tre: epiteliale ectodermico, mesodermico ed epiteliale
endodermico. Si tratta dei tre foglietti embrionali; ectoderma ed endoderma hanno
origine epiteliale, mentre mesoderma ha origine mesenchimale e si specializzerà in
mesenchima primario e poi mesenchima secondario (è un tessuto diverso perché via via
che si trasforma arriva a possedere molta matrice extracellulare con molecole che andranno
a caratterizzare i tessuti definitivi).
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I tessuti post-natali (definitivi) si dividono in due grandi categorie: tessuti semplici (che
svolgono le loro funzioni senza l’aiuto di tessuti ausiliari) e tessuti complessi. I tessuti
semplici si dividono in:
o Tessuti epiteliali definitivi, a loro volta suddivisi in diverse categorie.
 epiteli di rivestimento, che rivestono la superficie esterna del corpo
(epidermide) o la superficie interna di organi cavi comunicanti con l’esterno;
 epiteli ghiandolari, che secernono prodotti esocrini (da riversare sulle
superfici libere che comunicano con l’esterno o sulle superfici esterne del
corpo) o endocrini (da riversare nel corpo sfruttando il flusso del torrente
circolatorio);
 epiteli sensoriali, particolarmente differenziati, che rivestono gli organi di
senso.
o Tessuti trofo-meccanici, deputati al nutrimento di sé e di altri tessuti (e per
questo altamente vascolarizzati), oltre che a funzioni di supporto funzionale e
strutturale. Si dividono in:
 connettivi propriamente detti, che svolgono funzione di sostegno e
possiedono dunque sostanza amorfa e abbondante matrice con sostanze
fibrillari. Sono divisi in reticolare (le fibre formano una rete tridimensionale
con andamento casuale delle fibre, che lasciano molti spazi vuoti in cui si
trovano cellule e sostanza amorfa), lasso (con importanti spazi tra una fibra e
l’altra), denso (le fibre sono disposte in fasci, molto robusti dal punto di vista
meccanico) ed elastico (ricco di proteine tra cui elastina);
 connettivi fluidi, in cui la matrice extracellulare è particolarmente ricca di
acqua, cosa che li rende molto fluidi (vd. sangue e linfa);
 connettivi adiposi, costituiti da due tipi di cellule e dunque divisi in due
categorie: bianchi o uniloculari e bruni o multiloculari. I connettivi adiposi
bianchi sono costituiti da adipociti molto voluminosi che accumulano nel loro
citoplasma un’unica goccia lipidica di trigliceridi. Gli adipociti possono
aumentare o consumare questa riserva energetica, aumentando o diminuendo
di conseguenza anche il proprio volume. I connettivi adiposi bruni (poco
rappresentati nell’adulto ma molto nei neonati e negli animali vernanti) sono
invece costituiti da adipociti che accumulano i trigliceridi in più foci. Gli
adipociti bianchi o bruni si possono convertire l’uno nell’altro;
 connettivi cartilaginei, a loro volta divisi in ialini, fibrosi ed elastici a
seconda della tipologia e della disposizione tridimensionale nello spazio delle
fibre. A queste categorie si aggiunge poi la cartilagine cellulare, che però è
poco rappresentata nell’uomo e dunque meno rilevante;
 connettivi ossei, divisi in due famiglie: osseo-spugnosi e osseo-compatti.
I tessuti complessi si dividono invece in:
o Tessuti nervosi, divisi in tessuto nervoso centrale e tessuto nervoso periferico
(nervi e gangli);
o Tessuti muscolari, divisi in tessuto muscolare striato scheletrico (detto striato
poiché la sezione longitudinale presenta al microscopio ottico evidenti
bandeggiature e scheletrico poiché si aggancia alle ossa), tessuto muscolare liscio
(non presenta bandeggiature al microscopio ottico) e tessuto muscolare
cardiaco (serve per far contrarre il cuore).
Per quanto riguarda le principali caratteristiche dei tessuti:
o I tessuti epiteliali (letteralmente “sopra una tela/reticolato”) sono costituiti da
cellule tutte uguali oppure diverse tra loro, possono essere mono o pluristratificati,
ma tutte le cellule sono poliedriche e strettamente aggregate tra di loro (dunque la
matrice extracellulare è presente solo in piccole quantità), sostenute dalla
membrana basale che divide l’epitelio non vascolarizzato dal tessuto connettivo
sottostante (che diffonde sostanze nutritizie per l’epitelio).
o I tessuti connettivi sono molto vascolarizzati e innervati, e dunque possiedono
quantità abbondanti di matrice extracellulare. Sono costituite da svariati tipi di
cellule, che possono essere fisse (che nascono lì e rimangono lì) o mobili (che
arrivano per stimoli chemiotattici da altri distretti).
o I tessuti muscolari sono sempre costituiti da cellule contrattili allungate, capaci di
accorciarsi; la matrice extracellulare è presente ma non abbondante, in quantità
moderate, dunque le cellule sono abbastanza vicine tra loro.
o I tessuti nervosi sono costituiti da cellule stellate con una fitta trama di
prolungamenti (processi allungati che si embricano tra loro: dendriti, assoni,
cellule della glia, etc.). Non c’è nessuna matrice extracellulare, presente solo
attorno ai vasi sanguigni ma in pochissime quantità nella rete tridimensionale di
prolungamenti, che è detta neuropilo.
Le funzioni principali dei tessuti epiteliali sono il rivestimento delle superfici e delle cavità
corporee e la secrezione ghiandolare; per i tessuti connettivali, sostegno e protezione
(funzioni trofo-meccaniche); per i tessuti muscolari i movimenti; per i tessuti nervosi la
trasmissione degli impulsi nervosi.
Le cellule dei tessuti pre-embrionali sono molto vicine tra loro, e proliferano
continuamente aumentando di numero e di dimensioni; se rimangono vicine vanno a
formare tessuti epiteliali o muscolari, mentre se si allontanano la matrice extracellulare
aumenta e si formano tessuti connettivi. Si tratta di popolazioni cellulari
37
soggette a continuo rinnovamento, e si dividono in diversi tipi in base al tempo necessario per il
rinnovo:
o Popolazioni cellulari in espansione: lo sono ad esempio le cellule dell’embrione, gli epiteli, le
cellule del midollo osseo o quelle che intervengono nei fenomeni riparativi cicatriziali. Si
caratterizzano quando il tasso di proliferazione è maggiore della mortalità;
o Popolazioni cellulari statiche: lo sono le cellule che cessano la loro attività proliferativa una
volta che sono completamente formate (dopo essersi duplicate e caratterizzate non vanno
dunque più incontro a mitosi). Le cellule morte non vengono più rimpiazzate: sono un esempio
le cellule muscolari (se sono danneggiate, vengono in parte sostituite con tessuto cicatriziale
connettivo e in parte rimpiazzate da cellule satellite multipotenti, in grado di contrarsi una volta
attivate) e le cellule del tessuto nervoso (che, una volta danneggiate, possono essere ricostruite nei
prolungamenti - vd. degenerazione walleriana degli assoni - ma non nel corpo cellulare, che viene
riparato con tessuto cicatriziale di riempimento). Un altro esempio è l’eritrocita, che ha perso la
capacità di dividersi perché altamente specializzato.
Il rinnovo cellulare avviene attraverso la mitosi, da cellule poco specializzati a cloni sempre più
specializzati. Alterazioni durante le fasi proliferative possono interessare le dimensioni, il tipo di
proliferazione e cambiamenti di differenziamento cellulare. Una variazione delle dimensioni può
portare a atrofia (diminuzione delle dimensioni) o ipertrofia (aumento delle dimensioni);
alterazioni nella proliferazione possono invece portare a agenesia (una struttura non si forma
affatto), aplasia (una struttura comincia la crescita che poi si arresta), ipoplasia (sviluppo
insufficiente) o iperplasia (aumento del numero di cellule). Se invece i cambiamenti avvengono
a livello di differenziazione cellulare, può insorgere una metaplasia (cambiamento di alcune
cellule), displasia (aumento delle dimensioni e dell’organizzazione), neoplasia (proliferazione
incontrollata, che può benigna o maligna) e infine anaplasia (che è la scarsa differenziazione di
neoplasia, in cui le cellule regrediscono rispetto alla cellula di partenza). Se metaplasia e displasia
sono condizioni reversibili, l’anaplasia è invece una situazione patologica irreversibile (vd.
alterazione dell’epitelio respiratorio dovuta a sostanze chimiche e particelle irritanti nel fumo di
sigaretta).
TESSUTO EPITELIALE
L'epitelio è un tessuto caratterizzato da cellule poste a mutuo contatto tra di
loro (ca. 20 nm di distanza) con l'interposizione di scarsa matrice
extracellulare. E' un tessuto innervato, non vascolarizzato e per questo
sempre accompagnato da un tessuto connettivo da cui trae nutrimento
attraverso i vasi connettivali e da cui è sempre separato dalla lamina basale,
un particolare tipo di matrice extracellulare caratterizzata dalla presenza di
proteine tipiche quali collagene di tipo IV e laminina più proteoglicani e
GAG.
Per quanto riguarda l'origine, gli epiteli derivano da tutti e tre i foglietti
embrionali, ectoderma, endoderma e mesoderma. In particolare dall'
ectoderma derivano l'epidermide, gli epiteli sensoriali e le ghiandole
sebacee, sudoripare e mammarie. Dall'endoderma invece originano gli
epiteli di rivestimento degli organi cavi nonché gli epiteli delle ghiandole ad
essi annesse (es. fegato e pancreas). Il mesoderma, infine, da origine
all'endotelio che riveste internamente i vasi e le cavità del cuore,
all'epitelio di rivestimento delle cavità sierose (pleura, pericardio e
peritoneo) agli epiteli del rene, della corticale del surrene e di gran parte
delle vie urinarie e genitali. Gli epiteli possono essere classificati in tre
categorie a seconda della loro funzione e della loro localizzazione;
distinguiamo gli epiteli di rivestimento, gli e. ghiandolari e gli
e. sensoriali.
Gli epiteli di rivestimento rivestono la superficie corporea e gli organi cavi
interni; gli epiteli ghiandolari sono specializzati nella secrezione endocrina
ed esocrina; gli epiteli sensoriali intervengono nella reazione agli stimoli.
EPITELI DI RIVESTIMENTO
Possono essere a loro volta classificati in base alla forma delle cellule e al
numero di strati che li compongono. In base alla forma delle cellule
superficiali, gli epiteli di rivestimento si distinguono in pavimentoso, cubico
e prismatico alto o cilindrico; mentre in base al numero di strati gli epiteli
possono essere monostratificati o semplici, le cui cellule poggiano tutte sulla
lamina basale, e pluristratificati o composti, appunto a più strati. Esistono
quindi epiteli pavimentosi, cubici o cilindrici semplici ed epiteli pavimentosi,
cubici o cilindrici composti. Possiamo individuare, inoltre, due classi di
epiteli speciali quali l'epitelio pseudo-stratificato (o pluriseriato) e l'epitelio di
transizione. Il primo è un epitelio semplice le cui cellule poggiano tutte sulla
lamina basale ma hanno altezze differenti per cui non tutte raggiungono la
superficie; per questo ad una osservazione superficiale, potrebbe apparire
pluristratificato. Il secondo, l'epitelio di transizione, è esclusivo della vescica,
un organo che cambia continuamente volume a seconda della quantità di
urina che contiene: quando è vuota, l'epitelio è pluristratificato con uno strato
esterno di cellule cupuliformi, quando è piena invece l'epitelio si distende e
diventa monostratificato.
Epitelio pavimentoso monostratificato
Essendo pavimentoso, questo tipo di epitelio possiede cellule con lunghezza
e larghezza superiori all'altezza, un po' schiacciate ai lati e più alte in mezzo
all'altezza del nucleo e unite da giunzioni evidenziabili dopo trattamento con
nitrato d'argento. Per la sua struttura molto sottile, non è adatto ad organi
con intensa attività meccanica, ma favorisce invece la diffusione, infatti è
possibile trovare l'epitelio pavimentoso monostratificato nella parete interna
dei vasi sanguigni, linfatici e dei capillari (endotelio) nonché nell'endocardio
(che riveste le cavità interne del cuore), nelle sierose, negli alveoli polmonari
e nella capsula di Bowman nel rene.
A livello dei capillari non ci sono altri strati di cellule oltre all'endotelio ma
solo
matrice extracellulare mentre nelle arteriole e nelle venule ci sono altre
pareti e da un punto di vista istologico, le due possono essere riconosciute
perché l'arteriola ha un lume più piccolo e la parete più spessa mentre la
venula ha lume più largo e parete più sottile. I capillari invece possono
essere circondati anche da una sola cellula endoteliale che si espande per
tutta la circonferenza del vaso e si chiude all'estremità mediante un
sistema di giunzioni strette che formano zonule occludenti. Nel SNC queste
zonule occludenti sono particolarmente sviluppate e formano la base
anatomica della barriera ematoencefalica che protegge il sistema nervoso
da patogeni e altre sostanze tossiche. Questi capillari continui sono anche
presenti negli alveoli polmonari dove favoriscono lo scambio tra ossigeno e
anidride carbonica. In altre zone, invece, come nel glomerulo renale o nel
sistema gastrointestinale, i capillari possono presentare delle fenestrature,
cioè dei pori chiusi da un diaframma proteico, che permettono lo scambio
di molecole dal sangue agli epatociti, ad esempio. Nel midollo osseo
queste fenestrature possono arrivare ad avere diametro di 4 micron per
permettere il passaggio dei globuli rossi.
La parete del capillare è a diretto contatto con i tessuti e forma una barriera
parziale per cui tutto quello che può passare (acqua, cataboliti, gas ma non
macromolecole e globuli rossi) passa per diffusione. Inoltre, nelle cellule
endoteliali dei capillari è molto attivo il processo di transcitosi mediante il
quale il materiale viene internalizzato a un lato della membrana a livello delle
caveole e trasferito sul versante opposto.
Nel fegato i capillari sono detti sinusoidi per il loro andamento sinusoidale
utile per aumentare la superficie si scambio.
Gli alveoli polmonari rappresentano l'unità funzionale dei polmoni definiti
come sacchetti riempiti di aria adiacenti tra loro e separati da connettivo
sottilissimo con capillari continui. In questa sede l'epitelio pavimentoso
semplice è utile per facilitare lo scambio di ossigeno e anidride carbonica tra
aria e sangue.
Un altro esempio di epitelio pavimentoso semplice lo troviamo nella capsula
di Bowman del rene. L'unità funzionale del rene è il nefrone, un tubulo a
fondo cieco che termina con una coppetta a doppia parete, la capsula di
Bowman appunto. Si tratta di una struttura formata da un doppio foglietto,
uno parietale e uno viscerale entrambi di pavimentoso semplice che
racchiude il glomerulo renale formato da capillari fenestrati. Tutto ciò forma
una sottile barriera che permette il passaggio solamente di una parte del
contenuto del sangue, come i cataboliti e le altre sostanze di rifiuto.
Epitelio cubico monostratificato
E' un epitelio formato da un singolo strato di cellule con aspetto cuboide,
poco rappresentato nell'organismo in quanto è presente solo nell'epitelio
germinativo dell'ovaio, nei follicoli tiroidei, in alcuni dotti escretori delle
ghiandole esocrine e nei piccoli bronchi.
Nell'ovaio l'epitelio cubico monostratificato riveste esternamente la superficie
ed è detto impropriamente germinativo ma non vi derivano le cellule uovo.
Nella tiroide, questo tipo di epitelio si trova a livello dei follicoli, cioè le
unità funzionali di questa ghiandola sparsi tra i setti connettivali, le cui
cellule passano a una forma cilindrica quando la ghiandola è in attività.
Nelle ghiandole esocrine invece l'epitelio cubico monostratificato si trova a
livello dei dotti escretori dove viene riversato il secreto dall' adenomero: in
questi dotti l'epitelio diventa via via più spesso passando da pavimentoso a
cubico a cilindrico.
Infine, anche nei piccoli bronchi, che fanno parte dell'albero bronchiale,
l'epitelio passa da pseudostratificato a pavimentoso passando per quello
cubico.
Epitelio cilindrico monostratificato
Si tratta di un tipo di epitelio formato da cellule disposte in un solo strato e di
forma prismatica con nucleo spostato nella porzione basale. Può esistere in
due varietà, ciliata e non ciliata: la forma ciliata è meno abbondante infatti è
presente solamente nelle tube uterine e nell'endometrio dell'utero, mentre la
varietà non ciliata si trova nella mucosa gastrica e intestinale e nel tubulo
renale.
Per quanto riguarda l'epitelio gastrico, questo si presenta non liscio ma con
pieghe sollevate utili per la dilatazione dello stomaco e inoltre di tanto in
tanto si approfonda nella mucosa per formare delle ghiandole. Si tratta di un
epitelio secernente in quanto tutte le cellule secernono un muco che viene
poi riversato sulla superficie interna dello stomaco e risulta utile per
proteggere le pareti gastriche dal pH fortemente acido che si forma durante
la digestione.
La struttura dell'epitelio intestinale è invece specializzata oltre che alla
secrezione, anche all'assorbimento, permettendo così il completamento
della digestione dei cibi e il passaggio selettivo dei prodotti finali della
digestione ai vasi sanguigni e linfatici.
Per fare questo, l'epitelio intestinale presenta i caratteristici villi, cioè
espansioni digitiformi di 0.5-1 mm di altezza ognuno dei quali contiene al
suo interno un connettivo vascolarizzato con poche fibre e molte cellule.
Questi villi servono ovviamente per aumentare la superficie assorbente
dell'intestino. Le cellule intestinali, invece, sono di due tipi: enterociti e
cellule caliciformi mucipare. Le caliciformi mucipare, frammiste agli
elementi epiteliali, sono l'unico esempio di ghiandole esocrine unicellulari e
presentano una porzione apicale che si slarga a forma di coppa e contiene la
mucina in vescicole mentre la parte basale è a forma di stelo sottile e
contiene il nucleo e gli altri organuli. Una volta secreta, la mucina si unisce
all'acqua a formare il muco, una sostanza glicoproteica basofila
metacromatica e pas- positiva con funzione di protezione dell'epitelio di
rivestimento. Queste cellule sono quindi deputate a svolgere la funzione
secernente dell'intestino. Per quanto riguarda invece l'assorbimento,
consideriamo gli enterociti. Queste cellule risultano funzionalmente
polarizzate, nel senso che possiedono un polo apicale rivolto verso il lume e
specializzato nell'assorbimento e un polo basale, affacciato sulla tonaca
propria che invece trasporta per transcitosi le sostanze assorbite alla rete
capillare sanguigna e linfatica. Ciascun enterocito, inoltre, presenta sulla
superficie apicale una struttura particolare nota come orletto striato o a
spazzola, formato dai microvilli, cioè espansioni cellulari allungate e rigide la
cui parete risulta più spessa di una normale membrana plasmatica per la
presenza del glicocalice prodotto dalle cellule caliciformi mucipare. I
microvilli risultano rigidi per la presenza al loro interno di filamenti di actina
paralleli tra di loro che decorrono in altezza per tutta la lunghezza del
microvillo e si ancorano come radici alla base del microvillo in
corrispondenza del cosiddetto terminal web; di questi microfilamenti, la factina è sempre la stessa in tutti i tipi cellulari, quello che cambia sono le
actin binding proteins che collegano i microfilamenti tra di loro e alla
membrana, una di queste è la villina, che stabilizza e irrigidisce i microvilli.
Come i villi, anche i microvilli servono per aumentare ulteriormente la
superficie assorbente dell'epitelio.
Oltre ai microvilli, caratteristica degli enterociti è un complesso apparato di
giunzione formato da tre strutture particolari, poste in una successione ben
definita: una serie di giunzioni strette che formano una zonula occludens che
circonda ogni cellula lungo tutto il perimetro subito al di sotto dell' orletto
striato; una serie di giunzioni aderenti che forma la zonula adherens; un
certo numero di desmosomi sparsi separatamente tra di loro. Le giunzioni
strette da una parte confinano le proteine di trasporto ai loro domini di
membrana appropriati agendo da barriere di diffusione entro il doppio
strato lipidico, (quindi, ad esempio, confinano i simporti del glucosio sulla
superficie
apicale) dall'altra bloccano il flusso retrogrado di glucosio dal lato basale
dell'epitelio al lume intestinale. Le giunzioni aderenti invece formano un
fascio che circonda la cellula e la connette con quelle circostanti tramite i
microfilamenti di actina e proteine specifiche della famiglia delle caderine. I
desmosomi, infine, si trovano come “bottoni” singoli sparsi nella membrana
plasmatica connettendo i filamenti intermedi da cellula a cellula.
Un altro esempio di epitelio cilindrico semplice non ciliato è rappresentato
dall'epitelio bacillare nel tubulo renale prossimale, la cui porzione basale
presenta delle introflessioni che aumentano la superficie di membrana per il
trasporto attivo di molecole e ioni attraverso specifici trasportatori.
Numerosi sono i mitocondri che forniscono energia per questo processo.
Per quanto riguarda invece la varietà ciliata dell'epitelio cilindrico semplice
consideriamo la tuba uterina e l'endometrio. In questo caso, la superficie
epiteliale risulta ricoperta da strutture digitiformi, le ciglia appunto, che
differiscono dai microvilli per essere più irregolari, mobili e con un'intensa
colorazione alla base a livello dei blefaroplasti, cioè i corpi basali formati dal
centriolo da cui partono i microtubuli. Ogni ciglia infatti ha una particolare
struttura citoscheletrica formata da un asse centrale di due microtubuli e
nove doppiette periferiche che formano l'assonema. Grazie alla dineina che
fa scorrere i microtubuli l'uno sull'altro, le ciglia si muovono con un battito a
remo, sincronizzato per tutte le ciglia di una stessa fila, che nella tuba
contribuisce a spingere l'ovulo dall'ovaio all'utero.
Epitelio pavimentoso pluristratificato
E' un tipo di epitelio formato da più strati di cellule di varia forma, da cubica
o cilindrica alla base a pavimentosa sulla superficie. Le cellule profonde
risultano più attive da un punto di vista metabolico e proliferativo e si
distinguono perciò da quelle superficiali, inerti metabolicamente ma
comunque vitali. A seconda della presenza o meno sulla superficie di uno
strato di cellule che hanno perso il nucleo assumendo un aspetto squamoso,
epiteli di questo tipo possono essere classificati in corneificati, o
cheratinizzati, e non corneificati.
La varietà non cheratinizzata o molle è presente nelle zone di
comunicazione tra l'esterno e gli organi interni quindi nella cavità orale,
nell'orofaringe, nell'esofago, nel canale anale, nel tratto distale dell'uretra e
nella vagina. La varietà cheratinizzata, invece, è caratteristica
dell'epidermide, lo strato più superficiale della cute.
Da un punto di vista funzionale, questo tipo di epitelio è presente in zone
soggette a stress meccanico che non hanno bisogno di una funzione di
assorbimento o diffusione tipica della forma monostratificata.
Nell'epidermide, l'epitelio presenta uno strato superficiale di residui cellulari
privi si nucleo e pieni di una proteina filamentosa, la cheratina. Nella parte a
contatto col derma invece, l'epitelio forma una serie di estroflessioni, le
creste epidermiche, che si interdigitano con le papille dermiche per due
motivi principali: una funzione di ancoraggio più solido per evitare la
formazione di vesciche causate dal distacco dell'epidermide dal derma
(esistono malattie genetiche per le quali l'ancoraggio è danneggiato come
l'epidermolisi bollosa e la psoriasi); la seconda funzione dell'interdigitazione è
di tipo metabolico: l'epidermide è spessa e deve essere nutrita dai vasi
sanguigni del connettivo sottostante che in questo modo raggiungono più
zone.
In generale questo tessuto svolge numerose funzioni utili all'organismo: lo
protegge da traumi fisici, chimici o meccanici provenienti dall'ambiente
esterno, riceve stimoli, partecipa alla termoregolazione, alla difesa
immunitaria e al mantenimento
dell'equilibrio idrico.
In base alla localizzazione e al tipo di ghiandole annesse, è possibile
distinguere un'epidermide della cute spessa da un'epidermide della cute
sottile. Nella cute spessa (che può raggiungere lo spessore di 1-1.4 mm) lo
strato corneo è molto spesso e sono presenti solo ghiandole sudoripare di
tipo eccrino; questo tipo di epitelio è presente in zone sottoposte ad ampia
sollecitazione meccanica come il palmo della mano e la pianta del piede. La
cute sottile, invece, si differenzia per la presenza di peli, di ghiandole
sudoripare eccrine ed apocrine, le quali usano il follicolo pilifero in parte
come dotto escretore, e ghiandole sebacee; questo tipo di epidermide ha
spessore variabile tra i 70 e i 120 micron.
Da un punto di vista strutturale, l'epidermide presenta 4 o 5 strati diversi di
cellule nonché diversi tipi cellulari con funzioni diverse. A partire dallo strato
più profondo troviamo: strato germinativo, strato spinoso, strato granuloso,
strato lucido solo per la cute spessa e infine strato corneo.
Lo strato basale o germinativo consiste in un singolo strato di cellule che nei
preparati istologici appaiono di forma cuboide o cilindrica, con nuclei
piuttosto grandi e scarso citoplasma. Le cellule che lo compongono sono
cheratinociti di tipo staminale, normalmente quiescenti che si dividono
raramente per divisione asimmetrica dando origine a due cellule diverse, una
uguale alla cellula madre, che quindi conserva la caratteristica di staminalità,
e una differenziata che sale nello strato superiore e contribuisce al continuo
rinnovamento dell'epidermide. Oltre a questa funzione germinativa, lo strato
basale ha la funzione di ancorare saldamente l'epidermide al derma
sottostante. Per fare questo, le cellule possiedono apparati di giunzione
specializzati quali emidesmosomi e adesioni focali. Gli emidesmosomi sono
giunzioni formate da una placca proteica di desmoplachina e placoglobina
aderita al versante intracellulare della membrana plasmatica, nella quale si
inseriscono tonofilamenti di cheratina. Sul versante extracellulare l'adesione
alla fibronectina, laminina e collagene della lamina basale è mediata da
molecole di integrina del tipo α6β4 altamente specifica dell'epidermide e che,
se mutata, può portare a malattie come l'epidermolisi bollosa. L'altro tipo di
giunzione, l'adesione focale, è simile all' emidesmosoma ma coinvolge i
microfilamenti di actina del citoscheletro e non i filamenti intermedi,
risultando quindi una adesione più dinamica. Oltre che con la lamina basale,
i cheratinociti dello strato germinativo prendono contatto, ovviamente,
anche tra di loro mediante desmosomi, che rappresentano, quindi, le
strutture di resistenza dell'epidermide. Anche in questo caso sono coinvolti i
tonofilamenti di cheratina che si inseriscono nelle placche proteiche del
versante intracellulare delle due cellule a contatto; nello strato basale la
coppia di cheratine espresse è K5/K14.
Abbiamo detto che in seguito a divisione asimmetrica delle cellule dello
strato basale, si originano delle cellule differenziate, queste cellule salgono in
superficie e vanno a formare lo strato spinoso o di malpighi. Sono cellule
poliedriche, con più citoplasma e con sottili estroflessioni citoplasmatiche o
spine, che si incontrano con quelle delle cellule adiacenti mediante
desmosomi e che danno alla cellula un aspetto spinoso.
Nel nucleo sono ben visibili i nucleoli che testimoniano l'intensa attività
sintetica della cellula: si produce, infatti, una grande quantità di cheratina
questa volta del tipo K1/K10, che si associa a formare le tonofibrille, fasci
più spessi dei tonofilamenti dello strato basale, che attraversano tutta la
cellula e convergono nei desmosomi. Nelle cellule dello strato spinoso,
infine, sono visibili due tipi di granuli rivestiti da membrana: i melanosomi,
che contengono melanina prodotta dai melanociti, e i cheratinosomi che
contengono materiale lipidico poi riversato sulla superficie della cellula per
costituire una barriera intercellulare all'acqua.
Mano a mano che proliferano, le cellule dello strato spinoso salgono verso la
superficie e vanno a costituire lo strato granuloso. Questo è formato da 3-5
strati di cellule appiattite contenenti grossi granuli di cheratoialina e
intensamente colorabili con coloranti basici.
Solamente nell'epidermide della cute spessa, è riconoscibile uno strato lucido
formato da pochi strati di cellule acidofile, prive di nucleo e rifrangenti, che
formano una sottile linea ondulata sopra lo strato granuloso.
Infine troviamo lo strato corneo, più superficiale, costituito da cellule
appiattite, prive di nucleo e piene di filamenti di cheratina fittamente
addensati tra di loro. Lo spessore è molto variabile e raggiunge il massimo
in mani e piedi è molto sottile invece a livello delle labbra. Al di sotto
della membrana plasmatica le cellule corneificate presentano il cosiddetto
involucro cellulare corneificato, che costituisce una barriera contro gli insulti
chimici e meccanici dell'ambiente esterno. Uno strato di idrossiceramide,
invece, formato da un monostrato di molecole lipidiche, provvede
all'impermeabilizzazione dell'epidermide.
Le cellule dello strato corneo sono quindi il risultato di un processo di
differenziamento lungo dai 15 ai 30 giorni, durante il quale la cellula parte
dallo strato germinativo e migrando verso la superficie, subisce tutti i
cambiamenti morfologici e funzionali per poi distaccarsi dalla pelle come
squama cornea.
Oltre ai cheratinociti, l'epidermide contiene altri tipi cellulari, quali i
melanociti e le cellule di Langherans.
I melanociti si trovano frammisti ai cheratinociti nello strato basale e in
quello spinoso e in numero minore anche nel derma. Originano dalle creste
neurali da cui migrano durante la vita embrionale prima nel derma e poi
nell'epidermide. Da un punto di vista morfologico, i melanociti sono
provvisti di prolungamenti ramificati che si estendono verso la superficie
diramandosi tra i cheratinociti, hanno un nucleo chiaro e dei corpuscoli, i
melanosomi, contenenti melanina, e con un caratteristico aspetto lamellare.
Una volta formati, questi melanosomi migrano attraverso i prolungamenti
cellulari sono secreti dai melanociti e endocitati dai cheratinociti dello strato
basale e spinoso. La melanina presente nei melanosomi viene sintetizzata
a partire dalla tirosina e da un punto di vista funzionale, grazie alla sua
capacità di assorbire la luce, risulta di fondamentale importanza per la
protezione della pelle dai raggi ultravioletti, pericolosi perché possono
provocare danni al DNA, e per neutralizzare i radicali liberi. Le cellule di
Langherans, infine, si trovano soprattutto negli strati più superficiali dello
strato spinoso, hanno forma dendritica, con sottili prolungamenti che si
estendono tra le cellule vicine, nucleo intensamente colorato e citoplasma
chiaro. Come monociti e macrofagi, queste cellule sono capaci di
presentare l'antigene durante la risposta immunitaria nonché di secernere
interleuchina-1 che funge da mediatore nella risposta immunitaria.
Epitelio cubico o cilindrico pluristratificato
Sono epiteli poco rappresentati composti da cellule poliedriche negli strati
profondi e di forma cuboide o cilindrica superficialmente. È possibile
trovarli più facilmente nei dotti escretori di calibro maggiore di alcune
ghiandole.
Epitelio batiprismatico pseudostratificato
È formato da un unico strato di cellule che poggiano tutte sulla membrana
basale ma che non raggiungono tutte la superficie perché hanno altezze
variabili. In questo modo, i nuclei sono disposti ad altezze diverse, dando
l'impressione che si tratti di un
epitelio pluristratificato. Come per l'epitelio cilindrico semplice, anche in
questo caso possiamo distinguere una varietà ciliata e una non ciliata.
La forma ciliata è presente a livello delle vie respiratorie, in particolare nella
trachea, nei grossi e medi bronchi. Solo le cellule più alte che raggiungono la
superficie possiedono le ciglia che si muovono verso la faringe e insieme al
muco prodotto dalle caliciformi mucipare, contribuiscono a proteggere i
bronchi e la trachea dal pulviscolo atmosferico, in modo che una quantità
minore di corpuscoli arrivi a depositarsi sugli alveoli polmonari.
La varietà non ciliata di epitelio pseudostratificato possiede cellule molto alte
con estroflessioni simili a ciglia ma paragonabili a microvilli con un asse di
microfilamenti centrale chiamate stereociglia. È presente a livello
dell'epididimo, dove funge da epitelio secernente coinvolto nella formazione
del liquido spermatico.
Epitelio di transizione
È detto anche urotelio, in quanto presente solo nelle vie urinarie quindi,
pelvi renale, ureteri, vescica e tratto prossimale dell'uretra. Dalla pelvi, come
un imbuto, gocciola continuamente urina che attraverso l'uretere raggiunge
la vescica. Questa quando è vuota ha la parete rilassata e un epitelio simile a
un cubico composto con 3-4 strati di cellule di cui quelle superficiali
assumono forma bombata, convessa e sono perciò chiamate cupuliformi.
Quando la vescica accumula urina e si distende, le cellule dello strato
superficiale si distendono mantenendo sempre i contatti delle giunzioni
occludenti, fondamentali per evitare la fuoriuscita di urina. Le cellule
sottostanti invece scivolano le une sulle altre provocando la diminuzione del
numero di strati e quindi dello spessore dell'epitelio e aumentando di molto
la superficie. Per fare ciò, le cellule hanno al loro interno una riserva di
membrana in vescicole che permette alla cellula di aumentare la sua
superficie esterna e diventare da globosa a piatta.
EPITELI GHIANDOLARI
Costituiscono il parenchima delle ghiandole, organi specializzati nella
secrezione cioè la funzione di produrre sostanze destinate ad essere secrete
dalla cellula per svolgere una particolare funzione e per mettere in
comunicazione tra loro diverse cellule.
Esistono due tipi di ghiandole, le esocrine e le endocrine. Le ghiandole
esocrine, o a secrezione esterna, riversano il loro secreto sulla superficie
corporea o nelle cavità di organi interni, quindi ad esempio ghiandole
sudoripare o il fegato; sono costituite da un adenomero, cioè l'unità
secernente e da un dotto escretore che comunica con l'esterno. Le ghiandole
endocrine o a secrezione interna, invece, riversano il loro secreto, detto
ormone, direttamente nella rete capillare; sono sprovviste di dotti escretori
ma si presentano come gruppi di cellule intorno a una fitta rete capillare.
Entrambi i tipi di ghiandole originano da un'invaginazione dell'epitelio di
rivestimento che si approfonda nel mesenchima sottostante, pur
rimanendo sempre all'interno della lamina basale. Poi a seconda del segnale
che ricevono, queste cellule possono differenziarsi e diventare secernenti, e
quindi far parte dell' adenomero, oppure come cellule del dotto escretore
sempre di una ghiandola esocrina, oppure, nel caso si stia sviluppando una
ghiandola endocrina, le cellule che comunicano con l'esterno scompaiono
e si origina una ghiandola isolata dall'epitelio di rivestimento.
GHIANDOLE ESOCRINE
Le ghiandole esocrine possono essere classificate secondo sette criteri
fondamentali: il numero delle cellule che le compongono, la localizzazione,
la forma dell' adenomero, le ramificazioni dell' adenomero o del dotto
escretore, il tipo di prodotto di secrezione e la modalità di secrezione.
In base al numero di cellule, le ghiandole possono classificarsi in unicellulari
e pluricellulari.
L'unico esempio di ghiandola unicellulare è la cellula caliciforme mucipara,
che si trova intercalata a cellule epiteliali cilindriche di diverse membrane
mucose, come nell'intestino o nelle vie respiratorie. Queste cellule
secernono una sostanza composta da glicoproteine e gag, la mucina, che
unendosi all'acqua forma il muco. Via via che si formano, i granuli di
mucinogeno si accumulano nella porzione apicale della cellula, spingendo
sempre di più il nucleo e gli altri organuli alla base dando alla cellula la
caratteristica forma a calice. Data l'abbondanza di glicoproteine, queste
cellule si mettono in evidenza con la colorazione PAS e talvolta, in base al
tipo di gag, possono risultare basofile e metacromatiche.
In base alla localizzazione, le ghiandole esocrine possono essere
intraparietali o extraparietali.
Le ghiandole intraparietali sono presenti a livello della parete dell'organo
nel quale riversano il loro secreto, e a seconda se scendono più o meno in
profondità possono essere intraepiteliali o esoepiteliali: le prime sono
contenute nello spessore dell'epitelio di rivestimento della mucosa,
mentre le seconde si approfondano maggiormente, arrivando ad invadere
la tonaca propria (ghiandole coriali) o la tonaca sottomucosa (ghiandole
sottomucose). Esempi di ghiandole intraparietali sono le cellule caliciformi
mucipare e le ghiandole dell'uretra maschile o nell'epididimo.
Le ghiandole extraparietali, invece, si trovano al di fuori della parete
dell'organo ma a contatto con esso attraverso il dotto escretore. Questa
categoria comprende le ghiandole più grandi del nostro corpo come il
fegato e il pancreas.
Per quanto riguarda la forma dell' adenomero, possiamo distinguere
ghiandole tubulari e acinose o alveolari.
Le tubulari hanno adenomero a forma di tubo e non c'è distinzione netta tra
porzione secernente e porzione escretrice, in quanto ogni cellula produce il
secreto e contribuisce a formare il dotto escretore. Le ghiandole tubulari
possono essere anche a gomitolo o glomerulari qualora l'estremità distale del
tubulo, che funge da unità secernente, risulti avvolta a gomitolo. Di questa
categoria fanno parte le ghiandole sudoripare.
Nelle ghiandole acinose o alveolari, l' adenomero è separato
morfologicamente e funzionalmente dal dotto escretore. L'unità
secernente ha la forma di una piccola sfera, con lume più piccolo e
parete più spessa nelle acinose e lume più grande e parete più sottile
nelle alveolari.
Altre categorie di ghiandole esocrine sono distinte in base alle ramificazioni
del dotto escretore e dell' adenomero. L' adenomero può essere semplice,
quando c'è un'unica unità secernente collegata a un unico dotto escretore, e
ramificato, con più unità secernenti collegate sempre a un unico dotto.
Il base alla ramificazione del dotto, invece, le ghiandole possono essere
semplici o composte. Le ghiandole esocrine semplici hanno adenomeri
collegati alla superficie dell'epitelio mediante un solo dotto escretore non
ramificato. L' adenomero presente può essere di tutte le forme, tubulare,
glomerulare, acinoso o alveolare, e può essere semplice o ramificato. Le
ghiandole composte, invece, presentano un dotto escretore
principale che si ramifica più volte in condotti con calibro sempre
minore che terminano con l' adenomero. In base alla forma dell'
adenomero le ghiandole composte possono essere tubulari, acinose,
tubulo-acinose o tubulo-alveolari.
Per quanto riguarda il prodotto di secrezione, le ghiandole possono essere
sierose, mucose o miste.
Nelle sierose il prodotto di secrezione è di natura proteica, contiene infatti
per lo più enzimi. Il secreto si accumula nella cellula sotto forma di granuli di
zimogeno, costituiti da proenzimi contenuti in vescicole delimitate da
membrana. Generalmente, la cellula ha il nucleo e gli altri organuli spostati
alla base e si colora intensamente perché le proteine resistono molto bene
alla fissazione. C'è inoltre, basofilia citoplasmatica per l'abbondanza di
reticolo endoplasmatico rugoso. L'esempio tipico di adenomero sieroso è
quello del pancreas esocrino che secerne enzimi digestivi.
Le ghiandole mucose, invece secernono mucina, una glicoproteina che a
contatto con l'acqua forma il muco. La mucina è contenuta nella cellula in
granuli di mucinogeno, che non si colora bene con i coloranti istologici
dando alla cellula un aspetto piuttosto chiaro.
Le ghiandole miste, infine, contengono sia adenomeri sierosi, sia adenomeri
mucosi sia adenomeri che producono siero e muco. Gli adenomeri misti
sono formati da adenomeri mucosi incappucciati da cellule sierose disposte
a formare la cosiddetta semiluna del Giannuzzi. Le cellule della semiluna
sono quindi separate dal lume dell' adenomero e il loro secreto viene
riversato in capillari di secrezione intercalati tra le cellule mucose. Sono
esempi di ghiandole miste, le ghiandole sottomandibolari, salivari e
sottolinguali.
Ricordiamo anche le cellule mioepiteliali, o a canestro, presenti tra gli
adenomeri e la lamina basale delle ghiandole salivari maggiori e minori,
lacrimali e bulbo-uretrali.
Sono cellule di natura epiteliale, con numerosi prolungamenti che avvolgono
le cellule secernenti e contraendosi stimolano il passaggio del secreto dall'
adenomero al dotto escretore.
L'ultimo criterio di classificazione delle ghiandole esocrine riguarda la
modalità di secrezione. A questo proposito, le ghiandole possono essere di
tipo olocrino, apocrino e merocrino.
Nelle merocrine o eccrine, il tipo più comune, il prodotto di secrezione è
immagazzinato in vescicole che riversano il loro contenuto all'esterno per
esocitosi, mantenendo la cellula del tutto integra; per secrezione merocrina,
ad esempio, sono secrete le proteine del latte dalla ghiandola mammaria.
Nelle apocrine il prodotto di secrezione si accumula sottoforma di granuli
nella porzione apicale del citoplasma che viene eliminato insieme al secreto
come una sorta di gemmazione; un esempio sono i lipidi del latte dalla
ghiandola mammaria. Nelle olocrine, infine, si ha il completo disfacimento
della cellula che si sfalda completamente nel momento in cui deve rilasciare
il prodotto. Un esempio è la ghiandola sebacea.
Ghiandole tubulari semplici
Le cellule secernenti si dispongono a circoscrivere una struttura tubulare
rettilinea nel cui lume riversano il secreto. Non c'è separazione morfologica
e funzionale tra porzione secernente e porzione escretrice. Due esempi di
questo tipo sono le ghiandole intestinali le ghiandole gastriche.
A livello intestinale troviamo le cosiddette cripte del Lieberkuhn, presenti in
gran numero nella tonaca propria della mucosa dell'intestino tenue. Si aprono
in superficie alla base dei villi intestinali. Fra gli enterociti del loro epitelio
sono numerose le cellule caliciformi mucipare e le cellule argentaffini
endocrine. Queste ultime producono
ormoni quali la gastrina, la pancreozimina, la serotonina ed altri,
necessari per il coordinamento delle funzioni digestive. Sul fondo delle
ghiandole sono presenti le cellule di Paneth, più specificamente deputate
alla sintesi di pochi enzimi proteolitici e lisozima (la grande maggioranza
degli enzimi del succo enterico proviene dal pancreas).
Nello stomaco, invece, le ghiandole gastriche propriamente dette, del fondo
e del corpo, sono le responsabili della digestione gastrica e risultano quindi
le più numerose rispetto agli altri tipi ghiandolari presenti. Sono ghiandole
tubulari semplici molto allungate, che sboccano a gruppi nelle fossette
gastriche, formate da diversi tipi cellulari: le cellule del colletto, di tipo
mucoso; le cellule principali o adelomorfe, responsabili della produzione del
pepsinogeno, precursore dell'enzima proteolitico pepsina, e della rennina,
che facilita la digestione del latte; le cellule parietali o delomòrfe, che
producono HCl (che attiva il pepsinogeno) per trasporto attivo di protoni e
diffusione di ioni cloro; e infine le cellule endocrine argentaffini, che
producono serotonina, che agisce sulla muscolatura liscia inducendo la
peristalsi, la gastrina e altri peptidi.
Ghiandole tubulari semplici glomerulari
L'unità secernente ha la forma di un tubulo piuttosto lungo, la cui porzione
distale si avvolge a gomitolo a formare un glomerulo. L'esempio classico è
la ghiandola sudoripara, che può essere di tipo eccrino e apocrino. Nelle
ghiandole sudoripare eccrine il tubulo sale fino all'epitelio dove si trovano i
pori dell'epidermide; si trovano soprattutto sul palmo delle mani e sulla
pianta dei piedi. Le ghiandole sudoripare apocrine, invece, hanno il dotto
escretore che si apre a livello di un follicolo pilifero e sono abbondanti, ad
esempio, sotto le ascelle.
In generale, le ghiandole sudoripare hanno una secrezione di tipo regolato,
sotto il controllo dell'ipotalamo, una ghiandola endocrina con funzione
anche di termoregolazione.
Ghiandole acinose o alveolari semplici
L' adenomero ha la forma di una sfera. Quelle formate da un solo acino
mancano nei mammiferi, che sono invece dotati di ghiandole acinose o
alveolari ramificate, quindi con più adenomeri collegati a un solo dotto. Ne
sono esempi le ghiandole di Meibomio delle palpebre e le ghiandole sebacee.
Ghiandole tubulari ramificate
Il dotto escretore riceve due o più tubuli ramificati che costituiscono la
porzione secernente. Appartengono a questa categoria le ghiandole del
Brunner del duodeno e le ghiandole del dotto dell'utero.
Ghiandole tubulari composte
Il dotto escretore principale si ramifica ripetutamente in con dotti di
calibro progressivamente decrescente, che terminano con adenomeri di
forma tubulare. Ne sono esempio le ghiandole mucose pure della cavità
orale e le ghiandole bulbo- uretrali.
Ghiandole acinose o alveolari composte
Presentano adenomeri di forma sferica o sono costituite da dotti escretori
ramificati forniti di numerosi diverticoli a forma di acino alle estremità.
Ghiandola mammaria
A differenza delle altre ghiandole composte, non è circondata da una capsula
connettivale perché può aumentare di volume, ad esempio durante
l'allattamento, e inoltre i dotti escretori principali, galattofori, sono tanti e
indipendenti. Contiene da 15 a 20 lobi ognuno dei quali ha un dotto
galattoforo che converge nell'areola del capezzolo. Tra i lobi c'è sia tessuto
connettivo che adiposo, che aumenta con l'età.
Durante la gravidanza la ghiandola mammaria va incontro a ipertrofia e
iperplasia, si ha cioè un aumento di volume delle cellule, e un'ulteriore
ramificazione dei dotti, con conseguente aumento di alveoli, il tutto sotto il
controllo di ormoni estrogeni e progestinici.
Dopo il parto vengono prodotti prolattina e ossitocina: la prolattina,
prodotta dall' adenoipofisi, stimola la produzione del latte, mentre
l'ossitocina, prodotta dalla neuroipofisi, agisce sulle cellule mioepiteliali che
si dispongono a canestro intorno agli alveoli e contraendosi stimolano la
fuoriuscita del secreto.
Il latte prodotto è formato da una componente proteica e una componente
lipidica: le proteine vengono riversate all'esterno tramite esocitosi, quindi per
secrezione eccrina, mentre i lipidi vengono espulsi per secrezione apocrina;
l'acqua invece passa per diffusione.
Ghiandole tubulo-acinose e tubulo-alveolari composte
Sono le più comuni, tutte di tipo extraparietale e sono formate da unità
secernenti sia di forma tubulare che acinosa o alveolare. L'insieme degli
adenomeri e dei dotti escretori forma il parenchima ghiandolare, mentre la
componente connettivale in cui decorrono nervi e vasi sanguigni è detta
stroma.
Lo stroma va a costituire, più superficialmente, una capsula che riveste
esternamente l'organo. La capsula poi penetra nel parenchima e lo divide
prima in lobi, attraverso i setti interlobari; a loro volta i lobi sono suddivisi
in lobuli dai setti interlobulari, sempre di natura stromale, e infine i lobuli
contengono al loro interno una rete di connettivo reticolare o stromale che
sostiene sia gli adenomeri che la parte terminale dei dotti. È proprio
attraverso questi setti che il parenchima è innervato e vascolarizzato
anche nelle parti più profonde.
In una ghiandola composta, il sistema dei dotti escretori è in stretto
rapporto con i setti connettivali. Il dotto escretore principale, infatti, si
ramifica inizialmente a formare i condotti lobari ognuno dei quali riceve il
prodotto di secrezione del suo lobo. All'interno di ciascun lobo poi, il
condotto lobare si ramifica nei dotti interlobulari, in corrispondenza dei setti
interlobulari; all'interno del lobulo, ogni dotto interlobulare si divide in più
dotti intralobulari, i quali a loro volta si ramificano in numerosi condotti
intercalari che terminano con l' adenomero. Tutti i dotti sono rivestiti
internamente da un epitelio di rivestimento che nei più grandi è
pluristratificato, poi diventa via via più sottile fino a monostratificato.
Un'eccezione è rappresentata dalle ghiandole salivari, in cui il condotto
intercalare è preceduto da un condotto detto striato, le cui cellule presentano
una striatura verticale dovuta alla presenza di numerose invaginazioni della
membrana plasmatica, nonché all'abbondanza di mitocondri che insieme
favoriscono il passaggio di acqua e ioni.
Pancreas
È una ghiandola composta da una porzione esocrina con produzione
sierosa, e una porzione endocrina, coinvolta nel metabolismo glucidico.
L'unità fondamentale della parte esocrina è l'acino pancreatico, di forma
sferica, avvolto da lamina basale e costituito da 40-50 cellule acinose che
circoscrivono un lume piuttosto piccolo. Le cellule producono zimogeno che
non viene accumulato nell' adenomero, proprio per la piccolezza del lume, ma
viene subito riversato nel condotto intercalare a diretto contatto con l'acino.
Al microscopio le cellule appaiono con il nucleo spostato verso il basso e
basofile per l'abbondanza di RE che testimonia l'elevata sintesi proteica; i
granuli di zimogeno sono concentrati nella parte apicale,
Pancreas
È una ghiandola composta da una porzione esocrina con produzione
sierosa, e una porzione endocrina, coinvolta nel metabolismo glucidico.
L'unità fondamentale della parte esocrina è l'acino pancreatico, di forma
sferica, avvolto da lamina basale e costituito da 40-50 cellule acinose che
circoscrivono un lume piuttosto piccolo. Le cellule producono zimogeno che
non viene accumulato nell' adenomero, proprio per la piccolezza del lume, ma
viene subito riversato nel condotto intercalare a diretto contatto con l'acino.
Al microscopio le cellule appaiono con il nucleo spostato verso il basso e
basofile per l'abbondanza di RE che testimonia l'elevata sintesi proteica; i
granuli di zimogeno sono concentrati nella parte apicale,
appaiono scuri al microscopio elettronico e più abbondanti nelle ore di
digiuno. Questi granuli rilasciano enzimi inattivi per secrezione merocrina,
che si attivano nel momento in cui incontrano il cibo, ad esempio la tripsina
viene esocitata sotto forma di tripsinogeno.
Altre cellule presenti nel pancreas esocrino sono le cellule centroacinose che
formano la parete del condotto intercalare fino all'interno dell'acino e sono
scarsamente colorabili.
Tutti i dotti escretori pancreatici convergono verso il condotto di Wirsung,
che percorre tutta la lunghezza del pancreas e rilascia il secreto a livello del
duodeno, e il dotto di Santorini, parallelo al Wirsung.
Per quanto riguarda il controllo, la secrezione pancreatica è regolata dalla
secrezione degli ormoni intestinali secretina e colecistochinina, rilasciati in
seguito al passaggio del chimo nel duodeno. La secretina stimola il pancreas
a produrre un liquido acquoso, povero di enzimi, ricco di bicarbonato che
neutralizza il chimo acido per permettere l'attività degli enzimi digestivi. La
colecistochinina, invece, che stimola il rilascio da parte del pancreas di
secreti ricchi di enzimi digestivi.
Prostata
È un altro esempio di ghiandola composta tubulo-acinosa, rappresenta
l'annesso ghiandolare più grande dell'apparato riproduttore maschile e si
trova a livello dell'uretra. Presenta tre diversi tipi di ghiandole: mucose, a
diretto contatto con l'uretra, sottomucose, al di sopra, e principali,
periferiche, che insieme producono un liquido importante nella formazione
dell'eiaculato.
RECETTORI E COMUNICAZIONE TRA CELLULE
Segnale endocrino: la ghiandola produce un ormone che poi viene mandato
in circolo e agisce su un organo bersaglio a distanza.
Segnale paracrino: la cellula produce una sostanza che si diffonde e agisce
su cellule nelle immediate vicinanze, azione locale più veloce di quella
endocrina. Esempio: M- CSF prodotto dagli osteoblasti e si lega al recettore
c-msf sugli osteoclasti.
Segnale autocrino: la cellula produce una sostanza che agisce su recettori
presenti sulla sua stessa membrana. Esempio: il linfocita T helper secerne
interleuchina 2 per la sua maturazione a cellula effettrice che si lega ai
recettori presenti sulla sua membrana.
Segnalazione a contatto diretto: la cellula mantiene sulla propria membrana
la molecola che produce e la espone al recettore su un'altra cellula. Esempio:
RANK e RANKL o interazione tra il recettore del linfocita e l'antigene sulla
proteina MHC. Sinapsi: per la trasmissione degli impulsi nervosi attraverso il
rilascio di neurotrasmettitori. Sono segnalazioni molto più veloci di quelle
endocrine (1 ms) così come è più veloce l'eliminazione della molecola
segnale, la concentrazione della molecola segnale è di 5X10-4 M contro i 108 dell'ormone.
Segnalazione mediante gap junction: canale che mette a diretto contatto i
citoplasmi delle cellule adiacenti attraverso i connessone formati da
subunità di connessina.
Passano ioni, acqua calcio e piccole molecole. La loro apertura è regolata
da pH e concentrazione di ioni calcio: se il pH è basso o il calcio è altro il
canale è chiuso mentre se il pH è alto e il calcio è basso il canale è aperto.
I recettori sono molecole di superficie della membrana o intracellulari che
interagiscono con molecole segnale specifiche e stimolano una certa
risposta all'interno della cellula. Sono composti da un dominio accettore che
riconosce e lega il ligando, e un dominio effettore che trasduce il segnale.
La formazione del complesso ormone recettore dipende da: la struttura
dell'ormone, che deve essere
strutturalmente complementare al recettore; alla concentrazione
dell'ormone nel circolo; l'affinità del legame, che riflette l'energia
impiegata nella formazione del complesso.
I recettori possono essere di superficie, e legano ormoni idrosolubili che non
riescono ad attraversare la membrana, o recettori intracellulari, che legano
ormoni liposolubili.
Recettori intracellulari
Si trovano o nel citoplasma o nel nucleo e in ogni caso legano ormoni che
intervengono nella trascrizione genica. Il recettore ha un dominio accettore
carbossi terminale e un dominio effettore ammino terminale e quando è
presente l'ormone, la molecola inibitrice si stacca e il complesso ormonerecettore può entrare nel nucleo. Quando manca l'ormone invece la molecola
inibitoria modifica conformazionalmente il recettore impedendogli di
entrare nel nucleo. Una volta nel nucleo, il complesso ormone-recettore
induce come risposta primaria la trascrizione di alcuni geni che poi stimolano
la trascrizione di altri geni come risposta secondaria e così il segnale viene
amplificato.
Recettori di membrana
Sono localizzati sulla membrana plasmatica e interagiscono con ormoni
idrosolubili. Esistono tre categorie, tutte con la stessa struttura
fondamentale, con un dominio extracellulare, uno transmembrana e uno
citosolico.
I recettori associati a canali ionici sono recettori che sono
contemporaneamente anche canali ionici: quando il ligando si lega determina
una modificazione conformazionale che fa aprire il canale e gli ioni che
passano rappresentano i secondi messaggeri. Esempi di recettori che sono
anche canali ionici si trovano sulla membrana della cellula post-sinaptica in
cui il legame col neurotrasmettitore provoca l'apertura del canale, il
passaggio di ioni e la conseguente depolarizzazione della membrana.
I recettori associati a proteine G sono proteine con una porzione N-terminale
che lega l'ormone, una porzione C-terminale che attiva una proteina G
intracellulare e sette domini transmembrana. Il primo messaggero è un
ligando che quando lega il recettore porta all'aumento di concentrazione di
un secondo messaggero che poi trasduce il segnale. I secondi messaggeri più
importanti sono il cAMP e gli ioni calcio, che attivano pathway diversi a
seconda dell'ormone, del recettore e del tipo cellulare. Il cAMP è prodotto
dall'adenilato ciclasi che defosforila e ciclizza una molecola di ATP e la sua
concentrazione dipende dall'attività dell'adenilato ciclasi e di una
forsfodiesterasi che elimina la ciclizzazione e lo inattiva.
La proteina G è una proteina trimerica formata dalle subunità α β e γ, in grado di
legare GTP e GDP. Quando lega GDP è inattiva mentre quando il recettore
ad essa associato lega il ligando, viene modificato conformazionalmente e
interagisce con la proteina G. In particolare l'interazione tra recettore e ptG
rende labile il legame con GDP che si stacca lasciando il posto a GTP che
legandosi attiva la proteina. A questo punto la porzione α con GTP legato si
stacca dalle altre due subunità, diffonde attraverso la membrana e va ad
attivare l'adenilato ciclasi che produce cAMP. Questo secondo messaggero a
questo punto attiva le PKA: queste sono proteine chinasi formate da quattro
subunità, due regolatorie e due catalitiche; quando quattro molecole di
cAMP si legano, le subunità regolatorie si staccano e lasciano libere e attive
le subunità catalitiche. Il segnale poi viene spento da parte delle fosfoprotein
fosfatasi che vanno a defosforilare le proteine fosforilate da PKA.
Anche il calcio intracellulare funge da secondo messaggero. La sua
concentrazione è
più elevata all'esterno della cellula con 10-3 molare rispetto all'interno della
cellula con 10-7 molare, e questo equilibrio viene mantenuto grazie a degli
antiporti che pompano ioni calcio fuori e ioni sodio dentro e da delle
pompe per il calcio ATP dipendenti che possono trovarsi anche sulla
membrana del reticolo. Quando il calcio funge da secondo messaggero,
l'interazione ormone-recettore innesca dei meccanismi per cui il calcio viene
in parte prelevato dall'esterno e in parte dal reticolo. In particolare, il
recettore con l'ormone legato attiva la fosfolipasi C che va ad agire sul
fosfoinositoldifosfato, un fosfolipide di membrana, scindendolo in inositolo
trofosfato e diacilglicerolo. Il diacilglicerolo rimane a livello della membrana
e attiva PKC mentre IP3 solubile diffonde nel citoplasma e stimola la
fuoriuscita di calcio dal reticolo endoplasmatico. Il calcio interagisce poi con
la calmodulina, una proteina dimerica con dei siti di legame per il calcio che
permettono poi il legame con altre proteine bersaglio.
I recettori collegati a enzimi come ligandi preferenziali hanno i fattori di
crescita che stimolano la proliferazione cellulare, come ad esempio VEGF,
vascolare e endoteliale, o IGF, simile all'insulina, o EGF, epidermide, FGF,
fibroblasti. Sono proteine con un unico dominio transmembrana e possono
unirsi in dimeri. La porzione intracellulare è più conservata e contiene un
dominio chinasico mentre la porzione extracellulare è molto variabile a
seconda del ligando. Quando arriva il ligando, questo si lega su due recettori
uguali che dimerizzano e il legame provoca un cambiamento
conformazionale per cui il dominio chinasico si attiva e va a fosforilare i
residui di tirosina dell'altra subunità, fosforilazione incrociata. Viene a
questo punto attivata una GTPasi, come la RAS, una proteina che lega GDP
quando è inattiva mentre quando il ligando si lega al recettore, questo
interagisce con due proteine che scambiano GDP con GTP attivando RAS.
RAS attiva va a sua volta ad attivare una serie di proteine della famiglia delle
MAP chinasi, coinvolte nei processi di proliferazione cellulare.
Una volta avvenuta la trasduzione del segnale, il recettore deve essere spento
e questa disattivazione può avvenire in modi diversi. L'adrenalina, ad
esempio, provoca un aumento di cAMP e quindi di PKA e tra le tante cose
va anche a fosforilare il recettore per l'adrenalina, disattivandolo. Oppure può
essere prodotta l'arrestina, una proteina che si lega al dominio intracellulare
del recettore impedendo l'interazione con l'enzima da attivare. Oppure
ancora il recettore può essere endocitato nella cellula e poi degradato o
riciclato.
GHIANDOLE ENDOCRINE
Possono essere classificate in base alla loro origine epiteliale e non epiteliale.
Della prima categoria fanno parte: adenoipofisi, tiroide, paratiroidi, corticale
del surrene, isole di Langherans e gonadi. La seconda categoria invece
comprende: neuroipofisi, epifisi, midollare del surrene, rene, placenta e le
cellule neuroendocrine dell'intestino. Le ghiandole endocrine si distinguono
dalle esocrine per l'assenza di dotto escretore e per la natura del loro secreto,
chiamato ormone, che a differenza di quello esocrino, viene riversato
direttamente nei capillari sanguigni, sinusoidi e spesso fenestrati, e può
raggiungere distretti anche distanti. Le cellule dell'organo bersaglio vengono
riconosciute dall'ormone grazie a specifici recettori ormonali,
macromolecole proteiche o glicoproteiche di membrana o intracellulari
specifiche per ogni determinato ormone. A questo punto viene stimolato un
secondo messaggero, di solito ioni calcio o cAMP che induce nelle cellule
bersaglio un determinato evento fisiologico.
Generalmente i recettori per gli ormoni di natura proteica o glicoproteica,
che non passano liberamente la membrana plasmatica, sono molecole
transmembrana sulla
superficie cellulare, mentre i recettori per gli ormoni steroidei, di natura
lipidica che quindi diffondono attraverso il doppio strato lipidico, sono
intracellulari, localizzati nel citosol o nel nucleo.
Da un punto di vista strutturale le ghiandole endocrine possono organizzarsi
in diversi modi: o si raggruppano nidi di cellule secernenti, inframmezzati
ai capillari, o si raggruppano in cordoni di cellule verticali sempre
adiacenti ai capillari, oppure si organizzano in follicoli, cioè agglomerati
sferici di cellule che circoscrivono una cavità contenente l'ormone, tipici
della tiroide. In ogni caso, c'è uno stroma connettivale reticolare che
sostiene le cellule secernenti.
Ipofisi
Si trova alla base dell'encefalo, in corrispondenza della sella turcica, una
depressione dell'osso sfenoide. È formata da un peduncolo ipofisario che si
slarga a formare una struttura globosa ed è in collegamento con l'ipotalamo
che ne regola la funzione.
Si distingue l' adenoipofisi, o ipofisi anteriore, e la neuroipofisi, o ipofisi
posteriore.
Adenoipofisi
Deriva da una evaginazione dello stomodeo (ectoderma) ed è a sua volta
suddivisa in: pars tuberalis con funzione sconosciuta, pars distalis o lobo
anteriore, più ampia, e pars intermedia.
All'interno della stessa adenoipofisi, in particolare nel lobo anteriore,
troviamo diversi tipi cellulari, a dimostrazione dell'eterogeneità delle sostanze
prodotte. Ci sono cellule cromatofobe, che non si colorano, e cellule
cromofile, acidofile, basofile beta e basofile delta.
Le cellule cromofobe sono le corticotrope, che producono pro-opiocortina.
Le cellule acidofile possono essere mammotrope o somatotrope, le basofile
invece possono essere gonadotrope o tireotrope.
Le cellule mammotrope producono prolattina (LTH) che agisce sulla
ghiandola mammaria stimolandone lo sviluppo e la successiva produzione
di latte, solo dopo il parto, perché durante la gravidanza non è prodotto
grazie alla presenza di estrogeni e progestinici. Alla fine dell'allattamento, i
granuli di prolattina nell' adenoipofisi sono riassorbiti per autofagia.
Le cellule somatotrope producono l'ormone della crescita, o somatotropo, che
stimola la crescita dell'apparato scheletrico. In particolare, agisce stimolando
il fegato a produrre IGF1 che agisce stimolando la crescita delle cellule
cartilaginee. Alcuni tumori dell' adenoipofisi producono una
sovraespressione di GH che può portare a gigantismo, mentre se questo
ormone è carente si ha nanismo.
Le cellule tireotrope producono l'ormone tireotropo o TSH, che agisce a livello
della tiroide stimolando la produzione di ormoni tiroidei.
Le cellule gonadotrope producono ormoni che agiscono a livello delle
gonadi: l'ormone follicolo stimolante, FSH, e l'ormone liuteinizzante, LH.
Nelle donne FSH stimola la maturazione del follicolo ovarico, formato
dalle cellule della granulosa che contengono l'oocita. Il follicolo cresce fino
a metà ciclo quando l' LH stimola l'ovulazione e l'oocita è espulso. La parte
restante del follicolo costituisce il corpo luteo che produce progesterone;
questo serve per irrobustire le pareti dell'endometrio in modo da renderlo
più adatto ad accogliere l'uovo fecondato. Se non c'è fecondazione il corpo
luteo viene degradato insieme all'endometrio e si ha la mestruazione.
Negli uomini l' FSH agisce sulle cellule del sertoli dei tubuli seminiferi,
cellule di
origine germinale che nutrono spermatociti e spermatozoi. L' LH, invece, ha i
proprio recettori sulle cellule di Lydig nei tubuli che producono testosterone.
Le cellule corticotrope, infine, producono pro-opiocortina, un precursore
che da origine alla corticotropina o ACTH che stimola la produzione di
glucocorticoidi dalla zona fascicolata della corticale del surrene, e alla βlipotropina, che si scinde in γ- lipotropina, ormone stimolante i melanociti, e βendorfina, una morfina endogena.
La pars intermedia dell' adenoipofisi umana è poco sviluppata e secerne
ormoni quali α-MSH e β-MSH che stimolano la produzione di melanina da
parte dei melanociti.
Neuroipofisi
La neuroipofisi, o ipofisi posteriore, è costituita da tre porzioni: eminenza
mediana, peduncolo infundibolare e pars nervosa.
A differenza dell' adenoipofisi, non ha funzione di secrezione ma riceve i
secreti prodotti dall'ipotalamo, grazie a neuroni secretori i cui corpi cellulari
si trovano nei nuclei sopraottico e paraventricolare dell'ipotalamo mentre le
terminazioni assoniche si trovano a livello dell'infundibolo neuroipofisario.
Le cellule specifiche neuroipofisarie sono i pituiciti, che formano ammassi
cellulari sostenuti da stroma reticolare.
Il neurosecreto prodotto dall'ipotalamo e trasferito alla neuroipofisi mediante
microesocitosi, è costituito dagli ormoni ossitocina e vasopressina.
La vasopressina o adiuretina o ADH agisce a livello del tubulo contorto
distale del rene, dove ha il compito di concentrare l'urina, e a livello dell'ansa
di Hanle dove ha il compito di riassorbire ioni sodio. Inoltre, ha un ruolo
anche nel regolare la pressione arteriosa perché presenta dei recettori anche
sulla muscolatura liscia dei vasi, dove provoca vasocostrizione e quindi
aumento della pressione.
Una patologia legata a questo ormone è il diabete insipido, che può essere
centrale o nefragenico. È centrale se dovuto alla carenza di produzione di
ADH e porta a sintomi come abbondante escrezione urinaria e
disidratazione; è però facilmente curabile somministrando l'ormone
antidiuretico in modo esogeno. Il diabete insipido è invece nefragenico se è
causato da un'incapacità del rene di rispondere all' ADH, perché ci possono
essere, ad esempio, mutazioni del recettore.
L'ossitocina, invece, ha due organi target: la ghiandola mammaria e l'utero.
Nella ghiandola mammaria stimola l'eiezione del latte grazie all'azione delle
cellule mioepiteliali che contraendosi stimolano la fuoriuscita di latte. A
livello dell'utero stimola le contrazioni uterine delle fibre muscolari lisce,
infatti quando un parto è particolarmente difficile si somministra ossitocina
esogena.
Per mettere in comunicazione l'ipotalamo e l'ipofisi esiste un particolare
sistema di circolazione, il circolo portale ipotalamo-ipofisario, attraverso il
quale l'ipotalamo rilascia fattori che regolano la secrezione nell'
adenoipofisi in modo più veloce rispetto all'arrivo mediante la
circolazione sistemica.
Ipotalamo
È una porzione del diencefalo e produce ormoni chiamati releasing factors e
inhibiting factors: i primi stimolano la secrezione degli ormoni della
adenoipofisi, i secondi la inibiscono. Quindi, ad esempio, per l'ormone
somatotropo l'ipotalamo produce l' S-RF e l' S-IF, dal rapporto dei quali
dipende la concentrazione di somatotropina. Per la prolattina ci sono il P-RF
e il P-IF; TSH, LH, FSH e ACTH invece, sono regolati solo dallo stimolante, il
T-RF, FSH/LH-RF e C-RF.
A loro volta, la produzione e la liberazione di questi fattori di controllo sono
regolate da neurotrasmettitori quali norepinefrina, serotonina e dopamina,
liberati dalle terminazioni nervose nell'ipotalamo.
Pancreas
Oltre alla porzione esocrina, il pancreas possiede anche delle porzioni
endocrine, rappresentate dalle isole di Langherans, distribuite in tutta la
struttura della ghiandola, che rappresentano circa il 2% di tutto il pancreas.
Queste isole sono costituite da cordoni di cellule circondati da una rete
connettivale e vasi sanguigni in cui viene riversato il secreto. Riguardo
all'origine, il pancreas endocrino si sviluppa nell'embrione, per gemmazione
dei dotti della porzione esocrina, ma poi la connessione scompare e si
differenziano come ghiandole endocrine. All'interno di ogni isola,
l'eterogeneità della colorazione ci testimonia la diversità dei tipi cellulari
presenti. Possiamo, infatti, trovare quattro tipi di cellule differenti: cellule β,
che rappresentano il 75% delle cellule totali e producono insulina, cellule α, al
20% che producono glucagone, cellule PP o ϕ, che producono l'ormone
pancreatico e cellule δ, che producono somatostatina.
Insulina
È un ormone peptidico, che quindi riconosce un recettore associato ad
enzima. Viene sintetizzata come pre-insulina che assume una struttura
secondaria con ponti disolfuro intercatena, successivamente viene rimosso
un peptide di connessione che porterà ad un ormone formato da due
subunità legate da due ponti disolfuro. Per quanto riguarda la sua
funzione, l'insulina agisce a livello del metabolismo glucidico
sostanzialmente come ormone ipoglicemizzante. L'insulina infatti abbassa
i livelli di glucosio nel sangue da un lato diminuendo la glicogenolisi e la
gluconeogenesi e dall'altro, aumentando la glicogenosintesi del fegato, la
sintesi di acidi grassi a partire dal glucosio e la sintesi proteica.
Una carenza di insulina porta a diabete, una patologia caratterizzata da
eccesso di glucosio nel sangue, poliuria e disidratazione, rapido calo
ponderale e aumento del metabolismo lipidico con formazione di corpi
chetonici. Gli affetti da diabete presentano isole di Langherans con tessuto
fibrotico e cellule morte. Il diabete senile, invece, può insorgere verso i 50 60
anni e non è dovuto a una carenza di insulina, che viene prodotta
regolarmente, ma ai recettori per l'ormone che diventano insensibili e
resistenti.
Al contrario, un eccesso di insulina provoca iperinsulinismo, dovuto, ad
esempio,a tumori ipersecernenti delle cellule β.
Glucagone
Anche il glucagone agisce sul metabolismo glucidico con azione contraria
all'insulina: aumenta i livelli di glucosio nel sangue stimolando la
glicogenolisi, la gluconeogenesi e la sintesi surrenalica di catecolammine e
inibendo la glicogenosintesi.
Somatostatina
La sua secrezione è stimolata dall'aumento di glucosio, aminoacidi e acidi
grassi dopo i pasti. Agisce diminuendo la secrezione di insulina e
glucagone e diminuendo la motilità di stomaco, intestino tenue e colecisti,
riducendo la capacità di assorbimento dei cibi. Inoltre, coincide con l' S-IF,
quindi blocca anche la secrezione di ormone somatotropo.
Tiroide
È una piccola ghiandola posta al di sotto della laringe di circa 20-30
grammi di peso. È formata da un lobo destro e uno sinistro collegati
dall'istmo tiroideo, e circa un
terzo degli individui presenta anche un terzo lobo più piccolo sopra l'istmo.
È avvolta da una capsula connettivale ed ha la caratteristica unica di avere
un'organizzazione follicolare, cioè è formata non da cordoni o nidi di cellule
ma da follicoli sparsi tra i setti connettivali. Ogni follicolo è circolare,
circondato da lamina basale e circoscritto da un epitelio monostratificato
cubico che in attività diventa di tipo cilindrico. Il lume circoscritto contiene
colloide, una sostanza omogenea e gelatinosa che funge da forma di
immagazzinamento dei suoi ormoni e si colora con coloranti diversi a
seconda dell'attività e dal grado di acqua che contiene. La colloide non
contiene l'ormone attivo ma una forma simile a un pre-ormone inattivo, la
tireoglobulina, una glicoproteina contenente vari aminoacidi iodati. Quando
l' adenoipofisi rilascia il TSH, l'ormone stimolante la tiroide appunto,
questo va ad agire stimolando l'endocitosi della tireoglobulina presente nel
lume nelle cellule follicolari all'interno delle quali le vescicole di endocitosi si
fondono con i lisosomi e alcuni enzimi lisosomali scindono il precursore in
tiroxina e triiodotironina, gli ormoni T4 e T3. In particolare, all'interno delle
cellule, la tirosina prodotta dalla tireoglobulina viene modificata per
l'aggiunta di 3 o 4 atomi di iodio grazie all'attività di enzimi diversi. Il primo
e il secondo atomo di iodio vengono aggiunti dalla tireoperossidasi, che
produce prima monoiodotirosina, MIT e poi diiodotirosina, DIT.
Dall'unione di MIT più DIT si ottiene T3, mentre unendo DIT e DIT si
ottiene T4. Per ottenere, invece, T3 da T4 la desiosidasi toglie uno iodio.
Una volta formati, i due ormoni vengono rilasciati nel sangue dove circolano
in associazione alle TBG, le thyroxin binding globulins.
Da un punto di vista funzionale, gli ormoni tiroidei risultano importantissimi
in quanto svolgono numerose funzioni diverse: intervengono nello sviluppo
del sistema nervoso centrale nel feto e nelle fasi postnatali, contribuiscono
all'accrescimento corporeo del bambino, hanno un'azione termogenica in
quanto permettono la produzione di calore, intervengono nel metabolismo
glucidico aumentando la glicogenolisi e la gluconeogenesi, nel metabolismo
lipidico la lipolisi e la sintesi degli acidi grassi e aumentando anche la sintesi
proteica con effetto trofico nel muscolo, infine, aumentano il metabolismo
ossidativo mitocondriale e tutti gli enzimi respiratori.
Più frequenti nella donna che nell'uomo sono le patologie della tiroide, che
possono consistere in ipertiroidismo, ipotiroidismo, tiroiditi o tumori.
L'ipertiroidismo consiste in una iperproduzione di T3 e T4 dovuta ad una
stimolazione costitutiva dei recettori del TSH. Come conseguenze può
provocare il morbo di Basedow o il gozzo tossico uni o plurinodulare. Nel
morbo di Basedow è tutta la ghiandola ad essere danneggiata mentre nell'uni
o plurinodulare sono solo uno più noduli della tiroide a produrre ormoni
svincolati dal controllo ipotalamo-ipofisi. I sintomi sono simili per entrambe
le forme: gozzo, esoftalmo, irritabilità, insonnia, sudorazione eccessiva,
perdita di peso ecc.
L'ipotiroidismo, al contrario, consiste in una ridotta produzione di ormoni
tiroidei o mancata utilizzazione di essi. Può essere dovuta a carenza di iodio
nella dieta, a patologie ipofisarie che riducono la produzione di TSH, a una
sufficiente produzione di T4 ma mancata conversione in T3 per mutazioni a
livello della desiodasi oppure a una mancata conversione della tireoglobulina
in T3 e T4. I sintomi sono sonnolenza, depressione, assenza di memoria,
lentezza nei processi mentali, ritenzione idrica ecc. Le tiroiditi, invece,
portano alla distruzione della ghiandola; quella di Hashimoto è una malattia
autoimmunitaria in cui l'organismo produce anticorpi anti-tiroide. Spesso i
soggetti affetti risultano ipertiroidei perché le cellule distrutte rilasciano molti
ormoni ma subito dopo risultano ipotiroidee perché gli ormoni non vengono
prodotti più. Oltre alle cellule follicolari, sono da ricordare le cellule C o
parafollicolari, che derivano dall'ultima tasca branchiale, poggiano sempre
sulla lamina basale ma non delimitano il lume del follicolo e secernono
calcitonina. Questo ormone polipeptidico
ha effetto ipocalcemizzante in quanto agisce sugli osteoclasti inibendone il
riassorbimento osseo.
Paratiroidi
Sono generalmente due paia di ghiandole, una derivante dalla terza e una
dalla quarta tasca branchiale, poste nella parte posteriore del collo attaccate
ai due lobi della tiroide attraverso un connettivo lasso. Sono circondate
da una capsula connettivale che entra nella ghiandola sottoforma di setti
vascolarizzati e innervati e la divide in più lobi. Essendo delle ghiandole, il
parenchima è epiteliale ma contiene anche degli adipociti che aumentano
di numero con l'età.
La struttura paratiroidea è costituita da cordoni cellulari nei quali è possibile
distinguere due tipi di cellule: le cellule principali e le cellule ossifile.
Le cellule principali sono le più abbondanti, abbastanza piccole con
diametro di circa 6-8 micron di forma poligonale con nucleo centrale e
deputate alla sintesi e secrezione del paratormone.
Le cellule ossifile sono meno numerose, più grandi con citoplasma
intensamente eosinofilo e ricco di mitocondri.
Il paratormone secreto dalle cellule principali ha la funzione di mantenere
l'equilibrio di calcio nel sangue, andando ad agire in tutti quei distretti, come
osso, rene e intestino, dove è necessaria l'azione del calcio, entrando
direttamente nel suo metabolismo. È un polipeptide che viene sintetizzato
prima come ormone preproparatiroideo di 115 aa, poi nel reticolo
endoplasmatico rugoso viene convertito in ormone proparatiroideo di 90 aa
e infine nel golgi diventa ormone paratiroideo maturo di 84 aa. Di questi 84,
soltanto 16 posti all'estremità carbossilica sono biologicamente attivi. Una
volta raggiunta la cellula bersaglio, indipendentemente dal tipo di tessuto, si
lega a recettori legati a proteine G e porta all'attivazione del cAMP come
secondo messaggero. In particolare nell'osso, mentre la calcitonina agisce
inibendo l'attività degli osteoclasti, il paratormone stimola il riassorbimento
osseo con il conseguente rilascio di calcio dalla matrice. Nel rene invece
aumenta l'escrezione di fosfato e diminuisce quella del calcio agendo a livello
del tubulo contorto distale.
Inoltre, agisce anche sulla regolazione del metabolismo della vitamina D, la
quale permette l'assorbimento di calcio a livello intestinale. Nell'organismo
il metabolismo della vitamina D è caratterizzato da una prima
idrossilazione a livello del fegato e diventa 25-idrossi-vitaminaD3 poi
subisce una seconda idrossilazione nel rene grazie proprio al paratormone
che stimola la 1-α-idrossilasi la quale lega il secondo OH e forma l'1-25diidrossi vitaminaD3. Questa molecola ora torna in circolo e agisce
sull'intestino facendo aumentare l'assorbimento di calcio e fosfato.
Per quanto riguarda le patologie correlate al PTH abbiamo iperparatiroidismo
primario e secondario. Il primario è una malattia in cui aumentano i valori di
PTH circolante e di conseguenza quelli della calcemia. Comporta rarefazione
ossea e tendenza a sviluppare calcoli renali nonché ipertrofia delle cellule
paratiroidee. L'ipertiroidismo secondario invece non è associato
direttamente alle paratiroidi ma è in relazione ad altri fattori come rachitismo
o patologie renali.
Surrene
È una ghiandola pari posta sopra i reni. È costituito da una corticale del
surrene, periferica, che rappresenta circa il 75% del totale della ghiandola, e
una midollare del surrene, centrale, che rappresenta il restante 25%. Le due
parti differiscono per origine, morfologia e funzionalità.
Corticale
La corticale deriva dal mesoderma, quindi ha origine epiteliale, ed è
composta da tre zone distinte: la zona glomerulare la zona fascicolata e la
zona reticolare che si
distinguono per la disposizione degli ammassi di cellule. Nella glomerulare,
subito al di sotto della capsula connettivale, i cordoni si raggruppano in
grappoli; nella fascicolata, più chiara per l'abbondanza di lipidi, i cordoni si
dispongono in maniera radiale, paralleli tra di loro, caratteristici di questa
zona sono i mitocondri sferoidali con creste tubulari; nella reticolare invece
i cordoni formano dei reticoli che si anastomizzano fra di loro.
Gli ormoni prodotti dalle tre zone sono ovviamente diversi: la zona
glomerulare produce mineralcorticoidi, la fascicolata glucocorticoidi e la
reticolare androgeni, tutti sintetizzati a partire dal colesterolo.
Dei mineralcorticoidi ricordiamo l'aldosterone, un ormone che agisce a
livello renale aumentando l'escrezione di potassio e il riassorbimento di
sodio. In caso di concentrazione elevata di potassio o bassa di sodio nel
sangue, si attiva la renina, prodotta dai reni, che stimola la produzione di
angiotensina2 a partire da angiotensinogeno; l'angiotensina2 stimola la
produzione di aldosterone che agisce sui tubuli renali favorendo il
riassorbimento di sodio e acqua dall'urina contemporaneamente alla
secrezione di potassio nel tubulo.
Della famiglia dei glucocorticoidi, invece, fa parte il cortisolo, o cortisone,
che agisce sul metabolismo dei glucidi in modo opposto all'insulina, va cioè
a stimolare la gluconeogenesi in modo da aumentare la concentrazione di
glucosio disponibile per dare energia in condizioni di stress. La produzione
di cortisolo viene stimolata dall' ACTH prodotto dall' adenoipofisi.
Gli androgeni, infine, fanno parte della famiglia degli ormoni sessuali e
comprendono il deidroepiandrosterone DEA, il deidroepiandrosterone
solfato DEAS, l'androsteredione e il testosterone, ormoni di
immagazzinamento che stimolano e controllano lo sviluppo ed il
mantenimento delle caratteristiche maschili.
Midollare
È costituita da grosse cellule epitelioidi, dette cellule cromaffini, raccolte in
corti cordoni in stretta connessione con i capillari sanguigni ed evidenziabili
con coloranti contenenti sali di cromo. Derivano dal neuroectoderma e sono
innervate da fibre pregangliari simpatiche che inviano impulsi nervosi
colinergici e stimolano le cellule a produrre catecolammine, cioè adrenalina e
noradrenalina. Questi ormoni sono contenuti in cellule diverse ma in
entrambi i casi sottoforma di granuli citoplasmatici elettrondensi e circondati
da membrana.
L'adrenalina, o epinefrina, è attivata in condizioni di stress e agisce a diversi
livelli: nell'encefalo aumenta il livello di vigilanza e concentrazione, nel
sistema cardiovascolare aumenta la frequenza e la gittata cardiaca quindi
anche il flusso sanguigno e nel fegato aumenta il rilascio di glucosio per
fornire ATP.
La noradrenalina invece o norepinefrina viene prodotta anche nell'encefalo e
nel sistema nervoso periferico dove funge da neurotrasmettitore ma come
ormone aumenta la pressione arteriosa per costrizione dei vasi sanguigni
periferici.
Ovaio
È una ghiandola pari, simmetrica, situata a fianco dell'utero, la cui funzione
ormonale è svolta dalle cellule della granulosa, che si dispongono a strati a
livello del follicolo e hanno la funzione di nutrire l'oocita. Sono le uniche
cellule che hanno i recettori per l' FSH, prodotto dall' adenoipofisi, che
stimola la maturazione del follicolo ovarico e la produzione di estrogeni.
Sempre nel follicolo ci sono le cellule della teca interna che presentano i
recettori per l'LH, ormone prodotto sempre dall' adenoipofisi che stimola
queste cellule a produrre testosterone. Questo passa poi dalle cellule della
teca interna alle cellule della granulosa dove viene convertito in estradiolo
dall'aromatasi. Una volta avvenuta l'ovulazione, ciò che rimane del follicolo,
il corpo luteo, produce progesterone, il quale permette la creazione delle
condizioni adatte alla fecondazione
della cellula uovo e al suo annidamento nell'endometrio. Se la cellula uovo
non viene fecondata il corpo luteo degenera e si riducono il livelli di
progesterone.
Testicolo
La funzione endocrina del testicolo è svolta dalle cellule di Leydig, poste
accanto ai tubuli seminiferi, con nucleo tondeggiante e citoplasma granuloso
eosinofilo. Se stimolate dall' LH prodotto dall' adenoipofisi secernono il
testosterone, deputato allo sviluppo degli organi sessuali e dei caratteri
sessuali secondari.
TESSUTO CONNETTIVO
I tessuti connettivi devono il loro nome alla loro capacità di connettere
strutturalmente e funzionalmente tra loro tessuti diversi nella formazione
degli organi. È possibile distinguere i connettivi propriamente detti dai
connettivi speciali. La prima classe comprende i tessuti connettivi lasso,
denso regolare e irregolare, reticolare ed elastico, mentre tra i connettivi
speciali troviamo il tessuto adiposo, il tessuto cartilagineo, il tessuto osseo e
il sangue.
Tutti i tessuti connettivi sono accomunati dalla stessa origine: derivano dal
mesenchima, cioè il tessuto connettivo embrionale che si forma dal
mesoderma, uno dei tre foglietti embrionali oltre all'endoderma e l'
ectoderma. La cellula mesenchimale è una cellula staminale pluripotente che
può differenziarsi in molti tipi di cellule connettivali, come fibroblasti,
mastociti, cellule adipose, condroblasti ecc.
Le funzioni dei tessuti connettivi sono molteplici: di connessione dei vari
tessuti di un organo, di supporto meccanico soprattutto in osso e cartilagine,
di trasporto di sostanze nutritive, gas, ormoni, di difesa in quanto le cellule
dell'immunità agiscono nei connettivi, di deposito di sostanze come fattori di
crescita, citochine, e altri fattori di regolazione delle cellule, e infine ha anche
la funzione di indurre la rigenerazione propria e di altri tessuti.
MATRICE EXTRACELLULARE
Strutturalmente, tutti i tessuti connettivi differiscono dagli epiteli per
l'abbondanza di matrice extracellulare interposta tra le cellule, che
costituisce una parte fondamentale prodotta dalle cellule stesse ed è formata
da due componenti principali, una componente fibrosa e una matrice
amorfa o sostanza fondamentale.
Componente fibrosa
La componente fibrillare della MEC comprende tre categorie di fibre:
collagene, reticolari ed elastiche, di cui le prime due rappresentano solo
modi diversi di aggregazione della stessa molecola di tropocollagene.
Collagene fibrillare
Rappresenta la proteina più diffusa nel nostro organismo, forma delle fibre
presenti in tutti i connettivi strettamente connesse con le cellule.
Le fibre collagene hanno un diametro compreso tra 1 e 12 micron, più
spesse nel derma; sono acidofile, resistenti agli acidi e basi deboli e
specificamente digerite dall'enzima collagenasi; se bollite subiscono
denaturazione e assumono una consistenza gelatinosa; sono flessibili,
molto poco estensibili e offrono una grande resistenza alla trazione.
Esaminate a fresco hanno un colorito biancastro e sono perciò dette fibre
bianche.
Ogni fibra rappresenta una struttura organizzata a più livelli: è infatti
formata da fibrille più sottili con diametro tra 0.2 e 0.3 micron, disposte
parallelamente tra di loro e tenute insieme da un materiale amorfo. Si
colorano con coloranti acidi e sono debolmente PAS positive. Sono molto
regolari e la loro caratteristica principale è una periodicità assile con periodo
di 67 nm: al microscopio a luce polarizzata presentano infatti una
birifrangenza di forma dovuta alla loro periodica e regolare striatura
trasversale. Questa striatura dimostra come anche le fibrille siano a loro
volta composte da strutture più sottili, cioè le molecole di tropocollagene.
Ogni molecola di tropocollagene ha un peso di circa 300 kD ed è costituita
da tre catene α uguali o diverse tra di loro che si associano a formare una
tripla elica destrorsa. Solitamente, per il collagene di tipo I, che rappresenta
il 90% del collagene totale, sono presenti due catene alfa 1 ed una catena
alfa 2. Ciascuna delle tre catene risulta come ripetizione dell'unità
tripeptidica fondamentale del collagene Gly- X-Y che implica la presenza di
un residuo di glicina ogni 3 amminoacidi di cui x e y sono spesso prolina e
idrossiprolina. Le tre catene sono tenute insieme da legami idrogeno
intramolecolari e le triple eliche, lunghe circa 280 nm, sono tra loro
connesse termino-terminalmente, testa coda, e latero-lateralmente, cioè
parallelamente, a formare le fibrille; l'associazione testa-coda non prevede
legami ma uno spazio di 67 nm corrispondente al periodo del bandeggio
mentre nello spazio latero-laterale le due molecole sono connesse grazie ai
legami crociati covalenti intermolecolari tra idrossilisine che contribuiscono
alla forte resistenza alla trazione tipica del collagene.
Si possono distinguere tre tipi di collagene diversi: fibrillari, reticolari e
associati a fibrille. Il più abbondante, quello di tipo I, è fibrillare e si trova
abbondantemente in ossa, tendini, derma e denti. Gli altri collageni
fibrillari sono il II, tipico della cartilagine, il III e il V.
I collageni associati a fibrille invece, tipi IX e XII, sono costituiti da molecole
con tripla elica interrotta da domini non elicoidali che si associano alle
fibrille per organizzarne la struttura tridimensionale.
I collageni reticolari, IV VIII e X, non formano fibrille ma maglie intrecciate
che servono per l'ancoraggio delle cellule.
La fibrillogenesi è un processo complesso a più tappe operato da tipi
cellulari diversi, in particolar modo fibroblasti, osteoblasti e condroblasti.
La molecola nasce come procollagene, un precursore con telopeptidi C ed
N-terminali globulari che ne impediscono l'assemblaggio all'interno della
cellula. Una volta sintetizzato a livello del reticolo endoplasmatico rugoso,
il procollagene subisce diverse modificazioni quali la rimozione del peptide
segnale, l'idrossilazione di alcune proline e lisine e la glicosilazione delle
idrossilisine. Da sottolineare l'importanza dell'acido ascorbico nel
processo di idrossilazione che rende la molecola più stabile
nell'assemblaggio della tripla elica; una carenza di vitamina C porta allo
scorbuto, che provoca fragilità delle pareti dei vasi, della pelle, caduta dei
denti ecc.
Una volta assemblate grazie alla formazione di ponti disolfuro alle estremità
C- terminali, le triple eliche vengono esocitate dalla cellula e attaccate da
procollagene peptidasi che ne tagliano i telomeri trasformandole in
molecole di tropocollagene maturo. A questo punto più molecole si
assemblano a formare le fibrille che possono o rimanere isolate tra loro o
associarsi in fasci più spessi.
Fibre reticolari
Un tipico esempio di fibra reticolare è rappresentato dal collagene di tipo
III, particolarmente presente nel connettivo lasso di tonache sierose, nella
parete dei vasi, nel tessuto adiposo, negli organi linfoidi e mieloidi ecc. A
differenza del collagene fibrillare, queste fibrille si anastomizzano tra loro
formando un intreccio ramificato, con fibre sottili e con ampi spazi occupati
da matrice amorfa. Da un punto di vista istologico per il loro minor grado di
aggregazione non è visibile la striatura trasversale e per il loro ridotto
spessore risultano scarsamente colorabili se non con il metodo
dell'impregnazione argentica.
Fibre elastiche
A differenza del collagene, le fibre elastiche sono estensibili e si accumulano
maggiormente nel tessuto elastico, un tipo di connettivo con la capacità di
distendersi sotto l'azione di una forza e di tornare alla forma originaria
quando la forza cessa. Abbondano a livello della tonaca elastica delle arterie,
nei tendini e nella cartilagine elastica. I componenti principali sono
l'elastina, che costituisce la parte amorfa, e la fibrillina che forma le
microfibrille; l'elastina non è altro che il risultato della polimerizzazione di
molecole di tropoelastina, proteine non glicosilate, con abbondanza di
residui di glicina e altri amminoacidi idrofobici. Anche in questo caso una
volta secreta dalla cellula si formano dei legami crociati che danno origine a
strutture tridimensionali altamente elastiche.
Matrice amorfa
Le fibre e le cellule dei tessuti connettivi sono immersi in una sostanza
intercellulare chiamata matrice amorfa. Essa è costituita principalmente
da glicosamminoglicani, proteoglicani e glicoproteine di adesione, tutte
macromolecole a scarsa densità che conferiscono alla matrice un indice di
rifrazione simile all'acqua e la rendono invisibile nei preparati a fresco e
poco evidenziabile anche nei preparati istologici.
Una caratteristica fondamentale della matrice amorfa è la sua capacità di
assorbire acqua in quantità variabili. È proprio quest'acqua con i gas e altre
sostanze disciolte, che forma il liquido interstiziale, cioè il mezzo
disperdente di diffusione di gas e metaboliti dai capillari alle cellule e
viceversa.
I GAG sono i costituenti fondamentali della matrice amorfa: sono lunghi
polisaccaridi lineari costituiti da unità disaccaridiche ripetute numerose volte
formate da un acido uronico e un amminozucchero, spesso solforato. È
grazie al loro elevato contenuto di gruppi anionici che i GAG risultano
intensamente basofili e riescono a catturare molte molecole d'acqua che
formeranno il liquido interstiziale.
Il GAG più grande è l'acido ialuronico, l'unico in grado di rimanere libero
nella matrice; tutti gli altri GAG infatti, si associano covalentemente a
proteine diverse a formare i proteoglicani.
I proteoglicani sono macromolecole formate da una lunga proteina centrale
alla quale sono legati da uno a moltissimi GAG tramite dei tetrasaccaridi di
connessione uniti a livello di specifici residui di serina. La proteina centrale
può possedere un dominio
transmembrana e va quindi a costituire un proteoglicano di superficie,
oppure se non lo possiede rimane libero nella matrice amorfa.
Più proteoglicani possono poi unirsi ad una molecola di acido ialuronico
centrale tramite proteine linker a formare un complesso macromolecolare
definito aggregato proteglicanico.
Lamina basale
La lamina basale è un sottile strato di matrice interposto principalmente tra il
tessuto connettivo e gli epiteli ma presente anche intorno a cellule nervose
e muscolari. È priva di cellule, metacromatica e PAS positiva ed è formata
da macromolecole specifiche quali collagene di tipo IV, laminina,
fibronectina, perlecano, enactina e altre. Tra queste, la laminina e la
fibronectina sono proteine adesive che legano da una parte le integrine della
superficie cellulare e dall'altra il collagene, l'eparan solfato e l'enactina
fungendo da ponte che connette saldamente l'epitelio al connettivo
sottostante.
CONNETTIVI PROPRIAMENTE
DETTI
Tra i connettivi propriamente detti distinguiamo: il connettivo lasso, il
connettivo denso, il connettivo elastico e il connettivo reticolare.
CONNETTIVO LASSO
È un tipo di tessuto caratterizzato da abbondante sostanza amorfa che
prevale sulla componente fibrosa e cellulare.
Il tessuto connettivo lasso forma le tonache proprie, sottomucose e
avventizie degli organi cavi, contribuendo quindi alla costituzione della loro
parete; la tonaca propria fornisce supporto e nutrimento all'epitelio; forma la
tonaca intima e avventizia delle arterie e delle vene e inoltre, avvolge tutti gli
organi parenchimatosi e si insinua sottoforma di setti nel parenchima stesso,
andando a costituire lo stroma. Infine, circonda muscoli e nervi e penetra
nel loro interno andando ad avvolgere i singoli fasci muscolari e fibre
nervose.
Il tessuto connettivo lasso compare già in fase embrionale: in esso infatti
sono immersi i vasi ombelicali, due arterie che trasportano sangue
consumato e una vena con sangue ossigenato, che attraverso il cordone
ombelicale collegano la placenta al feto. Anche il mesenchima dell'embrione
è un connettivo lasso ricco di cellule pluripotenti.
CONNETTIVO DENSO
È un tessuto in cui la componente fibrosa predomina su quella cellulare e
amorfa; le fibre, soprattutto collagene, sono raccolte in grossi fasci che
possono disporsi tra loro in modo casuale e disordinato oppure seguire un
andamento parallelo e ordinato. In base a ciò, possiamo distinguere un
connettivo denso regolare e un connettivo denso irregolare.
In ogni caso per questo tessuto prevalgono le proprietà meccaniche rispetto
a quelle di difesa e nutrimento, è costituito prevalentemente da collagene di
tipo I anche se sono spesso presenti fibre elastiche, soprattutto nel derma.
Connettivo denso irregolare.
Questa varietà è riscontrabile nel derma, nella capsula fibrosa che avvolge
molti organi come milza, linfonodi e fegato, nelle guaine dei tendini e dei
grossi nervi e nel periostio. I fasci di fibre collagene sono intrecciati e
decorrono in tutte le direzioni spesso accompagnati da reti elastiche. Gli
elementi cellulari, rappresentati quasi esclusivamente da fibroblasti, sono
scarsi così come la sostanza amorfa.
Il derma può essere considerato l'esempio tipico di connettivo denso
irregolare: è un tessuto molto spesso, innervato e vascolarizzato che ci
protegge dai traumi dell'ambiente esterno. Contiene adipociti e risulta
abbastanza elastico perché le fibre sono ondulate e irregolari.
Connettivo denso regolare.
Lo troviamo nelle strutture sottoposte a trazione in una direzione prevalente
come tendini, legamenti e aponeurosi, dove i fasci sono strettamente stipati
tra loro e decorrono paralleli tutti nella stessa direzione, impedendone
l'allungamento. La sostanza amorfa è molto scarsa e le uniche cellule
presenti sono fibroblasti, tutti orientati con il loro asse maggiore
longitudinalmente all'asse delle fibre.
Il connettivo denso regolare è anche presente nella cornea e nella
membrana del timpano, dove troviamo diversi strati di fibre sempre
molto regolari ma orientati alternativamente tra loro: uno strato trasversali e
quello dopo longitudinali. Questo fa si che la cornea sia trasparente e il
timpano sia ben teso per vibrare.
CONNETTIVO ELASTICO
È ricco di fibre di elastina ondulate che lo rendono estensibile, è presente
soprattutto nella tonaca media delle arterie elastiche dove forma delle
membrane che si distendono al passaggio del sangue per poi rilassarsi
successivamente permettendo al sangue di fluire continuamente.
CONNETTIVO RETICOLARE
Le fibre sono formate da collagene di tipo III con tre alfa eliche uguali tra di
loro; il collagene non è organizzato in fibre ma come fibrille isolate che
formano una rete tridimensionale che fa da supporto alle cellule
parenchimatose. Tra le fibre sono abbondanti i fibroblasti e i macrofagi.
CELLULE DEL CONNETTIVO
Classifichiamo le cellule dei tessuti connettivi in residenti e non residenti. Le
cellule residenti sono quelle che completano tutto il loro ciclo vitale nel
connettivo stesso e sono: fibroblasti, macrofagi, mastociti e cellule
adipose. Le cellule non residenti invece viaggiano nel sangue e sono solo di
passaggio nel tessuto connettivo, questa classe comprende solo i leucociti.
Fibroblasti
Sono gli elementi cellulari più abbondanti del tessuto connettivo
propriamente detto e hanno la funzione principale di produrre tutte le
componenti fibrose e amorfe della matrice extracellulare, come
tropocollagene, proteoglicani e glicoproteine.
Morfologicamente appaiono con nucleo chiaro e abbondante citoplasma
che testimoniano l'intensa attività sintetica della cellula, in particolare
durante lo sviluppo prenatale, l'accrescimento e nei siti di cicatrizzazione
delle ferite. In alcune sedi (denso regolare) assumono forma fusata e si
dispongono lungo i fasci di fibre collagene, in altre hanno forma stellata con
numerosi prolungamenti ed estroflessioni citoplasmatiche con cui
aderiscono alle fibre mediante integrine specifiche, come l' α2β1.
Come le altre cellule del connettivo, anche i fibroblasti hanno origine dalle
cellule mesenchimali, ma hanno anche la capacità di transdifferenziarsi, cioè
una volta differenziate possono dare origine a cellule diverse come adipociti,
osteoblasti, condrociti o cellule muscolari.
Macrofagi
Rappresentano la seconda classe cellulare più numerosa dei connettivi,
derivano dai monociti del sangue circolante e svolgono un ruolo
fondamentale nei processi di difesa essendo dotati di un'intensa attività
fagocitaria. Quando sono quiescenti, inattivi, sono indistinguibili dai
fibroblasti, avendo anch'essi forma stellata con espansioni citoplasmatiche
con cui aderiscono alle fibre. Per distinguere i due tipi cellulari si utilizza il
metodo della granulopessia o colorazione vitale: solamente le cellule con
attività fagocitaria, quindi solo i macrofagi, si colorano mentre i fibroblasti
no.
In caso di infiammazione, i macrofagi sono stimolati ed attivati, si staccano
dalle fibre collagene e acquistano elevata motilità e attività fagocitaria, il
citoplasma aumenta di volume e si riempie di vacuoli di materiale ingerito e
lisosomi. In particolare si parla di fagocitosi immunitaria quando ad essere
ingeriti sono dei batteri: la cellula emette degli pseudopodi, ossia
prolungamenti citoplasmatici che circondano il batterio e lo introducono
nella cellula all'interno di un fagosoma. In realtà l'attività fagocitaria dei
macrofagi non si esplica solo nei confronti di batteri ma anche di cellule
morte, detriti cellulari, cellule tumorali e altri corpi estranei che si formano
nei processi di infiammazione. In ogni caso il materiale ingerito è poi
digerito dagli enzimi lisosomali e le sostanze residue sono espulse dalla
cellula. Quando più macrofagi si trovano di fronte un corpuscolo troppo
grande, si fondono insieme a formare la cosiddetta cellula gigante da corpo
estraneo, cioè un complesso polinucleato che può contenere fino a 80-90
nuclei.
Nelle aree di infiammazione i macrofagi aumentano considerevolmente di
numero per proliferazione locale, attrazione di altri macrofagi da aree vicine e
migrazione di monociti da vasi sanguigni, grazie alla produzione di ossido di
azoto e prostaglandine, che provocano vasodilatazione e favoriscono quindi
l'arrivo di altre cellule nel sito di infiammazione. Una volta riconosciuti e
fagocitati, gli antigeni vengono poi presentati alle cellule immunocompetenti,
quindi i macrofagi partecipano indirettamente alla produzione di anticorpi.
Nel polmone, i macrofagi formano le cosiddette cellule della polvere che
ingeriscono il pulviscolo atmosferico e lo depositano sulla parete degli alveoli.
Nella milza invece contribuiscono alla funzione emocateretica riconoscendo i
globuli rossi invecchiati, distruggendoli e riciclandone il ferro in essi
contenuto.
Mastociti
Sono cellule voluminose, con diametro fino a 30 micron, di forma
tondeggiante e nucleo centrale. Sono facilmente riconoscibili al microscopio
per il loro elevato contenuto di granuli elettrondensi, fortemente basofili e
metacromatici. Si tratta di vescicole circondate da membrana, destinate alla
secrezione contenenti due sostanze fisiologicamente importanti l'eparina e
l'istamina. L'eparina è un GAG solforato che inseme ad una proteina forma
un proteoglicano ad elevato peso molecolare; ha azione anticoagulante e per
la sua elevata carica negativa è responsabile della basofilia dei granuli.
L'istamina invece è il prodotto di decarbossilazione dell'istidina e grazie alla
sua azione vasodilatatrice aumenta la permeabilità dei capillari.
La cellula rilascia all'esterno il contenuto dei granuli in un processo noto
come degranulazione, innescato dalla presenza di allergeni. In particolare, in
seguito ad una prima esposizione ad un antigene, alcune plasmacellule
secernono immunoglobuline E che si vanno a legare su specifici recettori
sulla membrana dei mastociti; in seguito poi ad una seconda esposizione, le
IgE di superficie riconoscono e legano l'antigene e stimolano la
degranulazione. Nelle persone allergiche questo processo è meno controllato
e la risposta immunitaria può essere generalizzata, la degranulazione risulta
più violenta e si può arrivare a shock anafilattico, asma e soffocamento.
Adipociti
Sono cellule specializzate nella sintesi, accumulo e rilascio di lipidi, e si
possono
trovare sparsi nel connettivo, generalmente lungo i vasi sanguigni, oppure in
piccoli gruppi soprattutto nel connettivo lasso o addirittura possono costituire
il tipo cellulare prevalente e formare il tessuto adiposo.
Morfologicamente sono di forma sferica con citoplasma ricco di reticolo
endoplasmatico liscio e mitocondri con creste tubulari e sono facilmente
riconoscibili al microscopio in quanto il nucleo e gli altri organuli risultano
schiacciati a un lato per la grossa goccia lipidica che si accumula al suo
interno. La cellula appare infatti con il citoplasma ridotto a un sottile anello
che circonda un grande vacuolo lipidico non circondato da membrana e
molto chiaro in quanto i normali preparati istologici ne sciolgono il
contenuto.
Leucociti
Rappresentano l'unica classe di cellule non residenti del connettivo ed hanno
funzioni di difesa dalle infezioni.
I linfociti provengono dal sangue e migrano nei tessuti connettivi
attraversando le pareti dei capillari, hanno attività ameboide ma non
fagocitaria. Intervengono nella produzione di anticorpi dando origine alle
plasmacellule una volta riconosciuto l'antigene presentato loro dai
macrofagi. Le plasmacellule hanno abbondante citoplasma basofilo e un
nucleo con cromatina tipicamente disposta a raggiera.
Producono e secernono abbondanti quantità di anticorpi che mediano la
risposta immunitaria nel tessuto.
Oltre a linfociti e plasmacellule anche i granulociti sono da considerare
cellule non residenti del connettivo. Sono cellule prodotte nel midollo osseo
che attraverso il circolo sanguigno penetrano per diapedesi nello stroma dei
tessuti in cui avviene un'infiammazione, soprattutto nelle sedi dove è più
facile la penetrazione dei patogeni come apparato digerente, respiratorio e
cute.
CONNETTIVI SPECIALI
I connettivi speciali sono quattro: il tessuto adiposo, caratterizzato da
abbondanza di cellule adipose, il tessuto cartilagineo, l'unico connettivo non
vascolarizzato, il tessuto osseo, in cui la matrice mineralizza, e il sangue, che
ha MEC fluida.
TESSUTO ADIPOSO
Quando in un tessuto connettivo le cellule adipose diventano così
abbondanti da essere preponderanti, si parla di tessuto adiposo. Si tratta di
un tessuto altamente regolato, connesso a parecchie disfunzioni, come il
diabete, e con funzioni diverse: innanzitutto le sue cellule sintetizzano e
liberano acidi grassi in risposta a specifici stimoli ormonali e nervosi,
assicurando così un costante apporto di materiale energetico all'organismo;
inoltre, il tessuto adiposo ha anche funzione di termoregolazione fungendo
da isolante sottocutaneo per evitare la dispersione di calore; e infine ha
anche funzione meccanica e protettiva soprattutto in particolari regioni del
corpo come palmo delle mani e pianta dei piedi dove rimane anche dopo
prolungati digiuni.
Gli adipociti sono molto abbondanti anche nel midollo osseo dove
aumentano con l'avanzare dell'età: nei bambini infatti si parla di midollo
rosso perché tutto emopoietico mentre negli adulti il midollo diventa giallo
perché si accumulano cellule adipose a scapito di quelle emopoietiche.
A seconda del tipo di adipociti che contiene, il tessuto adiposo può essere
bianco o uniloculare, che costituisce la maggior parte del grasso
dell'organismo, oppure giallo o multiloculare, scarsamente rappresentato
nell'uomo.
Tessuto adiposo bianco
È anche detto uniloculare perchè le cellule adipose contengono un'unica
grande goccia lipidica. Si ritrova maggiormente accumulato nel pannicolo
adiposo, cioè il tessuto connettivo sottocutaneo, e si distribuisce in
maniera sesso specifica con la pubertà, nella ghiandola mammaria e sui
fianchi nella donna e sulla pancia nell'uomo; indipendentemente dal sesso,
si trova anche nella loggia renale, nelle regioni ascellari, inguinali ecc.
Gli adipociti uniloculari possono arrivare ad un diametro anche di 100
micron, sono fittamente accostati tra di loro con l'interposizione di scarsa
matrice e sono ricchi di mitocondri con creste tubulari. Inoltre, ogni cellula è
circondata da un involucro glicoproteico con fibre reticolari, evidenziabile
con il metodo dell'impregnazione argentica.
In seguito a digiuno prolungato l' adipocito si svuota gradualmente dei lipidi
e assume una forma stellata simile a quella dei fibroblasti.
Tessuto adiposo bruno
È caratterizzato da cellule adipose più piccole e multiloculari, con lipidi non
concentrati in un'unica goccia ma distribuiti come numerose goccioline
sparse nel citoplasma; risulta inoltre più innervato e vascolarizzato di quello
bianco e organizzato in lobuli per la presenza di setti connettivali. Il tessuto
adiposo bruno risulta il precursore di quello bianco, infatti è scarsamente
rappresentato nell'adulto e più abbondante nel feto. È abbondante invece
negli animali ibernanti, in cui fornisce energia sottoforma di calore durante i
periodi di letargo, grazie ai numerosi mitocondri in cui la fosforilazione
ossidativa viene disaccoppiata. Mentre nel tessuto adiposo bianco la
mobilizzazione dei lipidi avviene in risposta a mancata nutrizione, in quello
bruno avviene in seguito a stimolazioni termiche come l'abbassamento di
temperatura.
Adipogenesi
Gli adipociti originano da una cellula mesenchimale simile ai fibroblasti, il
preadipocito o lipoblasto, oppure possono derivare dal fibroblasto stesso
per transdifferenziamento. Il precursore inizia ad accumulare goccioline di
trigliceridi nel citoplasma che mano a mano si fondono in un'unica grande
goccia che spinge il nucleo alla periferia della cellula.
Regolazione degli adipociti
Per essere in grado di accumulare trigliceridi quando l'apporto calorico
supera il consumo e liberare gli acidi grassi in caso contrario, il tessuto
adiposo deve essere sottoposto a una fine regolazione. Una volta arrivati nel
lume intestinale, gli acidi grassi derivanti dall'idrolisi dei trigliceridi penetrano
nell'asse del villo dove sono prima riassemblati come trigliceridi e poi
combinati con proteine e fosfolipidi a formare i chilomicroni, solubili nel
sangue. I chilomicroni vengono esocitati dalla cellula epiteliale nel
connettivo, da cui raggiungono per via lifatica la circolazione sanguigna dove
si uniscono alle VLDL che contengono i lipidi neosintetizzati dal fegato.
Una volta raggiunti i capillari periadipocitici, i trigliceridi vengono
nuovamente scissi da specifiche lipasi prodotte dagli adipociti stessi,
liberando acidi grassi. Sotto l'azione di stimoli lipogenetici, ad esempio
insulina, l' adipocito assume acidi grassi, glucosio e amminoacidi
impiegandoli per produrre trigliceridi. Quando invece prevale lo stimolo
lipolitico, come noradrenalina, i trigliceridi accumulati nell' adipocito
vengono scissi e gli acidi grassi vengono riversati nei capillari per essere
distribuiti a tutte le cellule. Anche l'adrenalina, prodotta dalla midollare del
surrene in condizioni di stress, si lega a specifici recettori di membrana dell'
adipocito che stimolano
l'adenilato ciclasi a produrre cAMP il quale stimola PKA ad attivare una lipasi
che scinde i trigliceridi in glicerolo e acidi grassi.
Gli adipociti infine, producono anche importanti molecole come citochine,
ormoni e fattori di crescita come ad esempio la leptina, una proteina che
regola l'appetito la cui carenza comporta obesità perché non si ha controllo
nel mangiare.
TESSUTO CARTILAGINEO
Il tessuto cartilagineo è un tipo di tessuto connettivo speciale costituito da un
unico tipo di cellule, i condrociti, circondate da abbondante matrice
extracellulare gelatinosa e ricca di fibre.
Nel corso dello sviluppo dei mammiferi lo scheletro si abbozza come
cartilagine prima di diventare osso, mentre nel periodo postnatale la
cartilagine permane come cartilagine di accrescimento nelle zone di confine
tra epifisi e diafisi delle ossa lunghe per il loro sviluppo in lunghezza; una
volta terminata la crescita invece, la cartilagine permane solo a livello delle
superfici articolari dove non ossifica mai e in altre zone come lo scheletro di
sostegno dell'orecchio esterno, del naso, della trachea, della laringe e dei
bronchi, le cartilagini costali, i dischi intervetebrali, i menischi del ginocchio
e la sinfisi pubica.
È un tessuto caratterizzato da notevole resistenza alla compressione ed
elasticità e svolge un ruolo di sostegno strutturale all'interno
dell'organismo. I condrociti appaiono isolati o come gruppi isogeni cioè
come cloni di una stessa cellula, mentre la matrice cartilaginea risulta ricca
di collagene di tipo II sottoforma di fibrille isolate, proteoglicani e GAG
soprattutto solforati, acido ialuronico, glicoproteine che la rendono
metacromatica, infatti se colorata col blu di Toluidina appare violetta, e
abbondante acqua, per l'alta presenza di cariche negative. Inoltre, la sua
superficie liscia la rende adatta allo scorrimento delle articolazioni.
Non essendo vascolarizzata né innervata, la cartilagine viene nutrita per
diffusione attraverso la sua matrice gelatinosa nella quale diffondono fattori
solubili che ne regolano il metabolismo.
In base all'abbondanza e al tipo di matrice extracellulare presente, sono
distinguibili tre tipi di cartilagine: ialina, elastica e fibrosa.
CARTILAGINE IALINA
È il tipo di cartilagine più diffuso ed è così chiamata perché a fresco appare
traslucida, quasi trasparente. Nell'embrione e nel feto lo scheletro è quasi
esclusivamente costituito da cartilagine ialina che successivamente va
incontro a calcificazione, regredisce e viene sostituita da tessuto osseo.
Dopo la nascita permane come disco epifisario per l'accrescimento delle ossa
lunghe mentre negli adulti riveste le superfici articolari e forma le cartilagini
costali, gli anelli tracheali, alcune cartilagini laringee, le cartilagini dei
bronchi e del naso.
Nell'embrione la cartilagine ialina compare a livello del mesenchima dove le
cellule iniziano a ritirare i loro prolungamenti e raggrupparsi in aggregati di
cellule chiamati centri di condrificazione o blastemi protocondrali.
All'interno di ogni blastema poi le cellule mesenchimali iniziano a secernere i
componenti della matrice cartilaginea e si differenziano in condroblasti,
riconoscibili ora per l'intensa basofilia del citoplasma dovuta all'accumulo di
ribosomi, RER e golgi. Man mano che la sostanza intercellulare viene secreta
le cellule si allontanano sempre di più le une dalle altre rimanendo
comunque incluse nella matrice da loro prodotta, all'interno delle lacune
cartilaginee
sottoforma di gruppi isogeni. Intorno a ciascuna lacuna c'è una zona di
matrice fortemente metacromatica chiamata capsula, fortemente basofila per
l'alto contenuto di matrice amorfa; c'è poi la matrice territoriale, più vicina
alla lacuna, meno basofila per l'aumento della componente fibrosa, e infine
una matrice interterritoriale, più lontana dalla lacuna e poco colorata per
l'abbondanza di fibre.
Una volta diminuita l'attività biosintetica, il condroblasto prende il nome di
condrocito. I condrociti in coltura possono anche originare dai fibroblasti
per transdifferenziamento e si usano marcatori come SOX9 per verificare
che sono condrociti.
Contemporaneamente alla formazione delle lacune, intorno all'abbozzo
cartilagineo il mesenchima si condensa per formare il pericondrio, un
involucro di tessuto connettivo compatto e fibroso che separa la cartilagine
dal mesenchima circostante.
CARTILAGINE ARTICOLARE
Permane anche quando l'abbozzo fetale viene completamente sostituito da
osso a livello delle diartrosi, cioè le articolazioni mobili. È un tipo di
cartilagine particolare in quanto non ha il pericondrio quindi non ha vasi
sanguigni e questo perché la sua superficie deve essere più liscia possibile
per permettere il movimento scheletrico senza attrito. Se infatti ci fossero
vasi tra i due capi articolari, ci sarebbe attrito e potrebbero anche rompersi.
La capsula articolare è completamente rivestita da cellule sinoviali che
producono il cosiddetto liquido sinoviale: questo liquido non solo lubrifica e
quindi facilita lo scivolamento dell'articolazione, ma compensa anche
l'assenza di vasi in quanto fornisce il nutrimento necessario al tessuto:
attraverso il liquido avviene lo scambio di ossigeno e nutrimenti alle cellule
che rilasciano anidride carbonica e cataboliti.
CARTILAGINE DI ACCRESCIMENTO
Detta anche cartilagine di coniugazione o disco epifisario, rappresenta una
zona di cartilagine che permane dopo la nascita per tutto il periodo di
sviluppo, nella zona limite tra epifisi e diafisi separando i due centri di
ossificazione. Viene anche detta seriata per la presenza di strisce di
condrociti impilati longitudinalmente all'asse maggiore dell'osso che si
formano perché i gruppi isogeni hanno piani di divisione trasversali all'asse
longitudinale. Le cellule disposte sul versante del centro di ossificazione
secondario sono in attiva proliferazione, col piano di taglio sempre
trasversale che porta all'accrescimento in altezza. I condrociti più vicini alla
diafisi invece, diventano ipertrofici, aumentano di volume e muoiono,
mentre la matrice comincia a mineralizzare diventando tessuto osseo.
Accrescimento della cartilagine
Può essere di due modi: per apposizione ad opera del pericondrio o
interstiziale ad opera dei gruppi isogeni; entrambi comunque avvengono
nell'abbozzo cartilagineo. Nel caso di accrescimento per apposizione si
verifica, durante il periodo dello sviluppo, il differenziamento delle cellule
condrogeniche nello strato interno del pericondrio in condroblasti che
depositano nuova cartilagine per apposizione su quella precedente.
In caso di accrescimento interstiziale invece, le cellule iniziali già
differenziate si dividono ripetutamente formando una progenie di cloni
accostati tra loro che sintetizzano e depositano nuova sostanza intercellulare
e formano il cosiddetto gruppo isogeno.
CARTILAGINE ELASTICA
Nei mammiferi la cartilagine elastica forma il padiglione auricolare, e
l'epiglottide. Origina da un blastema ialino in cui le cellule si specializzano a
secernere
tropoelastina, che verrà poi secreta come elastina solubile ed andrà a formare il reticolo elastico. A
fresco, si differenzia da quella ialina per il colore più giallastro e opaco dovuto all'elevato numero
di fibre elastiche e minori proteoglicani. Le fibre elastiche si ramificano e decorrono in tutte le
direzioni nella matrice formando una rete così fitta da occupare quasi interamente lo spazio
intercellulare rendendo così la sostanza amorfa molto scarsa. Il reticolo appare invece più lasso in
periferia subito al di sotto del pericondrio.
CARTILAGINE FIBROSA
La cartilagine fibrosa o fibrocartilagine forma nell'uomo la sinfisi pubica e i dischi intervertebrali.
Può essere considerata come una forma intermedia tra il tessuto connettivo denso e la cartilagine
ialina, caratterizzato da abbondanza di fibre soprattutto di cartilagine di tipo I e scarsa sostanza
amorfa, talmente scarsa che la matrice risulta acidofila. Come nella ialina, le cellule sono
circondate da una capsula e si trovano isolate tra loro o in fila tra fasci di fibre collagene ma la
differenza principale è l'assenza di pericondrio.
Nei dischi intervertebrali l'anello fibroso che circonda il nucleo polposo è costituito da
fibrocartilagine. L'ernia al disco comporta la rottura del disco e la fuoriuscita del nucleo polposo,
con conseguente compressione dei nervi spinali che provocano dolore.
Nella sinfisi pubica la fibrocartilagine fonde le due ossa e nella donna è resa più lassa da ormoni
durante il parto per la fuoriuscita del bambino.
TESSUTO OSSEO
È un tipo di tessuto connettivo speciale, caratterizzato da una matrice extracellulare mineralizzata
che conferisce al tessuto elevata durezza e resistenza alla pressione e alla trazione rimanendo
comunque una struttura leggera. L'associazione di massima resistenza e minimo peso rende le
ossa delle strutture meccanicamente competenti. I suoi compiti nell'organismo sono molteplici:
assolve importanti funzioni meccaniche in quanto costituisce lo scheletro di sostegno del nostro
corpo; regola l'omeostasi dei
sali minerali: l'osso infatti rappresenta la sede principale di deposito di ioni calcio che viene
continuamente mobilizzato per mantenere l'omeostasi dell'organismo; fornisce protezione agli
organi interni, andando a costituire la scatola cranica, la cassa toracica e la colonna vertebrale per
il midollo spinale; contribuisce allo sviluppo armonico del tessuto nervoso ed è sede
dell'emopoiesi.
Si tratta inoltre di un tessuto molto dinamico, che viene continuamente rimodellato e rinnovato
per tutta la vita, processo utile non solo per questioni meccaniche ma anche per regolare la
concentrazione ematica di calcio.
Come gli altri tessuti connettivi, anche quello osseo è formato da cellule immerse in abbondante
matrice extracellulare, organica e inorganica, ed è fortemente vascolarizzato ed innervato. Queste
componenti strutturali rimangono le stesse nella vita prenatale e nell'adulto ma cambierà
notevolmente il modo in cui si organizzeranno e combineranno. Nello scheletro embrionale e
fetale, infatti, si parla di osso non lamellare o a fibre intrecciate in cui le fibre collagene della
matrice sono organizzate in grossi fasci intrecciati, che rendono l'osso non meccanicamente
competente a sorreggere l'individuo. Con lo sviluppo poi questo tessuto primario subisce il suo
primo rimodellamento e viene sostituito da osso lamellare a fibre parallele, in cui le cellule, le fibre
e la matrice sono organizzate in lamelle distinte e parallele tra loro, organizzazione che conferisce
all'osso la sua particolare resistenza e robustezza.
Organizzazione macroscopica
Osservando ad occhio nudo un osso lungo tagliato trasversalmente è possibile distinguere due
forme diverse di tessuto osseo, l'osso spugnoso e l'osso compatto. L'osso spugnoso si trova a
livello delle epifisi, cioè le due estremità, e appare come una struttura alveolare, con trabecole che
si anastomizzano tra loro a formare una rete tridimensionale all'interno della quale è accolto il
midollo osseo. Le trabecole più periferiche sono più spesse ed hanno maggiore funzione
meccanica mentre quelle più centrali sono più sottili e servono più per il metabolismo; hanno
inoltre un andamento arcuato, sistema per avere meno osso ma più efficiente. Gli spazi tra le
spicole sono intercomunicanti e si continuano con la cavità midollare della diafisi, nella parte
centrale dell'osso.
La diafisi è formata da osso compatto che appare invece come una massa solida e densa che
circoscrive una cavità midollare centrale.
È riscontrabile anche una terza zona, la metafisi, compresa nella zona di accrescimento tra l'epifisi
e la diafisi che contiene il disco epifisario, ovvero la cartilagine che provvede all'accrescimento in
altezza delle ossa lunghe per tutto il periodo dello sviluppo.
La superficie esterna delle ossa lunghe, a contatto con il muscolo striato, è rivestita da una sottile
guaina di connettivo fibro-elastico, molto vascolarizzato, il periostio, assente il corrispondenza
della cartilagine articolare, sulle epifisi, e nelle zone di inserzione di tendini e legamenti. Le cavità
midollari dell'epifisi e dell'osso spugnoso sono invece rivestite da una membrana chiamata
endostio, costituita da un monostrato di cellule pavimentose che si continua con il sistema di
canali vascolari dell'osso, cioè i canali di Havers e i canali di Volkman, contenenti nervi, vasi
sanguigni e linfatici e matrice.
Organizzazione microscopica
Sia per l'osso spugnoso che per quello compatto la caratteristica principale è la loro struttura
lamellare. Ciascuna lamella rappresenta una sorta di lamina costituita da cellule e sostanza
intercellulare, con spessore da 3 a 7 micron. La matrice è fortemente mineralizzata, con fibre
collagene di tipo I parallele tra loro.
Gli osteociti invece, sono accolti nelle lacunee ossee, delle cavità scavate nella
matrice ordinate una dopo l'altra lungo le linee parallele delle lamelle. Ogni lacuna non è liscia
come quella cartilaginea ma presenta una serie di canalicoli ossei, cioè delle ramificazioni in cui
penetrano i prolungamenti degli osteociti che si anastomizzano con quelli delle lacune adiacenti
formando una sorta di rete. I canalicoli, poi, si congiungono anche con i canali di Havers,
longitudinali e paralleli all'asse maggiore, e con i canali di Volkman, trasversali, in cui scorrono i
vasi dell'osso compatto, nonché con le cavità midollari dell'osso spugnoso, in modo da assicurare
lo scambio di metaboliti e gas tra sangue e osteociti.
Sebbene osso compatto e osso spugnoso presentino la stessa struttura di tipo lamellare,
differiscono per come le lamelle sono organizzate: nello spugnoso si aggregano a formare le
trabecole, disposte in modo irregolare e disordinato, mentre nel compatto le lamelle si associano a
formare delle strutture compatte e molto regolari: gli osteoni.
L'osteone è una struttura cilindrica formata da un canale di Havers centrale orientato
parallelamente all'asse maggiore dell'osso, una serie di lamelle concentriche che circondano il
canale; in ciascuna lamella le fibre collagene sono oblique verso destra o verso sinistra in modo
più o meno ripido; se una lamella è destrorsa quella successiva è sinistrorsa e così via in modo
alternato, e questo ordine preciso rende gli osteoni rifrangenti al microscopio a rifrangenza e
luminosi al microscopio a luce polarizzata, a differenza dell'osso non lamellare. Esternamente, gli
osteoni adiacenti sono separati da una linea di demarcazione irregolare detta linea cementante o
limitante, che risulta intensamente colorata al microscopio e indica il punto in cui è avvenuto
rimodellamento osseo. Nella formazione dell'osteone, inoltre, la prima lamella che si forma è
quella vicino alla linea cementante e mano a mano che vengono deposte le altre si ispessisce
l'osteone e si riduce il lume del canale di Havers.
Non tutte le strutture lamellari sono osteoni completi, esistono anche i sistemi interstiziali, cioè
dei gruppi di lamelle ossee senza canale centrale che rappresentano vecchi osteoni rimaneggiati
parzialmente. In periferia invece, al di sotto dell'endostio e al di sotto del periostio troviamo altri
strati di lamelle disposte circolarmente intorno alla circonferenza interna ed esterna, detti sistemi
circonferenziali interno ed esterno o endosteale e periosteale, ugualmente organizzati con lamelle
in cui le fibre collagene sono orientate alternativamente verso destra e verso sinistra.
Il periostio è formato da due strati, uno esterno con poche cellule e molti vasi, e uno interno con
molte cellule e una fitta rete capillare. Dallo strato esterno partono le fibre di Sharpey, dei grossi
fasci di fibre collagene che penetrano perpendicolarmente nello strato interno del periostio e lo
ancorano fortemente al sistema circonferenziale esterno. Sono particolarmente abbondanti nella
radice del dente dove, ancorandosi all'osso alveolare da una parte e nel cemento dall'altra,
assicurano la fissità del dente.
Durante la fase fetale e post-natale e nei processi di riparazione delle fratture, sulla superficie
interna del periostio troviamo uno strato epitelioide di osteoblasti con proprietà osteogenica che
nell'adulto perdono la loro attività, e assumono forma simile ai fibroblasti; in questo stato di
quiescenza mantengono comunque potenzialità osteogenica e sono definite cellule
osteoprogenitrici, o lining cells.
L'endostio, invece, è una sottile lamina di cellule pavimentose che riveste tutte le cavità midollari
sia dell'osso spugnoso che del compatto, nonché le cavità dei canali di Havers e Volkman. Anche
le cellule dell'endostio sono osteoblasti attivi durante lo sviluppo e la crescita che si trasformano
in cellule osteoprogenitrici nell'adulto.
MATRICE OSSEA
La matrice ossea è costituita da una componente organica e una inorganica.
Matrice organica
La componente organica della matrice ossea è composta prevalentemente da collagene di tipo I,
proteine non collageniche e fattori di regolazione; la percentuale di glicoproteine e proteoglicani
non supera l'1% mentre quella del collagene I arriva al 20% del peso secco, rendendo la matrice
acidofila. Queste fibre possono essere osservate al microscopio solo dopo aver decalcificato il
campione con soluzioni acide o agenti chelanti poiché altrimenti sarebbero mascherate dalla
matrice minerale. I fasci di fibre decorrono paralleli tra loro in maniera ordinata, girando ad elica
intorno all'asse dell'osteone in ciascuna lamella, con un'inclinazione e una direzione diverse da
lamella a lamella.
Per quanto riguarda la componente fibrosa della matrice , oltre al collagene troviamo le fibre di
Sharpey o perforanti che decorrono perpendicolarmente dallo strato esterno del periosto e si
ancorano alle fibre circonferenziali esterne.
Tra le glicoproteine ne troviamo alcune molto abbondanti nell'osso ma non esclusive, come
l'osteopontina, l'osteonectina, la sialoproteina ossea numero 2 classificabili come proteine di
adesione; specifica del tessuto osseo è, invece, l'osteocalcina, la seconda proteina più abbondante
dopo il collagene: è prodotta dagli osteoblasti ed è proprio l'indicatore più specifico dell'attività
osteoblastica. In vitro tutte queste proteine inducono mineralizzazione anche se prese
singolarmente, ma in realtà è la loro azione di gruppo ad essere importante nell'organismo.
La matrice è inoltre ricchissima di citochine, che regolano la funzione di altre cellule, e di fattori di
crescita come le BMP, bone morphogenetic proteins, appartenenti alla famiglia delle TGF-β. In
generale tutti i fattori di crescita sono prodotti dagli osteoblasti che li liberano sottoforma di
precursori inattivi per poi essere attivati dopo modificazioni enzimatiche.
Nella matrice organica vengono depositate anche altre proteine non prodotte dalle cellule ossee,
come l'α2-microglobulina.
È la componente organica della matrice che conferisce all'osso la sua caratteristica resistenza alla
trazione.
Matrice inorganica
La durezza e la rigidità sono invece dovute alla componente inorganica della matrice formata
prevalentemente da idrossiapatite e carbonati di calcio più altri sali in tracce. L'idrossiapatite
appare al microscopio sottoforma di sottili cristalli aghiformi che si depositano lungo i fasci di
fibrille collagene una volta che questi sono già formati.
CELLULE OSSEE
La componente cellulare dell'osso comprende quattro tipi di cellule diverse: preosteoblasti,
osteoblasti, osteociti e osteoclasti.
La linea osteoblastica deriva dalla componente stromale del midollo osseo, in particolare le cellule
mesenchimali si differenziano in cellule osteoprogenitrici che proliferano attivamente ed iniziano
ad esprimere marcatori specifici come RUNX2. La cellula poi si differenzia ancora in osteoblasto
maturo, che viene invece riconosciuto dalla fosfatasi alcalina. A loro volta gli osteoblasti, dopo
aver deposto matrice ossea, si trasformano in osteociti che rimangono intrappolati nelle lacune
osteocitarie da loro stesse prodotte. Una volta terminati i processi osteoformativi, le cellule
osteoblastiche di endostio e periostio diventano lining cells, cioè cellule quiescenti che
mantengono potenzialità osteogenica e possono riattivarsi in seguito a stimoli.
Gli osteoclasti invece derivano dalla componente emopoietica del midollo, in particolare dalla
linea staminale che da origine a granulociti e monociti. Si riconoscono grazie a marcatori specifici
come la fosfatasi acida abbondante nei lisosomi.
Osteoblasti
Sono cellule osteoformatrici deputate alla produzione e secrezione delle componenti della matrice
e per questo abbondano nelle sedi di attiva sintesi di sostanza ossea, dove formano uno strato
epitelioide. Morfologicamente appaiono voluminosi, con nucleo chiaro, nucleolo evidente e
citoplasma basofilo, ricco di RER e mitocondri.
L'osteoblasto inizia secernendo i componenti della matrice prima davanti a sé, poi ai lati fino ad
essere completamente circondato dall' osteoide, cioè matrice non ancora mineralizzata. Una volta
intrappolati nella matrice si trasformano in osteociti, le cellule più abbondanti del tessuto osseo
adulto; appaiono di forma appiattita con numerosi prolungamenti che penetrano tra le lamelle
attraverso i canalicoli ossei per anastomizzarsi con quelli degli osteociti adiacenti tramite gap
junction, in modo da formare un reticolo attraverso cui passano ioni e nutrienti permettendo il
sostentamento delle cellule anche lontano dai vasi sanguigni.
L'osteocita possiede diverse funzioni rilevanti per il tessuto osseo. Innanzitutto è un sensore dello
stato qualitativo dell'osso: se in una certa regione c'è un danno, come una microfrattura, gli
osteociti intorno muoiono e parte lo stimolo per il rimodellamento di quell'area, con un segnale
che arriva prima agli osteoclasti che degradano e poi agli osteoblasti che ridepongono nuova
matrice. Inoltre, l'osteocita è anche un sensore meccanico, nel senso che induce la formazione di
osso dove c'è stimolo meccanico: se l'osso viene immobilizzato manca lo stimolo e l'osteocita
attiva fenomeni che fanno perdere massa ossea. Queste sue capacità di “sentire” lo stato
qualitativo e meccanico dell'osso, insieme alla sua forma dendritica e all'origine embrionale dalle
creste neurali, rendono possibile l'ipotesi che gli osteoblasti e gli osteociti siano cellule con una
certa memoria nervosa.
Mineralizzazione
È un processo a carico degli osteoblasti che inizia con lo sviluppo delle vescicole della matrice,
formazioni vescicolari delimitate da membrana, prodotte per gemmazione dalla superficie
cellulare. Sulla loro membrana è espressa la fosfatasi alcalina, che svolge un ruolo essenziale nella
mineralizzazione liberando fosfato inorganico da molecole organiche, e la proteina annexina V
che funge da canale per il trasporto di calcio all'interno delle vescicole. Una volta gemmate le
vescicole cominciano a nucleare cristalli di idrossiapatite, sottoforma di aghi che si depositano
lungo il periodo delle fibrille collagene.
Osteoclasti
Gli osteoclasti sono le cellule deputate al riassorbimento osseo, processo fondamentale per la
crescita e il rimodellamento del tessuto osseo. Sono sincizi polinucleati con diametro fino a 100
micron, che derivano dalla fusione dei precursori mononucleati della linea monocito-macrofagica.
Morfologicamente presentano alcune decine di nuclei ben definiti e separati tra di loro, citoplasma
poco basofilo o debolmente acidofilo ricco di mitocondri e lisosomi contenenti idrolasi acide. Si
trovano sulla superficie delle trabecole ossee in via di riassorbimento e sono accolti in fossette
scavate dalla loro stessa attività erosiva chiamate lacune di Howship. La superficie di membrana
rivolta verso l’osso in riassorbimento presenta il cosiddetto ruffled border, una sorta di orletto
striato con esili prolungamenti citoplasmatici molto irregolari che servono per aumentare la
superficie di membrana. La regione cellulare in basso, è detta zona chiara per l’assenza di granuli,
concentrati maggiormente nella regione baso-laterale. Lo spazio al di sotto del ruffled border è
mantenuto separato dal resto dello spazio extracellulare da una membrana sigillante, adesiva, che
permette l’adesione dell’osteoclasta lungo tutta la cellula e definisce la lacuna di riassorbimento. La
proprietà sigillante della membrana è dovuta all’anello di actina, cioè l’insieme di strutture di
adesione specifiche, i podosomi, concentrati tutt’intorno
alla lacuna, che connettono fasci di microfilamenti di actina del citoscheletro, con la matrice
extracellulare mediante l’integrina specifica αvβ3. È proprio all’interno delle lacune di
riassorbimento che avvengono i processi di riassorbimento della matrice organica e minerale
attraverso l’acidificazione dello spazio extracellulare. In particolare, una volta che la cellula ha
aderito alla matrice attraverso i recettori integrinici specifici, una pompa protonica ATP
dipendente situata nell’orletto striato inizia a pompare protoni contro gradiente nello spazio
circoscritto dall’anello di actina. Questi protoni derivano dall’attività della anidrasi carbonica II
che converte l’anidride carbonica idratata in bicarbonato e protoni; mutazioni a livello dell’anidrasi
carbonica portano a osteopetrosi non molto grave perché la reazione di idratazione avviene
ugualmente anche se più lentamente. Il bicarbonato viene poi scambiato con ioni cloro secondo
gradiente sul versante baso-laterale della cellula e successivamente il cloro passa nella lacuna
attraverso il canale specifico clc7 bilanciando i protoni e formando acido cloridico. Mutazioni a
livello della pompa del cloro danno osteopetrosi grave con problemi neurodegenerativi. Il pH di
4.5 circa che si viene a formare risulta adatto alla solubilizzazione della componente minerale della
matrice. La restante parte organica viene invece degradata per via enzimatica, tramite il rilascio
della proteasi lisosomale catepsina K che, se mutata, provoca picnodisostosi.
Interazioni OBL-OCL
Nel processo di osteoclastogenesi in vitro la maturazione dei precursori osteoclastici, appartenenti
alla linea monocito-macrofagica, richiede la presenza e l'interazione con gli osteoblasti o cellule
stromali del midollo. Queste cellule secernono l' M-CSF, macrophage colony-stimulating factor,
una citochina che stimola il differenziamento e la proliferazione dei macrofagi legandosi al suo
recettore c-msf, presente sui precursori degli osteoclasti. È necessaria però anche un contatto
diretto tra OCL e OBL che avviene mediante l'interazione tra RANK e RANKL: RANK è un
recettore presente sulla membrana di macrofagi e osteoclasti e RANKL è il suo ligando, presente
sulla superficie di osteoblasti e cellule stromali; appartengono alla famiglia del TNF, tumor
necrosis factor e del suo recettore. Il legame tra RANK e RANKL avvia la trasduzione del segnale
indotta dal fattore di trascrizione NfkB, che migra nel nucleo e attiva la trascrizione di geni
specifici indispensabili per il completo differenziamento degli osteoclasti. Il processo di
osteoclastogenesi è modulato dagli osteoblasti mediante la secrezione di OPG cioè la proteina
osteoprotegerina che, come suggerisce il nome stesso, interviene per evitare un eccessivo
riassorbimento osseo. In particolare, OPG viene rilasciata come molecola solubile che va a legarsi
a RANKL, impedendone l'interazione con RANK e bloccando lo sviluppo dell'osteoclasta in
quanto non può trasdurre il segnale. Il bilancio quindi tra RANKL che stimola l' osteoclastogenesi
e OPG che la inibisce, determina il livello del processo.
L'attività osteoclastica è influenzata e regolata da diversi ormoni e citochine che intervengono in
vari livelli del processo di osteoclastogenesi e questa regolazione è sotto stretta dipendenza del
calcio. Un ormone coinvolto nel differenziamento degli osteoclasti è il PTH, paratormone,
prodotto dalle paratiroidi, il cui rilascio è direttamente legato alla concentrazione ematica di calcio:
se la calcemia è bassa il PTH viene rilasciato e va a stimolare l'espressione di RANKL che induce
l' osteoclastogenesi e quindi il riassorbimento osseo. L'attività finale del PTH, quindi, è quella di
aumentare la calcemia.
Effetto opposto è quello della calcitonina, ormone prodotto dalle cellule C della tiroide, che ha
invece effetto ipocalcemizzante: la sua produzione è stimolata da elevati livelli di calcio ematico.
Anche i glucocorticoidi e gli ormoni sessuali tra le tante funzioni, intervengono anche a livello
osseo, in particolare i glucocorticoidi agiscono liberando calcio con la perdita
di massa ossea, mentre gli ormoni sessuali proteggono l'osso riducendo la fuoriuscita di calcio.
Infine, un ruolo importante nello sviluppo degli osteoclasti è svolto dalla vitamina D: questa viene
assunta come precursore inattivo dall'alimentazione e la sua attivazione è regolata indirettamente
dalla concentrazione plasmatica di calcio e direttamente dall'azione del PTH. Se la calcemia è
bassa, il PTH prodotto dalle paratiroidi agisce sul tubulo renale oltre che aumentando il
riassorbimento di calcio, stimolando anche l'azione dell' 1-α-idrossilasi che aggiunge il secondo
gruppo idrossilico al 25- idrossicolecalciferolo, precedentemente modificato nel fegato. A questo
punto si forma l'1-25-diidrossivitaminaD3 attiva che torna in circolo e agisce a livello intestinale
dove stimola l'assorbimento di calcio e fosfato. Per questo motivo, una carenza di vitamina D
causa una scarsa calcificazione delle ossa da cui possono derivare il rachitismo nel bambino e
l’osteomalacia nell’adulto, mentre disfunzioni quali l’insufficienza renale cronica possono alterare
questo equilibrio fisiologico e provocare patologie dell’osso.
In tutti questi casi risulta fondamentale la presenza del recettore di calcio extracellulare, presente
sulle cellule paratiroidee ma anche sulle cellule C della tiroide e del tubulo renale. Ha un grosso
dominio intracellulare ricco di amminoacidi acidi ed ha bassa affinità per il calcio, infatti
percepisce la sua concentrazione ematica a livello del millimolare.
Massa ossea ed età
La massa ossea cresce durante l'infanzia e l'adolescenza fino a raggiungere, con la pubertà,
l'assetto definitivo in termini di lunghezza e robustezza: si raggiunge il cosiddetto picco di massa
ossea, cioè la quantità di tessuto minerale osseo alla fine del periodo di accrescimento, sempre
superiore nel maschio rispetto alla femmina. Da questo momento in poi la densità e la dimensione
ossea non aumentano più e si mantengono costanti per tutta l' età adulta. Nonostante ciò, l'osso
continuerà ad essere sede di un continuo processo di rimodellamento, durante il quale la
percentuale di osso riassorbito verrà compensata da una pari quantità di osso neoformato.
Nell'anziano, invece, questa sostituzione non è più bilanciata e si ha prevalenza del riassorbimento
sulla deposizione. Si tratta di un processo lento e graduale che coinvolge sia l' osso spugnoso che
quello compatto; il risultato, in molti casi, è una malattia nota come osteoporosi.
Nella donna la perdita di massa ossea aumenta considerevolmente con la menopausa a causa della
diminuzione di estrogeni che stimola l'attività osteoclastica e quindi il riassorbimento osseo. A
livello dell'osso spugnoso avviene una prima rottura delle piccole trabecole trasversali che
provocano il collasso di quelle longitudinali. Nel maschio, invece, il calo di massa ossea è meno
brusco infatti in genere l'osteoporosi è più rara e si manifesta in età senile.
OSSIFICAZIONE
Esistono due tipi di ossificazione: intramembranosa o diretta e endocondrale o indiretta. In
entrambi i casi l'osso origina dal mesenchima, il tessuto connettivo embrionale ma, mentre nel
primo caso l'osso si forma direttamente per differenziazione delle cellule mesenchimali
pluripotenti in osteoblasti, nel caso dell'ossificazione indiretta l'osso è preceduto da un abbozzo
cartilagineo che viene poi sostituito da tessuto osseo.
Ossificazione intramembranosa
L'ossificazione intramembranosa riguarda le ossa piatte del cranio e gran parte delle ossa della
faccia. Il processo inizia con la formazione, all'interno del mesenchima, dei centri di ossificazione,
cioè delle zone in cui il tessuto si addensa, diventa più fibroso
e vascolarizzato e le cellule proliferano attivamente. Alcune di esse differenziano in osteoblasti e
iniziano a secernere un tessuto preosseo, l' osteoide, attorno al quale le cellule si dispongono in
fila con disposizione epitelioide a formare le prime trabecole. L'osteoide è inizialmente non
mineralizzato, formato solo da matrice amorfa e collagene. Successivamente subisce
mineralizzazione e inizia l'ulteriore accrescimento per apposizione: gli osteoblasti intorno alla
trabecola primitiva secernono nuovo osteoide che si sovrappone a quello precedente e gli
osteoblasti rimasti intrappolati nella matrice diventano osteociti. Mano a mano che l'osso cresce
sulla superficie si appongono nuovi osteoblasti che derivano dalla proliferazione e
differenziamento delle cellule osteoprogenitrici. Questo tessuto osseo appena formato è di tipo
spugnoso e non lamellare, con fibre collagene disordinate orientate in tutte le direzioni e sarà poi
sostituito da osso secondario lamellare nel corso del successivo rimodellamento. In questo caso,
nelle regioni in cui l'osso è destinato a rimanere spugnoso, come la diploe delle ossa piatte del
cranio, cioè la zona centrale ai due tavolati, le trabecole assumono gradualmente
un'organizzazione lamellare e il tessuto connettivo circostante diventa emopoietico. Nelle zone
invece destinate a dare origine a tessuto compatto, come i due tavolati delle ossa piatte del cranio,
le trabecole iniziali continuano a ispessirsi assumendo un'organizzazione lamellare con
stratificazione concentrica e fibre collagene parallele tra loro in ciascuna lamella. Il connettivo
circostante si condensa a formare il periostio che continuerà a depositare nuova matrice ossea per
tutta la durata dello sviluppo.
Ossificazione endocondrale
L'ossificazione endocondrale o indiretta riguarda le ossa alla base del cranio, della colonna
vertebrale, del bacino e degli arti, le quali, a livello embrionale, erano precedute da un modello
cartilagineo completamente sostituito da tessuto osseo ad eccezione della cartilagine articolare.
Durante lo sviluppo pre-natale, nell’embrione si formano degli abbozzi di cartilagine ialina. A
livello della diafisi, entro il terzo mese di gravidanza, si differenzia un primo centro di
ossificazione, in cui le cellule cartilagine diventano ipertrofiche, cioè si ingrandiscono, mentre
nella matrice inizia la deposizione di calcio; le cellule della cartilagine quindi degenerano, non
riuscendo più ad assorbire sostanze nutritive a causa della calcificazione del tessuto, e lasciano
spazi sempre più ampi. La matrice cartilaginea calcificata viene in seguito parzialmente riassorbita
da parte dei condroclasti, cioè cellule polinucleate simili agli osteoclasti sempre appartenenti alla
famiglia dei macrofagi. Nella parte centrale delle ossa lunghe, per il confluire di cavità dovute alla
degenerazione della cartilagine, si forma la cavità midollare primitiva che viene man mano invasa
da vasi sanguigni provenienti dal pericondrio e da mesenchima da cui deriveranno le cellule
osteoblastiche. Queste derivano dalle cellule osteoprogenitrici che poi maturano e si vanno a
disporre sulla superficie delle spicole di cartilagine residue dove depositeranno nuovo osteoide
presto mineralizzato. Durante l'accrescimento dell'osso, la porzione ancora cartilaginea viene
riassorbita per l'attività di condroclasti e osteoclasti, costituendo così il primo abbozzo di cavità
midollare. Più tardi si formano anche i due centri di ossificazione secondari a livello delle epifisi.
L'accrescimento in lunghezza delle ossa lunghe dipende dalla presenza della cartilagine di
coniugazione a livello della metafisi, cioè la regione intermedia tra epifisi e diafisi. Per tutto il
periodo di accrescimento questo disco epifisario continua ad allungarsi per accrescimento
interstiziale dal lato rivolto verso l'epifisi, mentre viene contemporaneamente sostituito da osso
dal lato rivolto verso la metafisi. Quando nell'adulto i condrociti smettono di proliferare,
l'ossificazione procede fino a sostituire completamente la cartilagine di accrescimento.
EMOPOIESI E SANGUE
SANGUE
Il sangue è un tipo di tessuto connettivo speciale costituito da una componente corpuscolata,
rappresentata dagli elementi figurati, sospesa in una matrice fluida, il plasma. Questa consistenza
fluida permette al sangue di circolare nel sistema di vasi chiuso dell'apparato circolatorio dove è
contenuto, grazie alla energia cinetica fornita dalla contrazione del cuore.
All'interno dell'organismo il sangue svolge numerose funzioni di regolazione e trasporto, in
particolare le sue funzioni riguardano: il trasporto di ossigeno e anidride carbonica dai pomoni ai
tessuti e viceversa; assunzione dei nutrienti nell'intestino, trasporto nel fegato e poi a tutte le
cellule per il loro nutrimento; trasporto dei cataboliti al rene per la loro eliminazione; trasporto di
ormoni e altre molecole regolatrici nonché delle cellule implicate nei processi di difesa; funzione
de termoregolazione; di mantenimento dell'equilibrio acido-base e della pressione osmotica.
Il 55% del sangue è rappresentato dal plasma, la componente acquosa che contiene ioni, proteine,
ormoni, immunoglobuline e altre molecole. Il restante 45% è rappresentato dagli elementi figurati,
in particolare il 44% da eritrociti e il restante 1% da globuli bianchi e piastrine.
Plasma
Rappresenta la componente liquida del sangue circolante, ha un pH di 7.3-7.4, ed è costituito dal
90% di acqua in cui sono disciolte molte molecole con funzioni diverse. Le proteine presenti sono
prodotte dal fegato e la loro concentrazione determina la viscosità e la pressione osmotica del
sangue.
L'albumina è la proteina più abbondante ed è la principale responsabile del mantenimento della
pressione oncotica, cioè la pressione osmotica necessaria per la distribuzione dei liquidi corporei
nei comparti intravascolari e nei tessuti; è inoltre utile per il trasporto di ormoni e farmaci, per
mantenere il pH e varie altre funzioni.
Oltre all'albumina, nel plasma sono presenti gli anticorpi prodotti dalle plasmacellule, le proteine
di trasporto di altre molecole insolubili, protrombina, fattori plasmatici della coagulazione,
proteine del sistema del complemento e soprattutto fibrinogeno, una proteina solubile convertita
nel processo di coagulazione in fibrina, filamentosa. Il plasma privato del fibrinogeno costituisce il
siero. Nel plasma è poi presente una componente lipidica che comprende trigliceridi, fosfolipidi,
colesterolo e acidi grassi; una quantità di glucosio da 80 a 120 mg per 100 ml più composti azotati
non proteici come urea, ammoniaca, creatinina. Sono presenti anche ormoni, fattori di crescita,
enzimi ed elettroliti. C'è infine, il sistema del complemento, cioè un insieme di proteine e recettori
di membrana che insieme ai linfociti B hanno un ruolo centrale nella difesa dagli agenti infettivi.
La loro attivazione avviene mediante una serie di reazioni a cascata che comportano il taglio
idrolitico della componente3 e una volta attivati contribuiscono alla risposta immunitaria in vari
modi, inducendo lisi cellulare, attivando la fagocitosi, aumentando la permeabilità vascolare ecc.
Elementi figurati
Tra gli elementi figurati del sangue troviamo i globuli rossi, in maggiore quantità, i globuli bianchi,
che comprendono granulociti, monociti e linfociti, e le piastrine che sono in realtà dei frammenti
cellulari.
EMOPOIESI
L'emopoiesi consiste nella produzione degli elementi maturi presenti nel sangue circolante, quindi
eritrociti, leucociti e piastrine, a partire da cellule staminali emopoietiche totipotenti. Nell'adulto
questo processo avviene esclusivamente nel midollo osseo, ma in realtà l'emopoiesi è un evento
che inizia già dal primo mese della fase prenatale. In particolare l'emopoiesi inizia a livello del
sacco vitellino, un annesso embrionale che ha anche la funzione di produrre i gameti: in questa
sede dal mesoderma si formano le isole sanguigne, cioè dei gruppi di cellule di cui quelle più
periferiche differenziano in endotelio mentre quelle centrali daranno origine agli elementi figurati
del sangue. Dopo il secondo mese scompare l'emopoiesi vitellina contemporaneamente all'inizio
di quella epatica, che raggiunge un picco verso il quinto mese per poi sparire alla nascita; il fegato
conserva comunque memoria emopoietica infatti fa emopoiesi quando il midollo non funziona.
Alla fine del secondo mese inizia anche l'emopoiesi da parte della milza che termina dopo il sesto
mese ma anche qui rimane una memoria emopoietica dopo la nascita infatti nei pazienti senza
emopoiesi midollare si ha epatosplenomegalia. Infine, dal quarto mese, cioè da quando inizia
l'ossificazione, comincia l'emopoiesi midollare che poi continuerà dopo la nascita, rimanendo
l'unico tipo di emopoiesi. Nei primi anni di vita si ha in tutte le ossa mentre col tempo diminuisce
più precocemente nelle ossa lunghe mentre permane fino all'età senile in vertebre, sterno, coste
ecc.
MIDOLLO OSSEO
Rappresenta il principale organo emopoietico e viene anche definito tessuto linfoide. Dopo i
primi anni di vita il midollo da rosso, emopoietico, diventa giallo per l'aumento delle cellule
adipose con conseguente perdita della funzione emopoietica. Nell'adulto il midollo osseo rosso
permane a livello dello sterno, della diploe delle ossa piatte del cranio, nelle coste, nelle vertebre,
nelle epifisi prossimali dell'omero e del femore.
Strutturalmente il midollo osseo si presenta come una rete di fibre a maglie strette con impigliate
cellule di diverso tipo e a diversi gradi di maturazione e con una complessa rete vascolare. Si
riconoscono quindi, una componente parenchimatosa,
formata da cellule stromali e cellule emopoietiche, una componente vascolare e uno stroma
reticolare.
Il midollo osseo rosso è riccamente vascolarizzato da una rete molto ramificata di vasi che si
diramano dall'arteria nutritizia. Questa entra dal canale nutritizio e si dirama per vascolarizzare
tutto l'osso fino alle epifisi.
La componente venosa invece è formata da una serie di seni collettori, cioè degli ampi capillari
con fenestrature che permettono il passaggio di globuli rossi e piastrine, i quali fanno poi
confluire il sangue al seno centrale. Sulla superficie di questi seni è anche presente, sopra la
membrana basale, uno strato di periciti, delle cellule con attività fagocitaria che impediscono il
passaggio nel circolo di cellule danneggiate.
La componente stromale di sostegno è costituita da un tessuto reticolare e un sistema reticoloistiocitario.
Il tessuto, oltre che da fibre di collagene di tipo III reticolare, è formato da cellule reticolari o
stromali, le quali: formano lo strato avventiziale dei seni venosi, hanno forma stellata, si trovano
in intima associazione con gli elementi emopoietici, sintetizzano le fibre reticolari, e regolano
l'emopoiesi stessa.
Il sistema reticolo-istiocitario, invece, comprende i macrofagi con funzione emocateretica.
Le cellule del midollo osseo sono di tre tipi: cellule endoteliali, cellule adipose e cellule
emopoietiche.
Le cellule endoteliali rivestono i seni attraverso i quali avviene il passaggio degli elementi
neoformati e presentano per questo fenestrature fino a 4 micron di diametro.
Le cellule adipose, invece, sono scarse nei primi anni e aumentano con l'età fino a formare il
midollo giallo.
Le cellule emopoietiche sono diverse e a diversi gradi di maturazione, secondo i quali seguono un
gradiente dalla superficie endosteale alla parte centrale del midollo. Il processo di emopoiesi parte
da una cellula staminale pluripotente che darà origine a tutti gli elementi figurati. Questa si divide
asimmetricamente dando origine a due tipi di cellula: cellula staminale linfoide e cellula staminale
mieloide, questa volta multipotenti, cioè con un capacità di differenziazione più ristretta. La
linfoide darà origine a linfociti T e B mentre la mieloide darà origine a eritrociti, granulociti,
macrofagi, monociti e megacariociti.
GLOBULI ROSSI
Gli eritrociti, o emazie, sono gli elementi figurati più abbondanti, arrivano infatti a 4.55.5 milioni per millimetro cubo, più abbondanti nell'uomo che nella donna; una diminuzione del
numero di eritrociti è segno di anemia mentre un aumento può essere causato da droga o eccesso
di eritropoietina che rende il sangue più denso e con rischio di ictus.
I globuli rossi hanno un diametro di circa 7 micron, sono privi di nucleo e di organuli ed hanno la
caratteristica forma di disco biconcavo, forma conveniente per il rapporto superficie/volume e
utile per il passaggio anche attraverso i capillari più sottili.
Questa forma specifica è mantenuta grazie alla complessa struttura citoscheletrica subito al di
sotto della membrana plasmatica, che comprende proteine come la glicoforina, la proteina della
banda 3, la spettina e altre. Al suo interno, l' eritrocito contiene elevate quantità di emoglobina, la
proteina responsabile del trasporto di ossigeno e che conferisce al sangue il suo colore tipico
grazie alla presenza di ioni ferro. L'emoglobina è formata da 4 catene polipeptidiche, 2 alfa e 2
beta, ciascuna contenente un gruppo prostetico eme di protoporfirina IX, costituito da quattro
anelli pirrolici con al centro un atomo di ferro al quale si legherà una molecola di ossigeno.
Il processo di maturazione del globulo rosso dura circa 4 5 giorni e prevede più tappe. Si forma
inizialmente un proeritoblasto, voluminoso, con nucleo grande, citoplasma basofilo e che va
incontro a numerose divisioni mitotiche. Si arriva a un eritoblasto basofilo, poco più piccolo
sempre con nucleo grande con cromatina condensata, citoplasma molto basofilo per l'abbondanza
di ribosomi liberi e in attiva proliferazione. La tappa successiva prevede la formazione di
eritoblasto policromatofilo, con nucleo più piccolo e citoplasma tendente all'acidofilo per
l'accumulo di emoglobina. Mano a mano che questa aumenta l'eritoblasto diventa acidofilo, con
nucleo molto piccolo e picnotico, che viene poi espulso e fagocitato dai macrofagi. La cellula
continua comunque a sintetizzare emoglobina grazie all'abbondanza di ribosomi liberi. A questo
punto la cellula, attraverso le fenestrature dei seni venosi, passa nel circolo sanguigno come
reticolocito, per poi diventare dopo poco eritrocita maturo. In numero di reticolociti nel sangue è
basso ma importante come indice approssimativo dell'attività del midollo o per verificare se ha
avuto effetto una terapia contro l'anemia. Non essendo dotati di movimento ameboide, come i
leucociti ad esempio, tutti i precursori dei globuli rossi si trovano a ridosso dei vasi in prossimità
dei pori.
Una volta maturati, i globuli rossi hanno una vita media di 120 giorni al termine dei quali
attraversano la parete delle venule post capillari e vengono fagocitati dai macrofagi, soprattutto in
quegli organi con funzione emocateretica, cioè midollo osso, fegato e milza, dove l'emoglobina
viene degradata e il ferro riciclato.
Per quanto riguarda il controllo, l'eritopoiesi è sotto regolazione dell'ormone eritropoietina,
prodotto dal rene, che agisce prima inducendo la differenziazione del proeritoblasto e la
produzione dell'mRNA per l'emoglobina e poi come agente mitogeno stimolando la
proliferazione cellulare. La sintesi di eritropoietina dipende dalla tensione di ossigeno nel sangue,
infatti aumenta in caso di ipossia provocando il conseguente aumento del numero di eritrociti.
GLOBULI BIANCHI
I globuli bianchi, o leucociti, devono il loro nome al fatto che appaiono incolori se osservati a
fresco e hanno una concentrazione di 7000/10000 per millimetro cubo. Un aumento del numero
di leucociti può essere dovuto a infezione batterica, sepsi o leucemia. In base alle caratteristiche
morfologiche e funzionali sono divisi in tre categorie: granulociti, linfociti e monociti.
Granulociti
Detti anche polimorfonucleati, sono cellule globose con diametro medio di 10-12 micron e nucleo
polilobato con cromatina addensata in blocchi congiunti da tratti più sottili. Il citoplasma è invece
abbondante e con granulazioni. In base alle diverse affinità tintoriali, distinguiamo i granulociti
neutrofili, basofili ed eosinofili.
Il precursore di tutta la linea mieloide è il mieloblasto. Questo, nel corso della maturazione, che
dura circa 12 giorni, subisce una serie di modificazioni tra cui l'accumulo di granuli nel citoplasma
e l'addensamento della cromatina del nucleo che da sferico diventa polilobato. Passa quindi da
mieloblasto a promielocito a mielocito poi metamielocito e infine granulocito maturo. Fino al
mielocito, la maturazione di eosinofili, neutrofili e basofili segue le stesse tappe, poi si differenzia
nel momento in cui compaiono le prime granulazioni specifiche. Inoltre, fino al mielocito le
cellule proliferano o si amplificano mentre dal metamielocito perdono attività mitotica e iniziano
il differenziamento e la maturazione.
Tra i fattori di crescita della linea granulocitica ricordiamo SCF, fattore delle cellule staminali,
interleuchina3 GM-CSF e G-CSF più specifica.
I granulociti neutrofili rappresentano il 50 70 % dei leucociti totali, hanno granuli piccoli e poco
colorati e nucleo intensamente colorato contenente da 2 a 5 lobi, numero che aumenta mano a
mano che la cellula invecchia. Nelle donne è possibile trovare nel nucleo il corpo di Barr, dovuto
alla eteropicnosi di uno dei due cromosomi
X. I granuli citoplasmatici sono di due tipi: primari o azzurrofili, simili ai lisosomi; granuli
secondari, contenente collagenasi e lisozima contro la parete batterica. Queste cellule sono infatti
dotate di attività fagocitaria che però per loro è letale infatti una volta fagocitato il batterio vanno
incontro ad apoptosi e sono eliminate dai macrofagi.
I granulociti eosinofili rappresentano l'1-3% dei leucociti totali, si colorano con coloranti acidi
come l'eosina. Il nucleo contiene un paio di lobi uniti da un segmento più sottile e con cromatina
eterocromatica. Durante la maturazione il nucleo diventa prima a ferro di cavallo poi bilobato,
mentre il citoplasma accumula sempre più granuli acidofili, come lisosomi o altri granuli specifici
di queste cellule, detti a chicco di caffè perché presentano al loro interno una struttura scura detta
cristalloide coinvolta nei processi di difesa contro i parassiti. Gli eosinofili, infatti, sono presenti in
piccola percentuale nel sangue ma aumentano in caso di parassitosi, e intervengono anche nel
fagocitare i complessi antigene-anticorpo.
I granulociti basofili rappresentano lo 0.5-1% dei leucociti totali, e si colorano con coloranti
basici. Hanno nucleo bilobato reniforme con cromatina concentrata. Durante la maturazione
accumulano grosse quantità di granuli basofili e metacromatici che vanno addirittura a mascherare
il nucleo. I granuli contengono eparina, istamina e altre molecole coinvolte nella reazione allergica.
I basofili infatti ci difendono dagli allergeni grazie alla presenza sulla loro membrana, dei recettori
per la regione Fc delle IgE; le cellule viaggiano con le IgE legate in superficie tra sangue e
connettivo e se entra in contatto con l'allergene in quantità sufficiente, viene inviato un segnale
nella cellula, spesso rilascio di calcio intracellulare, che induce la degranulazione. In questo modo
il contenuto dei granuli si sparge intorno alla cellula: l'istamina provoca arrossamento per
ingrossamento dei vasi mentre l'eparina rende la matrice più fluida perché è un anticoagulante.
Monociti
Rappresentano dal 3 all'8% della popolazione leucocitaria, sono cellule voluminose, con nucleo
reniforme; il citoplasma presenta granuli primari contenenti perossidasi e fosfatasi acida, e granuli
secondari assimilabili ai lisosomi. Nel midollo sono presenti promonociti, ancora immaturi con
pochi lisosomi e intensa attività mitotica. Una volta maturati a monociti vengono rilasciati in
circolo dove permangono per poche ore prima di passare nei tessuti connettivi e trasformarsi in
macrofagi. Queste sono cellule residenti del connettivo, molto voluminose con elevata attività
fagocitaria e abbondanti lisosomi.
Riguardo alla regolazione i fattori di crescita che intervengono nello sviluppo della linea
monocitica sono IL-3, prodotto dai linfociti T, IL-6, GM-CFU, fattore stimolante la colonia di
monociti e granulociti, e CSF-1 per la formazione dei macrofagi.
PIASTRINE
Sono piccoli elementi cellulari con diametro di circa 2 micron e con densità di 150.000-300.000
per millimetro cubo. Sono dei derivati della frammentazione citoplasmatica del megacariocito, una
cellula gigante derivata da endomitosi con più nuclei e superficie molto irregolare; le piastrine
sono quindi prive di nucleo e hanno una parte centrale più intensamente colorata chiamata
cromomero o granulomero e una parte periferica più chiara chiamata ialomero, priva di granuli
ma ricca di microtubuli circonferenziali che la rendono piuttosto rigida. Il granulomero invece
contiene organuli, come mitocondri, REL, accumuli di glicogeno e granuli specifici contenenti
PDGF, fattore di crescita delle piastrine, bradichinina, serotonina e altre molecole con funzioni
diverse.
Le piastrine rappresentano gli elementi fondamentali nei processi di coagulazione del sangue. Una
volta raggiunta la superficie lesionata le piastrine aderiscono molto velocemente sia al substrato
che tra di loro mediante integrine specifiche tipo α2β3; l'evento fondamentale è la conversione del
fibrinogeno, prodotto dal fegato, in fibrina: in seguito all'attivazione delle piastrine viene rilasciata
tromboplastina che converte la protrombina in trombina, l'enzima proteolitico che converte il
fibrinogeno in fibrina. La fibrina prodotta, filamentosa e insolubile, crea una fitta rete in cui
rimangono intrappolati plasma, globuli rossi e altre cellule, formando così un trombo adeso alla
parete. Il coagulo viene poi degradato dalla plasmina, derivata dal plasminogeno.
La produzione di piastrine è regolata dalla trombopoietina, prodotta dal fegato, e una volta
maturate hanno vita media di 10 giorni. Una carenza piastrinica nel sangue può provocare
emorragie interne.
LINFOCITI
Rappresentano dal 20 al 30% dei leucociti totali. Hanno nucleo inattivo, tondo ed eterocromatico
con pochissimo citoplasma intorno. Sono le cellule effettrici della risposta immunitaria perciò
pattugliano tutto l'organismo spostandosi attraverso il sangue e passando ai vari organi e ai tessuti
linfoidi. In base alle dimensioni, si distinguono i piccoli linfociti dai grandi linfociti: i piccoli
linfociti, inattivi e con scarso citoplasma, vengono attivati in seguito a infezione o altri eventi che
ne necessitano l'intervento, aumentano di volume e diventano grandi linfociti, attivi ma meno
numerosi, fino a diventare poi plasmacellule, secernenti anticorpi.
Esistono due classi di linfociti, B e T, che risultano indistinguibili se quiescenti mentre si
riconoscono se sono in attività. Il linfocita B ha reticolo endoplasmatico rugoso e apparato di
Golgi molto sviluppati con cisterne ammassate strettamente e parallelamente tra loro, il
citoplasma è basofilo per l'abbondanza di ribosomi mentre il nucleo è detto a ruota di carro
perché la cromatina confluisce verso il centro sottoforma di raggi. Il linfocita T, invece, ha nucleo
con cromatina dispersa e organuli abbondanti ma non tanto quanto quelli del B perché produce
meno proteine di secrezione. I due tipi di linfociti differiscono anche per i diversi recettori di
membrana: il T-cell receptor, espresso dai LT è un recettore dimerico che recluta altri fattori
citosolici e transmembrana; il B-cell receptor, espresso dai LB, è un anticorpo espresso in migliaia
di copie che riconoscono tutte lo stesso antigene.
Le cellule B e T sono entrambe attivate dall'antigene a proliferare e a maturare come cellule
effettrici. Le cellule B effettrici secernono anticorpi, e nella loro forma più matura, chiamata
plasmacellula, sono piene di RER. Le cellule T effettrici non secernono anticorpi e si distinguono
in due classi: T-helper e T-citotossiche. Le citotossiche uccidono cellule infettate mentre le helper
aiutano ad attivare linfociti B, macrofagi e T citotossiche, secernendo una varietà di proteine di
segnalazione, le citochine, che agiscono da mediatori locali.
Linfopoiesi
La produzione di linfociti avviene nel midollo osseo a partire da un elemento staminale
pluripotente della linea linfoide, la quale si differenzierà in T e B. In entrambi i casi, le cellule
termineranno un primo sviluppo antigene indipendente nei rispettivi organi linfoidi primari, e
successivamente migreranno negli organi linfoidi secondari dove avverrà lo sviluppo antigene
dipendente. Durante lo sviluppo antigene indipendente le popolazioni di linfociti immaturi
differenziano in un elevatissimo numero di cloni di tutti i tipi, ognuno caratterizzato dalla
presenza di uno specifico recettore di membrana, immunoglobulina o TCR. Vengono invece
eliminati i cloni che hanno sviluppato recettori contro gli antigeni self, cioè dell'organismo stesso.
Una volta terminata questa prima maturazione, i linfociti vengono rilasciati nel circolo sanguigno
e raggiungono gli organi linfoidi secondari.
L'organo linfoide primario dei linfociti T è il timo, da cui prendono il nome, organo transitorio in
quanto presente nei bambini ma poi regredisce dopo l'adolescenza diventando tessuto adiposo
negli adulti. Si trova a livello del mediastino, ed e circondato da una capsula esterna che invia setti
connettivali all'interno dividendo il parenchima in lobi; ogni lobo ha una regione chiara centrale e
una scura periferica. Nella zona chiara ci sono i corpuscoli di Hassal, che contribuiscono a creare
il microambiente per lo sviluppo delle cellule, che qui appaiono più grandi e con citoplasma
chiaro. Perifericamente ci sono linfociti meno maturi, più piccoli e fittamente addensati tra di
loro.
L'organo linfoide primario dei linfociti B, invece, è lo stesso midollo osseo.
Una volta maturati linfociti T e B passano attraverso il circolo sanguigno, agli organi linfoidi
secondari, o periferici, rappresentati da adenoidi, tonsille, milza, appendice vermiforme, linfonodi
e noduli linfatici degli organi interni.
La milza e i linfonodi rappresentano gli organi linfoidi principali: la milza è composta dalla
cosiddetta polpa bianca, formata da placche di linfociti, e polpa rossa, ricca di globuli rossi. Oltre
alla funzione linfoide, quest'organo ha anche attività emocateretica e emopoietica transitoria, tutte
comunque non essenziali. I linfonodi, invece, si trovano intercalati lungo il sistema linfatico come
strutture indipendenti di diametro massimo di mezzo centimetro. Sono circondati da una capsula
che invia setti all'interno e divide il linfonodo in lobi. Nella struttura interna si riconoscono una
zona corticale, in cui sono concentrati i noduli linfatici, e una zona midollare in cui sono
concentrati i vasi linfatici. Attraverso il suo ilo fuoriesce il vaso linfatico efferente mentre quello
afferente è presente lungo il dorso della capsula. La linfa penetra nel linfonodo dal seno
sottomarginale e viene filtrata mentre scorre dalla corticale alla midollare in cui si originano i vasi
efferenti.
Altro tessuto linfoide si trova sparso nelle tonache proprie delle pareti di tutti gli altri organi, ma
può trovarsi concentrato nelle zone in cui svolge al massimo la sua funzione a formare dei noduli
linfatici. Ne sono esempio le placche di Peyer, cioè noduli linfatici in sequenza nell'ileo;
l'appendice vermiforme, la protuberanza dell'intestino crasso, ricca di noduli linfatici; le tonsille
palatine, addensati di noduli linfatici nella parte profonda del cavo orale. Da notare come tutti
questi noduli siano concentrati soprattutto a livello degli apparati digerente e respiratorio, quelli
cioè maggiormente esposti all'ingresso di patogeni.
IMMUNITA'
La risposta immunitaria è quella serie di meccanismi che il nostro organismo attiva per difendersi
dagli antigeni, cioè quelle sostanze riconosciute come estranee dal sistema immunitario. Gli
antigeni possono essere non solo virus, batteri o parassiti ma anche cellule derivate da trapianti o
trasfusioni. Esistono due tipi di immunità, umorale, ad opera dei linfociti B e cellulo-mediata, ad
opera dei linfociti T.
Una delle caratteristiche principali del nostro sistema immunitario è che teoricamente potrebbe
rispondere a milioni di antigeni diversi in modo specifico. Secondo la teoria della selezione clonale
quando entriamo a contatto con un antigene, tra i milioni di linfociti disponibili, viene selezionato
quello specifico per quell'antigene, riconosciuto
tramite il suo recettore di membrana. Una volta selezionato, il linfocita prolifera e matura
generando una famiglia di cloni specifici tutti con lo stesso recettore per l'antigene in questione.
Di tutto l'antigene quelle regioni che si combinano col sito di legame dell'anticorpo o del recettore
sono dette determinanti antigenici o epitopi. Se un certo anticorpo è in grado di riconoscere un
solo determinante antigenico dell'antigene, è detto monoclonale, mentre se riconosce epitopi
diversi dello stesso antigene è detto policlonale.
Il sistema immunitario,oltre che riconoscere e rispondere specificamente a tutte le sostanze
estranee, deve anche evitare di rispondere alle molecole prodotte dal nostro stesso organismo: si
parla in questo caso di tolleranza immunologica. Questa comincia negli organi linfoidi primari
durante lo sviluppo del sistema immunitario quando i linfociti che tendono a riconoscere sostanze
self, vengono indotte all' apoptosi prima di essere attivati dal legame con l'autoantigene. Se questa
tolleranza viene meno i linfociti tendono a reagire contro gli antigeni dei nostri tessuti
provocando le malattie autoimmuni. Esiste anche un tipo di tolleranza immunologica acquisita
dimostrabile con esperimenti di trapianto nei topi: se ad un topo neonato vengono introdotte
cellule di un altro topo, il trapianto viene tollerato perché le cellule trapiantate vengono
riconosciute come proprie.
Immunità umorale
L'immunità umorale coinvolge principalmente i linfociti B che una volta attivati dal legame con
l'antigene maturano in linfoblasti e poi plasmacellule e secernono elevate quantità di anticorpi.
Gli anticorpi, o immunoglobuline, sono tra le proteine del sangue più abbondanti, e sono prodotti
solo dai linfociti B in miliardi di forme diverse, tutti con il sito di legame per lo stesso antigene,
cioè ogni immunoglobulina prodotta da una stessa cellula B riconoscerà lo stesso antigene. Le
prime immunoglobuline prodotte non sono solubili ma rimangono sulla superficie della cellula
come recettori per il primo incontro con l'antigene. Una volta che l'antigene viene riconosciuto e
legato dal linfocita cosiddetto vergine, cioè che non aveva mai incontrato quell'antigene, la cellula
prolifera e si differenzia o in cellula effettrice, cioè plasmacellula oppure in cellula della memoria.
Si parla in questo caso di risposta immunitaria primaria in cui ci sarà un primo periodo di latenza,
poi un picco di risposta massima e poi una fase di decadenza, tutto entro 40 giorni. In seguito ad
una seconda esposizione allo stesso antigene, si scatenerà la risposta immunitaria secondaria in cui
intervengono le cellule della memoria, molto numerose, che velocemente diventano effettrici e
terminano la risposta in un tempo più breve. Questo è anche il principio base dei vaccini, in cui le
dosi di richiamo simulano una risposta immunitaria secondaria.
Ogni anticorpo è una molecola a forma di Y con due siti di legame per l'antigene identici, uno
sulla punta di ciascun braccio della Y. La distanza fra i due siti di legame è resa variabile grazie ad
una regione cerniera flessibile presente alla base dei due bracci che permette allo stesso anticorpo
di legare due determinanti antigenici dello stesso antigene o di antigeni diversi, sempre uguali tra
loro, permettendo anche la formazione di un grande reticolo che può essere fagocitato poi dai
macrofagi.
Ogni immunoglobulina è formata da due catene pesanti identiche e due catene leggere identiche
tenute insieme da ponti disolfuro e collegate al braccio lungo della Y chiamato regione Fc. Ogni
catena è composta da segmenti ripetuti contenenti un ponte disolfuro intracatena che forma un
loop, ciascun loop è un dominio immunoglobulinico. Sia le catene leggere che le catene pesanti
inoltre, hanno una sequenza costante alla loro estremità C-terminale, e una sequenza variabile
all'estremità N-terminale, lunghe tutte circa 110 aa tranne la regione costante della
catena pesante, tre quattro volte più lunga. All'interno poi di ciascuna regione variabile, ci sono tre
piccole regioni ipervariabili, che insieme, tra catena pesante e catena leggera, formeranno il sito di
legame per il determinante antigenico.
Nei mammiferi esistono cinque classi di anticorpi: IgA, IgD, IgE, IgG, e IgM.
IgM: è la prima classe di anticorpi prodotta da una cellula B in via di sviluppo nonché i primi ad
essere secreti in una risposta immunitaria primaria. Non agiscono singolarmente ma si uniscono
in complessi di 5 unità tenute insieme da ponti disolfuro e peptidi di legame detti catene J. Anche
il legame di un solo antigene può scatenare l'attivazione delle proteine del complemento. Un
complesso così voluminoso non è in grado di passare al feto attraverso la placenta.
IgG: sono prodotte come monomeri in grandi quantità durante la risposta secondaria. Attivano il
complemento e si legano a recettori per l'Fc su macrofagi e neutrofili, che così fagocitano i
microrganismi precedentemente ricoperti da questi anticorpi. Sono inoltre gli unici anticorpi che
riescono a passare dalla mamma al feto attraverso la placenta, sempre mediante i recettori per l'Fc,
ma anche mediante il latte.
IgA: sono la classe di anticorpi più abbondanti nelle secrezioni come saliva, lacrime, latte ecc, e si
accumulano nel lume degli organi cavi dove si trovano sottoforma di dimeri a otto catene in cui i
due monomeri sono tenuti insieme da un peptide J e un componente secretorio. Questi anticorpi
sono prodotti dalle plasmacellule nella tonaca propria e poi trasportati nel lume per transcitosi da
parte delle cellule epiteliali.
IgE: si legano a recettori specifici su basofili e mastociti stimolandone la degranulazione, cioè il
rilascio dei loro granuli di istamina e eparina.
IgD: si trovano maggiormente legate sulla superficie dei linfociti B e meno come proteine solubili.
Immunità mediata da cellule
Con l'immunità mediata da cellule combattiamo gli antigeni mediante i linfociti T, i quali possono
agire o aiutando altre cellule a rispondere all'infezione, nel caso dei T helper, o eliminando
direttamente i patogeni che risiedono in altre cellule, in caso dei T citotossici.
A differenza delle cellule B, le T sono indotte a proliferare e a diventare cellule effettrici solo
quando incontrano un antigene sulla superficie delle APC, cioè le cellule presentanti l'antigene, in
un organo linfoide secondario. Inoltre, i linfociti T non riconoscono l'antigene intatto, ma
frammenti di antigeni degradati dentro le APC e poi portate in superficie tramite glicoproteine
transmembrana specifiche chiamate proteine MHC, codificate da un complesso di geni chiamato
complesso maggiore di istocompatibilità. Esistono due tipi di proteine MHC, quelle di classe I e
quelle di classe II: le MHC di classe I sono presenti su tutte le cellule e sono costituite da una
catena transmembrana monopasso più una β2microglobulina estrinseca extracellulare; queste
sono riconosciute dai linfociti T citotossici. Le MHC di classe II si trovano solo sulla superficie
delle cellule dell'immunità e sono formate da due proteine dimeriche unite da un ponte disolfuro;
queste sono invece riconosciute dai T helper.
Una volta esposto sulla superficie dell'APC, il frammento di antigene viene riconosciuto dal
linfocita grazie al suo recettore, simile ad un anticorpo, composto da due catene polipeptidiche α e
β tenute insieme da un ponte disolfuro, ciascuna contenente un dominio costante e uno variabile.
Sul versante intracellulare questi recettori sono collegati a un insieme di proteine coinvolte nella
trasduzione del segnale.
L'attivazione del linfocita e quindi l'inizio della risposta immunitaria avviene ad opera delle cellule
che presentano l'antigene negli organi linfoidi secondari, queste sono: cellule dendritiche,
macrofagi e cellule B. Le cellule dendritiche immature si trovano in tutti i tessuti dell'organismo,
una volta che incontrano il patogeno, lo endocitano, migrano attraverso la linfa nei linfonodi dove
mostrano sulla loro superficie i frammenti dell'antigene attraverso le MHC. Oltre a queste
proteine, sulla superficie delle cellule dendritiche e delle altre cellule che presentano l'antigene, ci
sono anche delle proteine costimolatrici che si legano a recettori complementari sulle cellule T, e
proteine di adesione cellula-cellula che potenziano il legame col linfocita. Le proteine
costimolatrici sono necessarie in quanto l'affinità di legame tra il recettore per l'antigene e la
proteina MHC è troppo debole per mediare l'interazione funzionale.
Occorrono quindi dei recettori accessori che aiutano a rafforzare il legame. Questi corecettori
sono le proteine CD4 e CD8 entrambe transmembrana monopasso. CD4 è espresso sulle cellule
T helper e si lega all' MHC di classe II mentre CD8 è espresso dai T citotossici e riconosce l'
MHC di classe I.
Linfociti T citotossici
I linfociti T citotossici intervengono per eliminare le cellule infettate da virus. All'interno della
cellula le proteine virali saranno sintetizzate nel citoplasma e poi captate dal proteasoma che le
degrada. Tra i vari frammenti di proteina degradata ci sarà anche il determinante antigenico che
verrà trasportato all'interno del reticolo endoplasmatico rugoso, dove è in corso la sintesi della
proteina MHC di classe I. Si formeranno quindi delle vescicole che passeranno nel Golgi per poi
arrivare sulla superficie cellulare. A questo punto, la proteina MHC con l'antigene legato sarà
riconosciuta e legata dal T cell receptor del linfocita, con l'intervento di CD8 che rafforza il
legame.
Linfociti T helper
I linfociti T helper interagiscono con le cellule che presentano l'antigene, come macrofagi, cellule
dendritiche e cellule B, su cui è espressa la proteina MHC di classe
II. Quando una di queste cellule avrà endocitato un antigene proteico, questo si troverà nel
citoplasma all'interno di un endosoma precoce che poi si fonderà con una vescicola proveniente
dal Golgi e contenente la proteina MHC. L'endosoma tardivo così formato si fonderà ad un
lisosoma i cui enzimi idrolitici degraderanno l'antigene lasciando solo il determinante antigenico
legato alla proteina MHC. Questo complesso viene poi inviato in membrana e riconosciuto dai
TCR del linfocita e legato grazie alla proteina CD4. Questo è il segnale 1, di per sé non sufficiente
ad attivare la cellula T. Il secondo segnale tra linfocita Th e cellula che presenta l'antigene è
rappresentato dal legame tra CD28 sul linfocita con B7 sulla cellula dendritica oppure tra CD40
ligand sul linfocita e CD40 sulla cellula B. Questo secondo segnale amplifica il processo di
segnalazione intracellulare scatenato dal segnale 1 ed è indispensabile per l'attivazione della cellula
perché una cellula T che riceve il segnale 1 ma non il segnale 2 va incontro ad apoptosi o
inattivazione. Le azioni combinate dei due segnali stimolano la cellula a proliferare e differenziarsi
in cellula effettrice inducendo la cellula a secernere interleuchina 2 e a sintetizzare
contemporaneamente i recettori di superficie che la legano. Questo segnale autocrino attiva le vie
di segnalazione intracellulare che portano all'attivazione della cellula T in effettrice.
TESSUTO MUSCOLARE
Il tessuto muscolare è responsabile del movimento volontario e involontario di organi e apparati.
Nei vertebrati esistono tre categorie di muscoli: il tessuto muscolare liscio,
di tipo involontario, origina dalla splancnopleura ed è responsabile della motilità della parete dei
visceri e dei vasi; il tessuto muscolare striato scheletrico, volontario, origina dai somiti ed è
responsabile del movimento dei muscoli scheletrici e della locomozione; il tessuto muscolare
striato cardiaco, involontario, origina anch'esso dalla splancnopleura e costituisce la struttura
contrattile del miocardio. Si tratta in ogni caso di un tessuto contrattile formato da cellule
appartenenti alla categoria delle cellule eccitabili insieme ai neuroni, con un potenziale di
membrana a riposo compreso tra -70 e -80 mV.
TESSUTO MUSCOLARE STRIATO SCHELETRICO
Il tessuto muscolare scheletrico è governato dal sistema nervoso volontario. Origina dalla parte
centrale del mesoderma, dove si formerà la notocorda che farà da stampo alla colonna vertebrale.
Ai due lati della notocorda si formeranno 43 paia di somiti che daranno origine a derma, muscolo
scheletrico e ossa, rispettivamente da dermatomo, miotomo e sclerotomo.
Organizzazione strutturale
Il tessuto muscolare scheletrico è formato da un insieme di fibre muscolari, cioè dei sincizi
polinucleati allungati di forma grossolanamente cilindrica con spessore variabile tra 10 e 100
micron, che originano dalla fusione di più mioblasti, i precursori mononucleati. Nella maggior
parte dei muscoli, i nuclei, il cui numero dipende dalla grandezza della fibra, si trovano localizzati
alla periferia della fibra, subito al di sotto del sarcolemma, cioè la membrana plasmatica.
All'interno del sarcoplasma si trovano numerosi apparati di golgi, mitocondri e un reticolo
sarcoplasmatico, corrispondente al reticolo endoplasmatico liscio; il sarcoplasma contiene anche
gocce lipidiche, particelle di glicogeno e mioglobina contenente ferro e responsabile del colore
rosso del muscolo, che ha la funzione di immagazzinare ossigeno e cederlo durante la contrazione
muscolare. Il sarcolemma è poi avvolto da una membrana basale spessa circa 100 nm e PAS
positiva.
Ogni muscolo del corpo è avvolto dall' epimisio, una lamina connettivale che si continua col
tendine. Dall' epimisio partono dei setti connettivali che vanno ad avvolgere ogni singolo fascio di
fibre formando il perimisio. Dal perimisio originano piccoli setti di connettivo reticolare che
circondano ciascuna fibra muscolare e costituiscono l'endomisio. Ciascun muscolo è inoltre
riccamente innervato e vascolarizzato da nervi e vasi che si ramificano seguendo i setti
connettivali interni.
Il sarcomero
Ogni fibra muscolare presenta come carattere distintivo una striatura trasversale molto regolare
dovuta all'alternanza di bande rifrangenti e bande meno rifrangenti al microscopio. Questa
striatura è dovuta alla presenza dei fasci di miofibrille, cioè strutture citoscheletriche fittamente
stipate nel sarcoplasma, parallele tra loro e disposte secondo l'asse longitudinale della fibra; ogni
miofibrilla presenta la stessa striatura trasversale dovuta all'alternanza di bande scure molto
colorabili e bande chiare scarsamente colorabili, chiamate rispettivamente banda A e banda I.
Ogni banda A ha centralmente una zona più chiara detta banda H attraversata da una linea M più
scura. Ogni banda I, invece, è attraversata da una linea trasversale più scura detta linea Z. La
porzione di miofibrilla compresa tra due linee Z è detta sarcomero e rappresenta l'unità
funzionale e strutturale della miofibrilla. Ogni sarcomero comprende quindi due semibande I
laterali e una banda A centrale. Più sarcomeri si succedono uno dopo l'altro e senza interruzioni in
ciascuna fibrilla.
Alla base dell'alternanza di bande chiare e scure della miofibrilla, c'è la differenza dei miofilamenti
che compongono il sarcomero: ci sono miofilamenti spessi composti principalmente da miosina
con spessore di circa 15 nm, e miofilamenti sottili, di circa
5 nm di spessore e composti principalmente da actina. I filamenti spessi occupano l'intera banda
A, sono paralleli tra loro e risultano più spessi nella parte centrale dove sono collegati da ponti
trasversali di congiunzione che formano la linea scura M. I filamenti sottili, invece, partono da
ciascuna linea Z e si estendono per tutta la semibanda I penetrando per un certo tratto nella
banda A, interdigitandosi con i filamenti spessi; in particolare, ciascun filamento spesso è
circondato da sei filamenti sottili disposti ai vertici di un esagono. La parte centrale della banda A
non invasa dai filamenti sottili costituisce la banda H, il cui spessore dipende dal grado di
contrazione del muscolo. A questo punto è chiara la natura della striatura trasversale: l'aspetto
chiaro della banda I è dovuto alla presenza dei soli filamenti sottili; l'aspetto scuro delle porzioni
esterne della banda A è dovuto alla presenza di entrambi i filamenti, mentre il colore intermedio
della banda H è dovuta alla sola presenza dei filamenti spessi.
Ogni molecola di miosina II, tipica del muscolo striato, è composta da una coda allungata e due
teste globose alle estremità. La molecola è un esamero composto da due subunità pesanti uguali
tra loro che formano la coda e parte delle teste, e quattro subunità leggere uguali a due a due che
formano le teste. Un fascio di molecole di miosina parallele tra loro, compone un miofilamento
spesso. Le molecole sono disposte con le code verso il centro del filamento mentre le teste
risultano avere polarità opposta nel senso che saranno per metà rivolte verso un'estremità della
banda A e per metà verso l'altra estremità non allineate tra loro ma sfasate di circa 14 nm l'una
dall'altra.
I miofilamenti di miosina sono associati a proteine accessorie, importanti per mantenerli nella
giusta posizione: a livello della linea M è presente la schelemina mentre la titina lega i filamenti
spessi al disco Z e risulta associata alla proteina C che invece lega la miosina trasversalmente.
I miofilamenti sottili sono formati principalmente da molecole di actina, associate alle proteine
regolative tropomiosina e troponina. I filamenti di F-actina, composti da subunità globulari di Gactina, si associano come dimero a formare un'elica destrorsa. Anche i filamenti di actina sono
polarizzati, con un polo positivo e uno negativo, e si dispongono in modo da avere polarità
opposta nelle due metà di sarcomero: i filamenti che partono dalle due linee Z sono orientati
verso il centro del sarcomero uno contro l'altro.
Associate all' actina ci sono la tropomiosina e la troponina: la tropomiosina è una proteina
filamentosa formata da due subunità alfa e beta, nello scheletrico, associate coda-coda e disposte
nella doccia compresa tra i due filamenti di actina. La troponina, invece, è un trimero che si
associa ad intervalli regolari tra actina e tropomiosina.
A livello della linea Z i filamenti sottili dei sarcomeri adiacenti, con orientazione antiparallela,
sono tenuti insieme grazie alla alfa-actinina e cap Z mentre sul l'altro versante, i filamenti di actina,
essendo molto dinamici, necessitano di un cappuccio di tropomodulina che li rende più stabili.
Infine, altre proteine accessorie presenti a livello delle fibrille sono la nebulina, associata ai
filamenti sottili, la sinemina, presente nel disco Z, e la distrofina, associata al sarcolemma, che se
mutata porta distrofia muscolare.
Meccanismo di contrazione
Il meccanismo di contrazione muscolare si basa sullo scivolamento dei miofilamenti sottili su
quelli spessi verso il centro del sarcomero con conseguente riduzione dell'ampiezza delle due
semibande I e della banda H, avvicinamento delle linee Z e accorciamento di tutto il sarcomero.
Questo è possibile grazie al fatto che sia i
filamenti spessi che quelli sottili hanno polarità opposta nelle due metà del sarcomero.
L'energia necessaria per lo scorrimento è fornita dall'idrolisi di molecole di ATP ad opera di una
ATPasi presente sulla testa della miosina, oltre al sito di riconoscimento per la miosina. Quando è
presente, l'ATP si lega ad un sito particolare della testa di miosina e viene poi idrolizzato dalla
ATPasi ad ADP; l'energia di idrolisi viene utilizzata per cambiare l'angolo della testa miosinica
fino a 90°. Successivamente, quando arriva un impulso nervoso, viene liberato calcio intracellulare
che sale fino a una concentrazione di circa 1 micromolare e provoca l'attivazione della troponina
C, la quale sposta la tropomiosina facendo scoprire i siti di legame dell' actina. Una volta legata
all'actina, la miosina rilascia l'energia immagazzinata precedentemente e flette la testa
trascinando il filamento di actina verso il centro del sarcomero, poi si stacca e si forma un nuovo
complesso miosina-ATP pronto per un nuovo ciclo. Il tutto avviene in modo antiparallelo ai due
lati del sarcomero. Quando manca ATP la miosina rimane agganciata all'actina, provocando
rigidità muscolare, e questo è alla base del rigor mortis.
La fibra muscolare si contrae quando arriva un impulso tramite l'assone di una fibra nervosa
motoria. L'impulso passa dal neurone alla cellula muscolare tramite la sinapsi neuromuscolare, o
placca motrice, attraverso cui viene rilasciata acetilcolina, il neurotrasmettitore della muscolatura
striata scheletrica. L' acetilcolina rilasciata dal neurone, viene legata dal recettore acetilcolinico
sulla superficie del sarcolemma, rappresentato da un canale del sodio che viene così aperto
permettendo l'ingresso di ioni sodio. In questo modo, la membrana muscolare depolarizza,
passando da un potenziale di risposo di circa -70 mV a un potenziale d'azione positivo.
Il calcio che interviene nel processo di contrazione muscolare è immagazzinato all'interno del
reticolo sarcoplasmatico, corrispondente al reticolo endoplasmatico liscio, e formato da un
sistema continuo di cisterne tubulari dette sarcotubuli, organizzati intorno a ciascuna miofibrilla.
In corrispondenza del limite tra la banda A e la banda I il sarcolemma si invagina profondamente
formando il tubulo T, cioè un canale che entra trasversalmente nella cellula e prende contatti col
reticolo sarcoplasmatico. Questo si organizza come un'ampia cisterna periferica associata al tubulo
T da cui partono dei sarcotubuli trasversali che si anastomizzano con quelli provenienti dal tubulo
successivo, rendendo il lume del reticolo continuo. Il lume del tubulo, invece, comunica con lo
spazio extracellulare. Il tubulo T forma con le due cisterne terminali adiacenti la cosiddetta triade
del reticolo.
Sulla membrana del reticolo sono presenti proteine intrinseche ed estrinseche che ne regolano le
funzioni. È presente una ATPasi che funge da pompa per accumulare ioni calcio all'interno delle
cisterne, mentre il rilascio del calcio è mediato da un complesso molecolare che funzione insieme
da recettore e da canale, il recettore rianodinico, che viene attivato ed aperto in seguito all'arrivo
dell'impulso nervoso. In particolare, il recettore rianodinico viene legato e mantenuto chiuso dal
recettore diidropiridinico, voltaggio dipendente, presente sulla superficie del tubulo T; quando
arriva l'impulso, la membrana del tubulo depolarizza, questo recettore cambia forma e modifica il
recettore per la rianodina provocando il rilascio di calcio nel sarcoplasma e quindi la contrazione.
Terminato l'impulso nervoso, gli ioni calcio vengono sequestrati di nuovo nel reticolo da parte
delle pompe ATP dipendenti e questo fa terminare la contrazione e rilassare la fibra. Il calcio è
mantenuto all'interno del reticolo grazie a calcium binding proteins come la calsequestrina.
Ovviamente per tutto il processo sono necessarie elevate quantità di energia, immagazzinata nella
cellula sottoforma di granuli di glicogeno e goccioline lipidiche, nonché di ossigeno, depositato
nella mioglobina.
TESSUTO MUSCOLARE STRIATO CARDIACO
Il tessuto muscolare cardiaco, o miocardio, presenta importanti analogie sia con il tessuto
muscolare liscio che col tessuto scheletrico: come il liscio, è involontario, quindi non si contrae
seconda la nostra volontà, ed origina dalla splancnopleura, cioè la parte periferica del mesoderma.
Come il tessuto muscolare scheletrico, il miocardio è striato e presenta un'organizzazione
sarcomerica sostanzialmente simile alla fibra scheletrica, con la differenza che i fasci di
miofilamenti non sono organizzati in miofibrille distinte. Le cellule che lo compongono, inoltre,
non sono sincizi ma cellule mononucleate, allungate, con abbondantissimi mitocondri e nucleo
centrale, che prendono il nome di cardiomioci.
Un cardiomiocita e quello adiacente sono connessi tra loro tramite un complesso di giunzione
detto disco intercalare o stria scalariforme. Questo è organizzato con una porzione trasversale che
unisce le cellule termino-terminalmente, e una porzione longitudinale che le unisce laterolateralmente. Nella porzione trasversale abbondano i desmosomi per la coesione tra le cellule
mentre nella porzione longitudinale sono presenti estese giunzioni gap attraverso cui passa lo
stimolo per la contrazione.
Questo accoppiamento elettrico tra le cellule adiacenti e la conseguente diffusione dell'impulso a
tutto il tessuto, rendono il miocardio un sincizio funzionale.
L'impulso per la contrazione parte spontaneamente da cellule muscolari modificate che
compongono il tessuto di conduzione e poi si propaga agli altri cardiomiociti. In particolare il
l'impulso parte spontaneamente dal nodo seno-atriale senza intervento del sistema nervoso
autonomo, che invece interviene solo per regolarne la frequenza. Dal nodo seno-atriale l'impulso
si propaga al nodo atrio-ventricolare e quindi al fascio di His, per poi distribuirsi ai due ventricoli.
TESSUTO MUSCOLARE LISCIO
Il tessuto muscolare liscio costituisce la muscolatura dei visceri e dei vasi sanguigni, la cui
contrazione è involontaria; è formato da fibrocellule allungate e fusiformi, con nucleo centrale e
prive di striatura trasversale, che si uniscono strettamente tra loro a formare uno strato compatto.
Nel loro citoplasma sono ricchissime di miofibrille che si accumulano a formare dei corpi densi
citoplasmatici, assimilabili ai dischi Z dello striato. Le miofibrille in questo caso non sono disposte
in modo regolare come nel muscolare scheletrico ma sono sparse in tutte le direzioni e mancano
quindi della striatura trasversale.
La contrazione di queste cellule avviene grazie ad un complesso apparato citoscheletrico
agganciato alla membrana plasmatica e formato principalmente da miosinaI e actina. Quando
arriva un impulso dal sistema nervoso autonomo, miosina e actina si contraggono trascinando la
membrana plasmatica e facendo diventare la cellula da fusata a piccola e tondeggiante.
TESSUTO NERVOSO
Il tessuto nervoso è costituito da cellule nervose, o neuroni, che rappresentano le unità strutturali
e funzionali del sistema nervoso, attraverso cui riceviamo, elaboriamo e trasmettiamo stimoli
interni ed esterni. Oltre ai neuroni, il tessuto contiene un'altra classe di cellule, le cellule della glia,
o globalmente nervoglia, che hanno funzioni di supporto strutturale e funzionale rispetto ai
neuroni. C'è inoltre scarsa matrice ma abbondante vascolarizzazione per rifornire continuamente
di ossigeno i neuroni, sempre molto attivi.
Il sistema nervoso può essere suddiviso in sistema nervoso centrale e sistema nervoso periferico.
Il sistema nervoso centrale è formato dall'encefalo, racchiuso e protetto dalla scatola cranica, e dal
midollo spinale, localizzato nel canale vertebrale, formato dalla sovrapposizione delle cavità della
colonna vertebrale. Da un punto di vista istologico, il SNC è formato da due aree
morfologicamente distinte: la sostanza grigia che non è altro che un accumulo di pirenofori con i
loro dendriti, e la sostanza bianca, rappresentata dagli assoni provenienti dalla sostanza grigia,
ricoperti da mielina che da loro il colore bianco splendente. La disposizione tra le due varia a
seconda delle regioni: nell'encefalo e nel cervelletto la sostanza grigia si dispone perifericamente a
formare la corteccia cerebrale e nelle zone più profonde sottoforma di nuclei encefalici; la
sostanza bianca invece si accumula centralmente. Al contrario, nel midollo spinale la sostanza
bianca è periferica mentre quella grigia è centrale.
Integrato nel SNC c'è il sistema nervoso autonomo, che controlla la motilità viscerale, agendo
sulla muscolatura liscia e cardiaca, e la secrezione ghiandolare. È suddiviso in due categorie, il
sistema nervoso simpatico e quello parasimpatico, reciproci tra di loro: dove uno stimola l'altro
inibisce, senza però una regola precisa, ad esempio nel tessuto cardiaco il simpatico stimola il
battito mentre il parasimpatico lo rallenta.
I nervi cranici e spinali e le loro ramificazioni, attraverso cui il SNC comunica con la componente
somatica e viscerale, compongono il sistema nervoso periferico.
I nervi spinali sono connessi al midollo spinale tramite una radice dorsale o posteriore e una
ventrale o anteriore della sostanza grigia. La radice dorsale è formata da neuroni di senso che
formano fibre afferenti dalla periferia all'encefalo e i cui pirenofori sono localizzati fuori del
midollo, nel ganglio spinale. Il prolungamento del pirenoforo nel ganglio, dopo un breve tratto si
biforca in un ramo periferico che riceve stimoli sensitivi dalla periferia e li conduce verso l'interno,
e un ramo centrale che conduce gli impulsi verso il midollo. Sia il ramo periferico che quello
centrale sono morfologicamente indistinguibili da un assone anche se il periferico si comporta
funzionalmente come un dendrite. La radice ventrale del midollo spinale, invece, contiene gli
assoni dei neuroni di moto che daranno origine alle vie efferenti; questi hanno il corpo cellulare
nelle corna anteriori del midollo e conducono l'impulso distalmente verso una fibra muscolare.
NEURONI
Il neurone è la cellula del tessuto nervoso deputata alla ricezione, elaborazione e risposta degli
stimoli provenienti dall'ambiente esterno. È una cellula molto specifica, dotata di un corpo
cellulare o pirenoforo, contenente il nucleo e il citoplasma circostante, e una serie di
prolungamenti appartenenti a due tipi: i dendriti, che insieme al pirenoforo ricevono gli stimoli
provenienti dall'ambiente esterno o da altri neuroni e li trasformano in impulsi nervosi; e l'assone,
che trasmette l'impulso distalmente rispetto al corpo cellulare. Mediante questi prolungamenti, i
neuroni formano tra loro una fitta rete neuronale che li unisce anatomicamente e funzionalmente
mediante le sinapsi, strutture specializzate a trasmettere e ricevere un impulso da un neurone
all'altro. Attraverso queste sinapsi un singolo neurone prende contatti con centinaia di altri
neuroni ma anche con le cellule degli organi effettori, che possono essere epiteliali, muscolari,
connettivali ecc.
I neuroni possono essere classificati in base a due criteri fondamentali: la forma del pirenoforo e
la lunghezza dell'assone.
In base alla forma del pirenoforo i neuroni sono classificati in multipolari, con molti dendriti e un
assone solo; bipolari, con un dendrite e un assone; unipolari, con solamente un assone; e infine
pseudounipolari, con un solo prolungamento di cui una porzione funge da dendrite e una da
assone. La maggior parte dei neuroni sono multipolari, con molti dendriti che emergono da vari
punti del pirenoforo, e organizzati in modi diversi, o tutti intorno o tutti verso l'alto.
In base alla lunghezza dell'assone, i neuroni si distinguono in: neuroni del primo tipo di Golgi, e
del secondo tipo di Golgi, così chiamati in onore di Camillo Golgi che ideò il metodo di
colorazione per mettere bene in evidenza i neuroni con tutti i loro prolungamenti. I neuroni del
primo tipo di Golgi hanno assoni lunghi che escono dalla sostanza grigia ed entrano nella
sostanza bianca; mentre i neuroni del secondo tipo di Golgi hanno assoni corti che rimangono
nella sostanza grigia.
Un esempio caratteristico di neuroni multipolari sono le cellule del Purkinje. Queste formano lo
strato intermedio della corteccia cerebellare, hanno pirenoforo piriforme con un assone che
penetra nella sostanza bianca del cervelletto (si tratta quindi di una cellula del primo tipo di Golgi)
e in più hanno uno o due tronchi dendritici rivolti verso l'alto e molto ramificati; tutti i rami
dendritici sono rivolti verso l'alto e con un'organizzazione a spalliera cioè tutti sullo stesso piano,
non in modo tridimensionale. Queste cellule hanno un ruolo inibitorio sui nostri movimenti,
infatti il cervelletto è deputato proprio al controllo dei movimenti per renderli precisi.
Anche i motoneuroni sono cellule multipolari con forma stellata, un lunghissimo assone e una
serie di dendriti che si ramificano in maniera dicotomica, cioè ogni ramo si ramifica in rami
sempre più piccoli.
I neuroni bipolari sono di forma fusata con l'assone e il dendrite che si staccano dai poli opposti
del pirenoforo. Si trovano nel ganglio della coclea, cioè la struttura che accoglie l'organo dell'udito,
nel ganglio dello scarpa e nell'epitelio della mucosa olfattiva.
I neuroni pseudounipolari hanno un unico tronco che dopo un breve tratto si divide a T in un
ramo centrale più piccolo che va al midollo e uno periferico che va al derma. L'impulso nervoso è
centripeto nel ramo periferico che quindi funge da dendrite, e centrifugo nel ramo centrale che
funge da assone. Queste cellule sono inoltre circondate da cellule di sostegno della glia chiamate
cellule satellite.
Pirenoforo
Il pirenoforo, o soma, è generalmente voluminoso e può assumere varie forme: stellata come nei
neuroni di moto, piramidale, nelle cellule piramidali della corteccia cerebrale, piriforme, nelle
cellule del Purkinje, o sferica per i neuroni dei gangli di senso.
Il nucleo è sferico, voluminoso, generalmente al centro del corpo cellulare e eucromatico chiaro e
vescicoloso quindi in intensa attività. Spicca un nucleolo piuttosto grande e in alcuni casi nelle
cellule femminili, appare anche la cromatina sessuale ben visibile alla periferia del nucleo.
Nel citoplasma abbondano i mitocondri con forma allungata, presenti anche lungo i
prolungamenti soprattutto alla terminazione dell'assone. Sono visibili anche un apparato di Golgi
molto esteso, in posizione perinucleare, reticolo endoplasmatico rugoso e ribosomi.
Sempre a livello del pirenoforo sono visibili al microscopio ottico delle zolle basofile di sostanza
tigroide dette zolle di Nissl, che si estendono anche ai dendriti, colorabili con coloranti basici
come il blu di toluidina. Non sono altro che gruppi di cisterne di reticolo endoplasmatico rugoso
con ribosomi e poliribosomi anche liberi che il neurone sfrutta per la sua intensa sintesi proteica.
In condizioni patologiche i corpi di Nissl possono scomparire e in questo caso si parla di
cromatolisi.
Mediante i metodi di impregnazione argentica è possibile mettere in evidenza in tutto il
neuroplasma un importante apparato citoscheletrico utile per mantenere la forma del neurone ma
anche per il traffico vescicolare lungo l'assone. Ci sono microfilamenti di actina a ridosso della
membrana presenti solo nel pirenoforo, neurofilamenti di
circa 10 nm di spessore assimilabili ai filamenti intermedi, e microtubuli, detti neurotubuli, che si
estendono anche ai dendriti e all'assone.
Prolungamenti
I dendriti hanno fondamentalmente la funzione di aumentare la superficie del pirenoforo per
aumentare di conseguenza il numero di sinapsi. I dendriti hanno un contorno più irregolare di
quello assonico sono generalmente più corti, ramificati con un citoplasma simile a quello del
pirenoforo. Sulla loro superficie sono provvisti di spine, cioè estroflessioni che risultano la sede
preferenziale delle sinapsi, tramite cui ricevono impulsi nervosi eccitatori o inibitori dalle
terminazioni assoniche di migliaia di altri neuroni e li trasmettono al corpo cellulare, una
conduzione, quindi, centripeta. Le spine dendritiche hanno un citoscheletro costituito
prevalentemente da microfilamenti di actina che li rende plastici e capaci di rimodellarsi.
L'assone origina da una breve protrusione del pirenoforo, priva di zolle di Nissl, denominata cono
di emergenza. È generalmente più lungo dei dendriti e privo di spine. Lungo il suo decorso emette
rami collaterali che si staccano ad angolo retto a livello dei nodi di Ranvier, e poi si divide
ripetutamente anche alla sua terminazione, formando un'arborizzazione terminale. A questo
livello, le terminazioni formano degli ingrossamenti chiamati bottoni terminali o bulbi sinaptici in
corrispondenza della sinapsi, cioè la superficie di contatto tra l'assone e un altro neurone o una
cellula effettrice. Attraverso le sinapsi l'assone trasmette impulsi nervosi eccitatori o inibitori
all'altra cellula.
Il citoplasma dell'assone, o assoplasma, appare privo di organuli, compaiono solo diversi
mitocondri, abbondanti soprattutto alle terminazioni, e numerosi neurofilamenti e neurotubuli
orientati parallelamente all'asse maggiore dell'assone, che in sezione trasversa appaiono come dei
cilindri cavi. Queste strutture fungono da impalcatura di sostegno per una struttura così lunga
come l'assone, ma in particolare i microtubuli, sono anche implicati nei processi di trasporto degli
elementi corpuscolati dal pirenoforo alla terminazione assonica e viceversa. Tutti i neurotubuli
dell'assone sono orientati con una estremità positiva rivolta verso la terminazione nervosa e una
estremità negativa verso il pirenoforo e fungono da veri e propri binari per le proteine chinesina e
dineina: la prima è responsabile del movimento anterogrado, trasporta quindi vescicole sinaptiche
e della via secretoria, mentre la seconda è responsabile del movimento retrogrado, quindi
trasporta ad esempio prodotti di endocitosi.
La guaina mielinica
Ogni assone è circondato da cellule della glia, chiamate oligodendrociti nel sistema nervoso
centrale e cellule di Schwann nel periferico. L'insieme dell'assone e delle sue guaine di
rivestimento costituisce la fibra nervosa.
Nel sistema nervoso periferico, l'insieme di più fibre tenute insieme da tessuto connettivo forma il
nervo. Ogni nervo è circondato da una guaina di connettivo chiamata epinevrio; questo è in
continuità con il perinevrio che invece circonda più volte ogni singolo fascio più piccolo; infine
dal perinevrio si staccano sottili sepimenti connettivali che vanno a circondare ogni singola fibra
nervosa, costituendi l'endonevrio.
Quando la cellula è avvolta da un solo strato di cellula della glia, si parla di fibra amielinica mentre
quando la cellula di Schwann o l' oligodendrocita circonda più volte l'assone si parla di fibra
mielinica. Le fibre mieliniche sono più rapide ed efficienti e arrivano ai motoneuroni e altre cellule
con sensibilità discriminata. Le fibre amieliniche, invece, arrivano in genere agli organi viscerali e
sono meno sensibili e meno rapide.
La mielina agisce come materiale di isolamento che impedisce la diffusione dell'eccitamento agli
assoni adiacenti e inoltre aumenta la velocità di conduzione dell'impulso.
A fresco, appare bianca e splendente, determinando il colore tipico della sostanza bianca
dell'encefalo e del midollo spinale. Al microscopio elettronico, invece, appare come una serie di
lamelle concentriche chiare e scure che circondano l'assone.
Queste lamelle non sono altro che estensioni della membrana plasmatica della cellula si Schwann
o di oligodendroglia che si avvolgono a spirale intorno all'assone, lasciando il citoplasma e il
nucleo perifericamente. La natura essenzialmente lipidica della guaina spiega il colore bianco della
mielina.
Nelle fibre periferiche, inizialmente la cellula di Schwann ingloba l'assone tramite due lembi della
sua membrana che si allungano e vanno a circondare l'assone; il punto in cui, inizialmente, i due
lembi del citoplasma si accollano e si fondono tra di loro, formando una specie di lamina di
fusione, viene chiamato mesassone, struttura che permane anche dopo che si è formata una
guaina mielinica molto spessa. In corrispondenza del mesassone, per le fibre mieliniche, inizia
l'accrescimento della membrana che si avvolge ripetutamente intorno all'assone escludendo mano
a mano il citoplasma che alla fine rimane solamente a livello dello strato adassonale, nel primo
avvolgimento a ridosso dell'assone, e nelle cosiddette scissure di Schmidt- Lanterman. La
membrana della cellula di Schwann e dell'oligodendrocita contengono molto colesterolo che le
irrigidisce e sono ricche anche di proteine specifiche per l'accollamento delle membrane.
Una singola cellula di Schwann non è abbastanza grande da avvolgere un assone per tutta la sua
lunghezza. Si susseguono quindi più cellule una dopo l'altra a partire dalla porzione più distale
della radice fino alla ramificazione terminale. L'assone infatti appena emerge dal corpo cellulare è
nudo, e perde la sua guaina mielinica poco prima della terminazione. Lungo tutto il percorso
questa guaina risulta interrotta tra un avvolgimento e l'altro in corrispondenza dei cosiddetti nodi
di Ranvier. Il tratto di fibra compreso tra due nodi è detto segmento internodale e risulta
costituito dal rivestimento di un'unica cellula di Schwann. Quindi lungo tutta una fibra si
susseguono segmenti internodali, ciascuno formato da una cellula di Schwann, separati l'uno
dall'altro dai nodi di Ranvier, in cui la membrana plasmatica dell'assone risulta libera da
avvolgimenti ma comunque ricoperta dalle espansioni delle due cellule di Schwann adiacenti e
dalla membrana basale. Se l'assone emette rami collaterali, questi originano in corrispondenza dei
nodi di Ranvier. Generalmente sia la lunghezza dell' internodo che lo spessore della guaina
mielinica sono proporzionali alla lunghezza dell'assone.
La formazione della guaina mielinica nelle fibre del sistema nervoso centrale è fondamentalmente
simile a quella del periferico. Qui però gli oligodendrociti, a differenza delle cellule di Schwann
possono avvolgere singolarmente anche più di un assone, mentre a livello dei nodi di Ranvier
l'assone non emette mai rami collaterali ed è a diretto contatto con l'ambiente extracellulare
perché manca qualsiasi tipo di copertura.
SINAPSI
I numerosissimi neuroni che formano il sistema nervoso sono tra loro connessi funzionalmente
attraverso le sinapsi. La sinapsi è la zona di contatto tra un neurone e un'altra cellula, che può
essere un neurone o una cellula effettrice, attraverso cui è trasmesso l'impulso elettrico. La sinapsi
è polarizzata, nel senso che l'impulso viene
trasmesso in una sola direzione dal neurone pre-sinaptico, che lo emette, al neurone postsinaptico che lo riceve. Le sinapsi interneuroniche, quelle che si stabiliscono tra due neuroni,
possono essere asso-somatiche, cioè tra l'assone e il pirenoforo, asso- dendritiche, tra l'assone e il
dendrite, più numerose, oppure asso-assoniche, molto rare.
Inoltre, in base alla funzione, le sinapsi possono essere di tipo eccitatorio, inibitorio o facilitatorio.
Le sinapsi eccitatorie attivano la cellula post-sinaptica, ad esempio una cellula muscolare,
depolarizzandone la membrana; esempi di neurotrasmettitori eccitatori sono l' acetilcolina e il
glutammato. Le sinapsi inibitorie, invece, riducono o inibiscono l'effetto delle eccitatorie
provocando l'apertura dei canali ionici di membrana e la conseguente iperpolarizzazione; sono
prevalentemente asso- assoniche in modo da bloccare a valle ciò che è stato attivato a monte; i
principali neurotrasmettitori inibitori sono il GABA e la glicina. Le sinapsi faciltatorie invece
rendono la cellula più sensibile ad altre sinapsi e sono importanti soprattutto nel processo della
memoria.
Possono essere distinti due tipi di sinapsi anche in base al modo in cui viene trasmesso l'impulso:
distinguiamo la sinapsi elettrica dalla sinapsi chimica. Nella sinapsi elettrica l'onda di
depolarizzazione passa direttamente dal neurone pre- sinaptico a quello post-sinaptico senza
l'intervento di mediatori chimici. Mancano i neurotrasmettitori e le membrane delle due cellule
sono tra loro connesse da giunzioni gap, cioè quelle giunzioni che mediano l'accoppiamento
elettrico tra cellule adiacenti. Ciascuna delle due cellule ha sulla propria membrana un connessone,
cioè un canale formato da sei molecole di connessina specifica delle sinapsi interneuroniche, la
connessina 36; i due connessoni sono tra loro perfettamente coincidenti e formano così un canale
attraverso cui passa l'impulso elettrico.
Le sinapsi chimiche sono le più frequenti e utilizzano un neurotrasmettitore, cioè un mediatore
chimico, per trasmettere l'impulso e permettere alla cellula post-sinaptica di essere eccitata, inibita
o facilitata.
La sinapsi si forma in corrispondenza della terminazione assonica del neurone pre- sinaptico,
dove la fibra perde il suo rivestimento mielinico e si allarga formando un bottone terminale, o
bulbo sinaptico, cioè un ingrossamento, generalmente a ridosso delle spine dendritiche. Tra le due
membrane adiacenti c'è una sottile fessura sinaptica di circa 25 nm, più ampia nelle sinapsi
neuromuscolari. A livello della terminazione assonica mancano elementi citoscheletrici mentre
abbondano i mitocondri e soprattutto le vescicole sinaptiche che contengono il
neurotrasmettitore. Sono vescicole di circa 50 nm di diametro circondate da una membrana
singola. A livello della sinapsi nella cellula post-sinaptica invece mancano le vescicole sinaptiche
mentre abbondano neurotubuli e neurofilamenti ma anche i recettori per il neurotrasmettitore
sulla membrana.
I neurotrasmettitori sono piccole molecole che mediano chimicamente la trasmissione
dell'impulso; possono essere di varia natura, amminoacidi, derivati degli amminoacidi o ormoni e
possono anche provocare effetti diversi a seconda della cellula bersaglio, ad esempio l'acetilcolina,
che è il neurotrasmettitore principale delle giunzioni neuromuscolari, eccita la muscolatura striata
scheletrica mentre inibisce la muscolatura cardiaca e ovviamente la differenza dipende dai diversi
recettori presenti sulle cellule. La noradrenalina, invece, agisce sulla muscolatura liscia e sulle
ghiandole.
Conduzione dell'impulso nervoso
In tutte le cellule è presente una differenza di potenziale tra la superficie interna e quella esterna
della membrana plasmatica, con una prevalenza di carica positiva esternamente e negativa
all'interno. Il potenziale di riposo del neurone è di circa -70,
-80 mV ed è generato da una serie di meccanismi di trasporto attivo come la pompa sodio
potassio che mantiene una concentrazione di sodio maggiore fuori e minore dentro e una
concentrazione di potassio minore fuori e maggiore dentro, tramite il trasporto, per ogni ciclo, di
3 ioni sodio fuori e 2 ioni potassio dentro. Anche gli ioni cloro sono più concentrati fuori della
cellula. Oltre a questi ioni, il potenziale di riposo è mantenuto anche attraverso altre
macromolecole anioniche come proteine, fosfati inorganici o amminoacidi che contribuiscono a
conservare maggiore carica negativa all'interno.
Quando un neurone viene stimolato la membrana plasmatica si depolarizza e se il voltaggio
raggiunge un certo valore soglia, si genera un potenziale d'azione e la cellula viene stimolata
mentre se questo valore soglia non viene raggiunto, la cellula viene solo facilitata. Il potenziale
d'azione è un segnale che si sviluppa con una depolarizzazione rapida e una successiva
ripolarizzazione lenta della membrana.
Quando la membrana depolarizza il potenziale di membrana sale fino al valore soglia di circa -55
mV, questo provoca l'apertura dei canali voltaggio-dipendenti del sodio che passa liberamente
dall'esterno all'interno della cellula facendo ulteriormente salire il potenziale di membrana fino a
30 mV; si ha adesso una prevalenza di carica positiva internamente e una prevalenza di carica
negativa esternamente. Dopo circa 1 ms la membrana ritorna impermeabile al sodio mentre
diventa permeabile al potassio, che fuoriesce dalla cellula ripolarizzando la fibra nervosa. I canali
del potassio possono rimanere aperti anche quando la cellula ha raggiunto il potenziale di riposo e
in questo modo la fuoriuscita di ulteriore potassio porta la cellula ad essere per un attimo
iperpolarizzata. Poi comunque le pompe sodio potassio ripristinano la condizione normale. Il
potenziale d'azione è una risposta del tipo tutto o nulla nel senso che se non si raggiunge il valore
soglia non si genera alcun potenziale d'azione mentre se si supera il valore soglia la differenza di
potenziale raggiunge sempre il picco massimo.
Una volta generato, il potenziale d'azione deve essere trasmesso lungo la fibra per arrivare alla
sinapsi. Quando l'impulso arriva ad una certa zona della membrana, questa depolarizza localmente
e provoca un cambiamento di potenziale nella zona adiacente, a valle. Quando si raggiunge il
valore soglia anche qui, avviene lo stesso meccanismo della zona a monte, quindi si aprono i
canali del sodio e la porzione di membrana raggiunge il picco di depolarizzazione.
Contemporaneamente, la zona precedente torna al potenziale di riposo mediante l'azione delle
pompe sodio/potassio. In questo modo il potenziale è passato dalla zona precedente a quella
successiva e così continua punto per punto generando un'onda di depolarizzazione lungo tutto
l'assone. La propagazione è assolutamente unidirezionale, cioè il potenziale d'azione non tornerà
mai indietro dalla regione da dove è arrivato perché qui adesso c'è un periodo refrattario che non
consente stimolazione.
Questa propagazione punto per punto avviene nelle fibre amieliniche, mentre per le fibre
mieliniche la conduzione è di tipo saltatorio. In questo caso il potenziale d'azione salta da un nodo
di Ranvier a quello successivo perché questi sono gli unici punti non rivestiti da mielina isolante;
inoltre, tutti i canali voltaggio dipendenti per il sodio sono concentrati ai nodi. La conduzione
saltatoria dell'impulso risulta molto più rapida di quella punto per punto e inoltre la velocità è
tanto più elevata quanto più lungo è il segmento internodale.
Quando il potenziale d'azione arriva alla terminazione dell'assone, si innesca una serie di eventi
che portano all'aumento di calcio citosolico con la conseguente fusione delle vescicole sinaptiche,
abbondanti a livello del bulbo sinaptico, con la membrana della cellula pre-sinaptica e la loro
esocitosi nella fessura. Il neurotrasmettitore rilasciato si lega a specifici recettori sulla membrana
post-sinaptica provocando
l'apertura di canali del sodio e un cambiamento del potenziale di riposo. Se questo raggiunge il
valore soglia, si propaga come potenziale d'azione lungo tutto l'assone post-sinaptico fino alla
terminazione successiva. Per raggiungere il valore soglia necessario occorre la stimolazione di
molti bottoni terminali. Mano a mano che le vescicole sono esocitate, la membrana plasmatica
aumenta di dimensioni; esiste quindi un meccanismo di recupero e riciclaggio della membrana
attraverso micropinocitosi, attraverso il quale dalla membrana si formano delle vescicole rivestite
di clatrina che poi perdono il rivestimento e sono pronte per essere ricaricate di
neurotrasmettitore.
Una volta rilasciato nella fessura sinaptica, il neurotrasmettitore si lega a recettori specifici sulla
membrana post-sinaptica, che possono essere di due tipi: recettori che sono essi stessi dei canali
ionici che si aprono dopo aver legato il neurotrasmettitore, oppure recettori collegati a proteine
G. Per i recettori che sono anche canali ionici il legame col neurotrasmettitore provoca l'apertura
del canale e il passaggio di ioni con cambiamento del potenziale della membrana post-sinaptica.
Questo tipo di trasmissione è molto rapida, avviene nel giro di 2 millisecondi. Per i recettori
associati a proteina G, invece, la trasmissione è più lenta, può avvenire anche nel giro di qualche
secondo; in questo caso l'interazione del neurotrasmettitore col recettore porta all'attivazione della
proteina G che può o direttamente attivare dei canali ionici o stimolare la produzione di secondi
messaggeri che a loro volta attivano i canali.
Una volta avvenuto l'impulso, per evitare che la cellula post-sinaptica continui ad essere stimolata,
il neurotrasmettitore deve essere velocemente degradato, questo può avvenire mediante tre
meccanismi: o il neurotrasmettitore diffonde nello spazio circostante la sinapsi e viene poi
catturato dalle cellule della nervoglia, oppure può essere ripreso dal neurone pre-sinaptico
attraverso trasportatori di membrana specifici e poi riutilizzato tal quale; o ancora può essere
idrolizzato da enzimi nella fessura sinaptica, ad esempio l'acetilcolina viene idrolizzata
dall'acetilcolinesterasi.
NERVOGLIA
Sia nel sistema nervoso centrale che in quello periferico oltre ai neuroni c'è un'altra classe di
cellule non nervose che nel complesso vengono chiamate cellule della glia o nervoglia, molto più
numerose ma di dimensioni inferiori. Nel SNC le cellule della glia formano una rete di sostegno
che avvolge i corpi cellulari, i dendriti e le fibre dei neuroni, e costituiscono anche il mezzo per la
diffusione di sostanze nutritive e gas tra cellule e sangue.
Esistono sei tipi di cellule della glia: oligodendrociti, cellule di Schwann, ependimociti, astrociti,
cellule satelliti e cellule di microglia. Tutte derivano dall' ectoderma, tranne le cellule della
microglia che derivano dal mesoderma.
Gli oligodendrociti e le cellule di Schwann sono responsabili della formazione della guaina
mielinica intorno alle fibre nervose rispettivamente centrali e periferiche.
Gli ependimociti sono cellule che, come una sorta di epitelio di rivestimento, rivestono le cavità
interne del sistema nervoso, i ventricoli cerebrali e il canale centrale del midollo spinale.
Gli astrociti sono le cellule della glia più numerose, si trovano sparse tra i neuroni in tutto il SNC
e possono essere fibrosi o protoplasmatici. Gli astrociti fibrosi predominano nella sostanza bianca
e hanno un piccolo corpo cellulare con numerosi prolungamenti filiformi contenenti delle
strutture fibrillari chiamate gliofibrille, risultanti dall'aggregazione di gliofilamenti, una classe di
filamenti intermedi specifica di astrociti fibrosi e cellule di Schwann. Gli astrociti protoplasmatici
prevalgono invece nella sostanza grigia, hanno meno gliofilamenti, corpo cellulare più grande e
citoplasma granuloso. In generale gli astrociti svolgono funzioni diverse: metabolizzano i
neurotrasmettitori in eccesso fuoriusciti dalle sinapsi, contribuiscono alla formazione della
barriera emato-encefalica, che protegge il sistema nervoso da patogeni e sostanze tossiche, e
svolgono anche funzioni trofiche verso i neuroni.
Le cellule di microglia sono piccole cellule appartenenti alla linea monocito- macrofagica, che
circondano i neuroni in uno stato inattivo e in seguito a segnali possono differenziare in
macrofagi o cellule dendritiche.
Le cellule satellite, infine, sono piccole cellule che delimitano la superficie esterna dei neuroni dei
gangli del SNP ed aiutano a regolare l'ambiente chimico esterno.