HISTOLOGIE ŢESUTURILE
Sub redacţia
Angela Borda
HISTOLOGIE ŢESUTURILE Angela Borda Emőke Fülöp Camelia Gliga Andrada Loghin Simona Marcu Cosmin Moldovan
2010
Sub redacţia: Angela Borda Autori: Angela Borda, Emőke Fülöp, Camelia Gliga, Andrada Loghin, Simona Marcu, Cosmin Moldovan Referenţi Dr. Egyed-Zs. Imre, Profesor Universitar la Universitatea de Medicină şi Farmacie Tîrgu Mureş Dr. Mihai Turcu, Conferenţiar Universitar la Universitatea de Medicină şi Farmacie Tîrgu Mureş Dr. Csép Katalin, Conferenţiar Universitar la Universitatea de Medicină şi Farmacie Tîrgu Mureş Prefaţă: Dr. Marius Raica, Profesor Universitar la Universitatea de Medicină şi Farmacie „Victor Babeş” Timişoara
Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României Histologie - Ţesuturile Ed.-coord.: Angela Borda Autori: Angela Borda, Emőke Fülöp, Camelia Gliga, Andrada Loghin, Simona Marcu , Cosmin Moldovan Tîrgu Mureş: University Press, 2010 Bibliogr.
ISBN 978-973-169-120-6 I. Borda, Angela II. Fülöp, Emőke III. Gliga, Camelia IV. Loghin, Andrada V. Marcu, Simona VI. Moldovan, Cosmin
Tehnoredactare: Cosmin Moldovan Ilustraţii schematice: Camelia Gliga, Andrada Loghin, Simona Marcu, Cosmin Moldovan Prelucrare imagini microscopice: Cosmin Moldovan Coperta: Dr. Mezei Tibor Format: A4 Număr pagini: 184 Număr ilustraţii: 140 Editura University Press Tîrgu Mureş Director de editură: Prof. Univ. Dr. Alexandru Şchiopu Direcţia editurii: Tîrgu Mureş, Str. Gh. Marinescu Nr. 38, cod 540142 Tel. 0744527700, 0265215551 – 126 Fax: 0265210407 Comenzi: Disciplina de Histologie, UMF Tîrgu Mureş
Autorii
Angela Borda Profesor universitar, Disciplina de Histologie, Universitatea de Medicină şi Farmacie din Târgu Mureş
Camelia Gliga Şef de lucrări, Disciplina de Histologie, Universitatea de Medicină şi Farmacie din Târgu Mureş
Simona Marcu Şef de lucrări, Disciplina de Histologie, Universitatea de Medicină şi Farmacie din Târgu Mureş
Emőke Fülöp Asistent universitar, Disciplina de Histologie, Universitatea de Medicină şi Farmacie din Târgu Mureş
Andrada Loghin Asistent universitar, Disciplina de Histologie, Universitatea de Medicină şi Farmacie din Târgu Mureş
Cosmin Moldovan Asistent universitar, Disciplina de Histologie, Universitatea de Medicină şi Farmacie din Târgu Mureş
Prefaţă În ultimele două decade constatăm o adevărată explozie informaţională în domeniul medical, din care face parte şi histologia, ca disciplină fundamentală. Multiplele achiziţii în plan ştiinţific asupra structurii, funcţiei şi profilului molecular al celulelor şi ţesuturilor normale şi patologice fac adesea dificilă selectarea, sintetizarea şi redarea noilor cunoştinţe pentru studentul în medicină. Cursul elaborat de colectivul Catedrei de Histologie de la Universitatea de Medicină şi Farmacie din Tîrgu Mureş este înalt adaptat la două deziderate: (i) sunt prezentate datele esenţiale de structură a ţesuturilor şi organelor care sunt necesare studentului în medicină pentru înţelegerea interrelaţiei dintre morfologie şi funcţie, şi (ii) adoptă un principiu de bază al învăţământului modern, respectiv insistă asupra aplicabilităţii practice a noţiunilor de histologie. În acest fel, lucrarea se încadrează într-un continuum de cunoştinţe, succedând anatomiei, biologiei celulare şi biochimiei, şi precedând anatomia patologică şi disciplinele clinice. Parcurgând paginile acestui curs, studentul are şansa de a-şi însuşi şi fixa datele fundamentale de structură normală. Este remarcabil caracterul analitic, explicativ şi demonstrativ care se regăseşte pe tot parcursul lucrării. Desigur, cursul se adresează studenţilor de anul II în care, prin tradiţie, histologia este una dintre materiile obligatorii. Pe de altă parte, în forma actuală sunt convins că este un îndreptar util şi pentru studenţii din anii clinici şi, de asemenea, pentru medici rezidenţi, care inevitabil întâlnesc aceste noţiuni pe parcursul pregătirii în specialitate. Atunci când deschizi şi parcurgi această carte îţi atrag atenţia din start câteva aspecte. Textul este redactat concis, sistematizat şi plăcut, astfel încât se parcurge uşor, chiar dacă tu, studentule, nu ai un prea mare „antrenament” în studiul celulelor şi ţesuturilor. În al doilea rând, trimiterile spre patologie, renunţând la amănunte structurale normale nerelevante pentru scopul propus, face din conţinut o structură dinamică şi sunt sigur că nu te vei întreba „De ce am nevoie de histologie?”. Şi nu în ultimul rând, pentru concepţia modernă de abordare, prin care colectivul de la Histologia UMF Tîrgu Mureş se raliază publicaţiilor din domeniu ale ultimilor 2-3 ani. Textul scris este însoţit de numeroase scheme şi imagini originale, efectuate sau alese cu deosebită grijă pentru a reflecta şi susţine afirmaţiile din text. Remarc de asemenea, caracterul didactic al materialului, care printre cele 140 de imagini, conţine unele microfotografii care se regăsesc doar rareori în tratatele de specialitate, însă a căror redare este obligatorie în perioada actuală. Am convingerea că acest material va fi util studenţilor, precum şi unei palete largi din lumea medicală, iar pe de altă parte, conţine germenii unui tratat de histologie care oricum, ar acoperi un gol din literatura medicală din România.
Marius Raica Profesor de Histologie şi Patologie Moleculară Universitatea de Medicină şi Farmacie „Victor Babeş” Timişoara
Timişoara, 14 ianuarie 2010
Lista cu abrevieri ACTH ADN ADP AMF AT ATP AV BALT BDNF CD CFU-Ba CFU-E CFU-Eo CFU-G, Mo CFU-Mega CK CMH CPA CPK CSFs CSM CSP CT CX32 DM20 ECP EDN EMA EPO Fc FGF FPF GABA GAG GALT GDNF GFAP GIST GM-CSF Hb HE HGF HLA ICC Ig IGF IHC IL LB
Adrenocorticotropic Hormone Acid dezoxiribonucleic Adenozindifosfat Adenozinmonofosfat Antigen transformat Adenozintrifosfat Atrio-ventricular Bronchus Associated Lymphoid Tissue Brain Derived Neurotrophine Factor Cluster of Differentiation Colony Forming Units - Basophil Colony Forming Units - Erythrocyte Colony Forming Units - Eosinophil Colony Forming Units - Granulocyte, Monocyte Colony Forming Units – Megakaryocyte Citocheratină Complexul major de histocompatibilitate Celulă prezentatoare de antigen Creatinfosfokinaza Colony Stimulating Factors Celula stem multipotentă Celula stem pluripotentă Calcitonină Conexina 32 Proteină proteolipidică mielinică Eosinophil Cationic Protein Eosinophil-Derived Neurotoxin Epithelial Membrane Antigen Eosinophil Peroxidase Fragment cristalizabil din IgE Fibroblast Growth Factor Fibroblast Proliferating Factor Acid gama-aminobutiric Glicozaminoglicani Gut Associated Lymphoid Tissue Glial Cell Derived Neurotrophic Factor Glial Fibrillary Acidic Protein Gastro-Intestinal Stromal Tumor Granulocyte-Monocyte Colony Stimulating Factor Hemoglobina Hematoxilină-eozină Hepatocyte Growth Factor Human Leucocyte Antigen Interstitial Cells of Cajal Imunoglobulină Insulin-like Growth Factor Imunohistochimie Interleukină Limfocit B
LCAM LCR LT LTC LTH LTS MAC MAG MALT MAP1B MB MBP MEC MGG MO MOG NFPs NGF NK NSE NSF PAS PDGF PLP PMPZZ PO PRG2 PSA REN RER RS SA SAM SED SF SIDA SNC SNP SRS-A STD STH TCR TG TGF TnC TNF TnI TnT TRH UICC V-CAM
Leucocyte Cell Adhesion Molecule Lichid cefalo-rahidian Limfocit T Limfocit T citotoxic Limfocit T helper Limfocit T supresor Molecule de adeziune celulară Myelin Associated Glycoprotein Mucosa Associated Lymphoid Tissue Microtubule Associated Protein 1B Membrana bazală Myelin Basic Protein Matricea extracelulară May-Grünwald-Giemsa Măduva osoasă Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein Neurofilament Proteins Nerve Growth Factor Natural Killer Neuron Specific Enolase N-ethyl-maleimide Sensitive Factor Periodic Acid Schiff Platelet-Derived Growth Factor Proteolipid Protein Peripheral Myelin Protein ZZ Proteina O Proteoglican 2 Prostate Specific Antigen Reticul endoplasmatic neted Reticul endoplasmatic rugos Reticul sarcoplasmatic Sino-atrial Substrate Adhesion Molecule Sistemul endocrin difuz Substanţa fundamentală Sindromul de imunodeficienţă dobândită Sistem nervos central Sistem nervos periferic Slow Reacting Substance of Anaphilaxy Sistemul tubular dens Somatotropic Hormone T Cell Receptor Tiroglobulină Transforming Growth Factor Troponina C Tumor Necrosis Factor Troponina I Troponina T Thyrotropin Releasing Hormone Uniunea Internaţională Contra Cancerului Vascular-Cell Adhesion Molecule
VIP VLCFA ZO
Vasoactive Intestinal Peptide Very Long Chain Fatty Acids Zonula occludens
1
Cuprins Epiteliile Caractere generale ........................................................................................................................... 7 Marcherii imunohistochimici ai epiteliilor ............................................................................... 7 Domeniile celulare şi specializările lor ............................................................................................. 7 Domeniul bazal ............................................................................................................................. 7 Membrana bazală ..................................................................................................................... 8 Hemidesmozomii: joncţiuni celulă - matrice extracelulară .................................................... 10 Labirintul bazal ....................................................................................................................... 10 Domeniul apical .......................................................................................................................... 11 Microvilozităţile ...................................................................................................................... 11 Stereocilii ................................................................................................................................ 12 Cilii .......................................................................................................................................... 12 Domeniul lateral ......................................................................................................................... 14 Joncţiunile intercelulare ......................................................................................................... 14 Plicaturările laterale ............................................................................................................... 17 Polaritatea epiteliilor ...................................................................................................................... 17 Histogeneza epiteliilor .................................................................................................................... 18 Reînnoirea şi regenerarea epiteliilor .............................................................................................. 18 Clasificarea epiteliilor ..................................................................................................................... 19 Epiteliile de acoperire ..................................................................................................................... 19 Epiteliile simple .......................................................................................................................... 19 Epiteliul simplu pavimentos (scuamos) .................................................................................. 19 Epiteliul simplu cubic .............................................................................................................. 20 Epiteliul simplu cilindric .......................................................................................................... 21 Epiteliul pseudostratificat....................................................................................................... 21 Epiteliile stratificate .................................................................................................................... 22 Epiteliul stratificat pavimentos (scuamos) necheratinizat ..................................................... 22 Epiteliul stratificat pavimentos (scuamos) cheratinizat ......................................................... 23 Epiteliul stratificat cubic ......................................................................................................... 24 Epiteliul stratificat prismatic................................................................................................... 24 Uroteliul sau epiteliul tranziţional .......................................................................................... 24 Epiteliile glandulare ........................................................................................................................ 25 Fiziologia secreţiei ...................................................................................................................... 26 Epiteliile glandulare exocrine sau glandele exocrine ..................................................................... 26 Generalităţi ................................................................................................................................. 26 Mecanisme de eliberare a produsului secretat .......................................................................... 29 Clasificarea glandelor exocrine................................................................................................... 30 Glande exocrine fără canal de excreţie ...................................................................................... 30 Glanda unicelulară .................................................................................................................. 30 Glanda intraepitelială ............................................................................................................. 31 Glanda membraniformă ......................................................................................................... 31 Glande exocrine cu canal de excreţie ......................................................................................... 32 Glande tubulare ...................................................................................................................... 32 Glande acinoase ..................................................................................................................... 33 Glande alveolare..................................................................................................................... 36 Epiteliile glandulare endocrine sau glandele endocrine ................................................................ 37 Generalităţi ................................................................................................................................. 37 Clasificarea glandelor endocrine ................................................................................................ 38 Epiteliile senzoriale ......................................................................................................................... 41
2
Ţesuturile conjunctive Caractere generale ......................................................................................................................... 45 Celulele ţesutului conjunctiv.......................................................................................................... 45 Celulele proprii sau fixe ale ţesutului conjunctiv ....................................................................... 45 Celula mezenchimatoasă ....................................................................................................... 46 Fibroblastul, fibrocitul ............................................................................................................ 46 Miofibroblastul ...................................................................................................................... 48 Adipocitele ............................................................................................................................. 49 Celulele migrate (libere sau de apărare) ale ţesutului conjunctiv ............................................. 51 Mastocitul .............................................................................................................................. 51 Macrofagul ............................................................................................................................. 52 Plasmocitul ............................................................................................................................. 55 Neutrofilul .............................................................................................................................. 55 Eozinofilul............................................................................................................................... 56 Limfocitele.............................................................................................................................. 56 Fibrele ţesutului conjunctiv ........................................................................................................... 56 Fibrele de colagen .................................................................................................................. 56 Fibrele elastice ....................................................................................................................... 58 Substanţa fundamentală................................................................................................................ 59 Ţesuturile conjunctive embrionare................................................................................................ 60 Ţesutul mezenchimatos ......................................................................................................... 60 Ţesutul conjunctiv mucos ...................................................................................................... 60 Ţesuturi conjunctive adulte ........................................................................................................... 61 Ţesuturile conjunctive moi ........................................................................................................ 61 Ţesutul conjunctiv lax ............................................................................................................ 61 Ţesutul conjunctiv dermo-capsular ....................................................................................... 62 Ţesutul tendinos .................................................................................................................... 62 Ţesutul aponevrotic ............................................................................................................... 63 Ţesutul conjunctiv fibro-lamelar ............................................................................................ 64 Ţesutul conjunctiv elastic....................................................................................................... 64 Ţesutul conjunctiv reticulat ................................................................................................... 65 Ţesutul adipos ........................................................................................................................ 65 Ţesutul pigmentar .................................................................................................................. 68 Ţesuturile cartilaginoase sau cartilajele..................................................................................... 68 Cartilajul hialin ....................................................................................................................... 68 Cartilajul elastic ...................................................................................................................... 70 Cartilajul fibros ....................................................................................................................... 70 Ţesutul osos ............................................................................................................................... 71 Celulele ţesutului osos ........................................................................................................... 71 Tipuri de ţesut osos ................................................................................................................ 74 Osificarea sau formarea osului .............................................................................................. 77 Remodelarea osoasă .............................................................................................................. 79 Sângele Generalităţi .................................................................................................................................... 83 Metode de studiu a sângelui.......................................................................................................... 83 Plasma sanguină............................................................................................................................. 84 Celulele sângelui ............................................................................................................................ 84 Hematiile .................................................................................................................................... 84 Leucocitele ................................................................................................................................. 86 Neutrofilul .............................................................................................................................. 86
3
Eozinofilul ............................................................................................................................... 89 Bazofilul .................................................................................................................................. 90 Monocitele ............................................................................................................................. 91 Limfocitele .............................................................................................................................. 92 Plachetele sanguine ........................................................................................................................ 93 Măduva osoasă ............................................................................................................................... 95 Structura măduvei osoase .......................................................................................................... 95 Hematopoieza ............................................................................................................................ 99 Hematopoieza prenatală ........................................................................................................ 99 Hematopoieza postnatală .................................................................................................... 100 Reglarea hematopoiezei ....................................................................................................... 100 Eritropoieza .............................................................................................................................. 101 Granulopoieza .......................................................................................................................... 102 Monocitopoieza........................................................................................................................ 103 Trombopoieza........................................................................................................................... 103 Sistemul limfatic (imun) Generalităţi ................................................................................................................................... 107 Mecanismele de apărare ale organismului .................................................................................. 107 Celulele sistemului imun .............................................................................................................. 108 Limfocitele ................................................................................................................................ 108 Limfocitele NK....................................................................................................................... 108 Limfocitele T ......................................................................................................................... 109 Limfocitele B ......................................................................................................................... 110 Celulele prezentatoare de antigen (CPA) ................................................................................. 110 Mecanisme de activare a limfocitelor ...................................................................................... 111 Organele şi ţesuturile limfoide ..................................................................................................... 112 Timusul ..................................................................................................................................... 112 Organizare histologică .......................................................................................................... 112 Maturarea şi diferenţierea limfocitelor T ............................................................................. 114 Vascularizaţia timusului ........................................................................................................ 115 Rolul timusului ...................................................................................................................... 115 Involuţia timusului ................................................................................................................ 115 Nodulul limfatic ........................................................................................................................ 116 Organizare histologică .......................................................................................................... 116 Vascularizaţia nodulului limfatic........................................................................................... 120 Rolul nodulului limfatic......................................................................................................... 120 Splina ........................................................................................................................................ 121 Organizare histologică .......................................................................................................... 121 Vascularizaţia splinei ............................................................................................................ 122 Rolul splinei .......................................................................................................................... 123 Ţesutul limfoid asociat mucoaselor (MALT) ............................................................................. 124 Amigdalele ............................................................................................................................ 124 Plăcile Peyer ......................................................................................................................... 125 Apendicele vermiform .......................................................................................................... 126 Ţesutul muscular Generalităţi ................................................................................................................................... 129 Ţesutul muscular scheletic ........................................................................................................... 130 Generalităţi ............................................................................................................................... 130 Organizarea muşchilor scheletici.............................................................................................. 130
4
Tipuri de fibre musculare scheletice ........................................................................................ 131 Structura şi ultrastructura fibrei musculare scheletice............................................................ 131 Mecanismul contracţiei fibrelor musculare scheletice ............................................................ 139 Hipertrofia, hipotrofia şi regenerarea fibrelor musculare scheletice ...................................... 140 Vascularizaţia şi inervaţia muşchilor striaţi scheletici.............................................................. 140 Ţesutul muscular cardiac ............................................................................................................. 141 Generalităţi .............................................................................................................................. 141 Structura şi ultrastructura fibrei musculare cardiace .............................................................. 142 Inervaţia ţesutului muscular cardiac........................................................................................ 144 Regenerarea miocardului......................................................................................................... 144 Sistemul excitoconductor cardiac ............................................................................................ 144 Organizarea histologică a sistemului excitoconductor cardiac............................................ 145 Ţesutul muscular neted ............................................................................................................... 145 Generalităţi .............................................................................................................................. 145 Organizarea muşchilor netezi .................................................................................................. 145 Structura şi ultrastructura fibrei musculare netede ................................................................ 146 Mecanismul contracţiei fibrei musculare netede .................................................................... 147 Inervaţia fibrei musculare netede............................................................................................ 148 Regenerarea fibrelor musculare netede .................................................................................. 149 Ţesutul nervos Generalităţi .................................................................................................................................. 153 Originea celulelor ţesutului nervos ...................................................................................... 153 Proprietăţile ţesutului nervos .............................................................................................. 153 Componentele ţesutului nervos .......................................................................................... 154 Marcheri imunohistochimici ai ţesutului nervos ................................................................. 154 Neuronul ...................................................................................................................................... 155 Clasificarea neuronilor ............................................................................................................. 155 Structura şi ultrastructura neuronului ..................................................................................... 157 Pericarionul .......................................................................................................................... 158 Prelungirile neuronale ......................................................................................................... 161 Sinapsele .............................................................................................................................. 163 Celulele gliale ............................................................................................................................... 168 Tipuri de celule gliale ............................................................................................................... 168 Astrocitele ............................................................................................................................ 168 Oligodendrocitele ................................................................................................................ 171 Celulele ependimare ............................................................................................................ 171 Microgliile ............................................................................................................................ 172 Celulele Schwann ................................................................................................................. 173 Fibrele nervoase........................................................................................................................... 174 Fibrele nervoase mielinice ....................................................................................................... 174 Fibrele nervoase amielinice ..................................................................................................... 179 Degenerarea şi regenerarea fibrei nervoase ........................................................................... 180
7 Epiteliile
Caractere generale Epiteliile sunt cele mai răspândite ţesuturi din organism. Ele acoperă suprafaţa corpului, cavităţile şi canalele prin care acestea comunică cu exteriorul, formează glande (exo- şi endocrine) sau constituie receptorul unor organe de simţ. Indiferent de aspectul şi funcţia lor, epiteliile au câteva caractere comune, care le aseamănă între ele şi le diferenţiază de alte ţesuturi: - sunt ţesuturi relativ pure, adică sunt formate numai din celule, acestea fiind la rândul lor de acelaşi fel, celule epiteliale - celulele epiteliale sunt strâns unite între ele prin joncţiuni intercelulare complexe - epiteliile sunt ţesuturi polarizate, adică diferitele laturi ale celulei, numite domenii celulare, au aspecte şi funcţii specifice. Aceste domenii sunt: domeniul apical, domeniul lateral şi domeniul bazal. Domeniul apical este orientat totdeauna spre suprafaţa epiteliului sau spre lumenul unui organ, iar cel bazal spre membrana bazală. Funcţiile specifice ale acestor domenii sunt îndeplinite cu ajutorul unor proteine specifice. - sub epitelii există întotdeauna o membrană bazală - epiteliile nu sunt vascularizate (sunt ţesuturi avasculare) şi de aceea sunt aşezate în contact cu un ţesut conjunctiv bogat vascularizat, de care sunt despărţite prin membrana bazală - sunt bogat inervate prin terminaţii nervoase libere - se deosebesc de alte ţesuturi prin caractere ultrastructurale şi biomoleculare specifice, ce pot fi puse în evidenţă prin tehnici moderne, cum ar fi de exemplu microscopia electronică şi imunohistochimia (IHC). Principiul IHC IHC este o reacţie antigen-anticorp, în care antigenul este un anumit component al celulei (de exemplu citocheratina din filamentele intermediare ale celulelor epiteliale), iar anticorpul (obţinut în laborator) este îndreptat împotriva acelui component celular. Antigenul se cuplează cu anticorpul, reacţia antigen-anticorp putând fi vizualizată prin colorare.
Marcherii imunohistochimici ai epiteliilor Identificarea celulelor epiteliale se poate face cu trei categorii de anticorpi: - anticorpii anti-citocheratină sunt cel mai frecvent utilizaţi, citocheratina (CK) fiind un constituent al filamentelor intermediare din toate celulele epiteliale. Aceşti anticorpi nu reacţionează cu alte clase de celule, de exemplu cu fibroblastul, limfocitul etc. Până în prezent au fost identificate 20 de CK, numerotate de la 1 la 20 şi exprimate în mod diferit în diferite ţesuturi epiteliale. Astfel, epiteliile simple exprimă CK simple precum CK 7, 18, 19, 20, iar epiteliile stratificate exprimă citokeratine complexe cum sunt CK 5/6, 10, 14, 15. - anticorpi anti-antigen epitelial de membrană. Antigenul epitelial de membrană (EMA – Epithelial Membrane Antigen) este o clasă de glicoproteine prezente numai pe suprafaţa celulelor epiteliale. - anticorpi împotriva unor produşi normali de secreţie ai diferitelor celule: anti-PSA (ProstateSpecific Antigen), antigen secretat în mod normal de celulele prostatice, anti-tiroglobulină (TG ThyroGlobulin), tiroglobulina fiind secretată de celulele foliculare ale tiroidei, anti-calcitonină (CT - Calcitonin), calcitonină secretată de celulele C din tiroidă etc.
Domeniile celulare şi specializările lor Domeniul bazal În zona domeniului bazal se pot întâlni trei tipuri de specializări: - membrana bazală - hemidesmozomii, care reprezintă joncţiuni celulă-matrice extracelulară
8 Epiteliile
- labirintul bazal.
Membrana bazală Membrana bazală (MB) este o structură glicoproteică ce aparţine matricei extracelulare (MEC), care se interpune totdeauna între celulele epiteliale şi ţesutul conjunctiv subiacent. Structura MB este diferită şi mai complexă decât a unei membrane celulare obişnuite. Din acest motiv mulţi autori o numesc „lamă bazală” nu membrană bazală. Cele două denumiri sunt sinonime, dar cel de MB este mai uzual şi de aceea preferăm utilizarea acestei noţiuni. Pentru epitelii, MB constituie un suport structural şi de ancorare a acestora la ţesutul conjunctiv subiacent. O structură similară MB înconjoară anumite celule non-epiteliale, ca de exemplu celula musculară, celula Schwann, celula adipoasă etc., iar termenul acceptat şi folosit în această situaţie este, pe lângă acela de membrană bazală, şi cel de „lamina externa” sau „lamina basalis”. Spre deosebire de alţi constituenţi ai MEC, care sunt secretaţi numai de celulele conjunctive (fibroblaste), cea mai mare parte a constituenţilor MB sunt secretaţi de celulele epiteliale. În microscopia optică, în coloraţia uzuală cu hematoxilină eozină (HE), MB este greu vizibilă deoarece pe de o parte este foarte subţire, iar pe de altă parte se colorează eozinofil, ca şi ţesutul conjunctiv subiacent. Ea se vizualizează însă elegant în coloraţii speciale, ca o linie fină, situată între epiteliu şi ţesutul conjunctiv, colorată: - roşu-violet cu coloraţia PAS (Periodic Acid Schiff) - negru în impregnaţii argentice - maro (sau roşu) în reacţii IHC cu anticorpi îndreptaţi împotriva unor constituenţi normali (anticorpi anti-colagen IV, anticorpi anti-laminină etc.). În microscopia electronică MB apare ca o ţesătură fină de filamente neregulate, orientate spaţial în trei planuri. I se descriu trei zone sau lamine (fig. 1): - lamina lucida (40 nm) este o zonă transparentă la fluxul de electroni, situată imediat sub membrana celulară. Ea este străbătută de filamente fine alcătuite preponderent din laminină, o glicoproteină ce face parte din familia moleculelor de adeziune la substrat (SAM – Substrate Adhesion Molecule). Laminina are un site de legătură cu integrinele, unul cu proteoglicanii şi două cu colagenul tip IV. Prin cuplarea la integrine se realizează aderarea lamininei (şi implicit a MB) la celulă, iar prin cuplarea cu colagenul tip IV şi proteoglicanii, cu ceilalţi componenţi ai MB (fig. 1). În felul acesta, laminina asigură o solidă ancorare a celulei la MEC. Integrinele sunt receptori membranari (fac parte şi ele din familia SAM) care au o porţiune intracelulară ce aderă la citoscheletul celulei (la nivelul hemidesmozomilor de filamentele intermediare, iar în alte localizări de actina reţelei terminale), şi o porţiune extracelulară ce aderă la laminină, realizând legătura transmembranară dintre celula epitelială şi MB (fig. 1). Se consideră că integrinele reprezintă principala cale de comunicare a celulei epiteliale cu MEC. - lamina densa are în general aceeaşi grosime ca şi lamina lucida, dar este electronodensă. Examinată la o rezoluţie mare ea are o structură fibrilară. Constituentul major este o proteină fibroasă, colagenul IV, un tip de colagen, care se găseşte exclusiv în MB. Colagenul IV aderă intim la laminină printr-un situs de legătură, proces controlat de entactină. Cele două reţele moleculare, cea de laminină şi cea de colagen tip IV, mai sunt solidarizate între ele, precum şi de lamina reticularis, printr-un ansamblu de molecule de colagen VII, care formează fibrilele de ancorare (fig. 1), structuri cu importanţă crucială în integritatea morfofuncţională a MB. Ele îşi au originea în apropierea hemidesmozomilor şi se fixează cu capătul opus pe lamina reticularis. Alţi constituenţi biochimici ai laminei densa, a căror localizare şi funcţie este mai puţin cunoscută sunt: proteoglicanii (heparan şi condroitin sulfaţii), care se pare că datorită încărcăturii lor negative controlează pasajul ionilor prin MB, şi fibronectina (glicoproteină a MEC), ce posedă situsuri de fixare pentru toţi constituenţii MB (unul pentru colagen, două pentru heparan sulfaţi şi două pentru integrine) asigurându-le solidarizarea.
9 Epiteliile
- lamina reticularis este un produs exclusiv al celulelor conjunctive şi este mai bine reprezentată în epiteliile cu rol de protecţie (de exemplu în epiderm). Este formată din colagen III sau fibre de reticulină, evidenţiabile în impregnaţii argentice într-un aranjament sub formă de anse. Ele sunt fixate de celelalte două lame prin fibrilele de ancorare. Lamina densa prezintă la locul de contact cu lamina reticularis fine proiecţii, ce se împletesc cu fibrele de colagen III, constituind puncte şi mecanisme suplimentare de legătură între cele două zone. Alt component al laminei reticularis sunt microfibrilele de fibrilină, care ancorează lamina densa la fibrele elastice ale MEC.
Figura 1. Membrana bazală și hemidesmozomul (modificat după Welsch, 2003). 1 – filamente intermediare, 2 – placa de adeziune intracelulară, 3 – integrine, 4 – membrană celulară, 5 – lamina lucida, 6 – laminină, 7 – fibrile de ancorare, 8 – lamina densa (colagen IV), 9 – lamina reticularis, 10 – fibre de reticulină.
Funcţiile MB Prezenţa MB este esenţială pentru dezvoltarea şi funcţia epiteliilor. În consecinţă, rolurile ei sunt multiple şi complexe, multe dintre ele fiind încă puţin cunoscute: - leagă structural epiteliile de ţesutul conjunctiv subiacent - constituie o barieră între epitelii şi ţesutul conjunctiv - induce polaritatea şi diferenţierea celulară, mai ales a celulelor stem. De exemplu celulele epiteliale crescute in vitro sunt aplatizate şi lipsite de orientare; aceleaşi celule devin similare cu cele in vivo dacă vor fi crescute pe un suport ce conţine constituenţi ai MB. De asemenea, ea are rol esenţial pe parcursul embriogenezei, controlând creşterea şi migrarea celulelor. - are rol esenţial în fenomenul de migrare celulară în perioada de embriogeneză, dar şi în condiţii patologice cum ar fi metastazarea tumorilor maligne ale epiteliilor (carcinoame) - conferă un schelet pentru construcţia şi reconstrucţia epiteliilor. Celulele nou formate utilizează MB rămasă după moartea celulară programată sau accidentală, pentru a reconstitui arhitectura iniţială a epiteliului. - filtru selectiv: controlează trecerea ionilor şi a altor substanţe din şi în ţesutul conjunctiv. Implicaţii în patologie: principiul procesului de metastazare tumorală Metastazarea reprezintă în esenţă răspândirea unei tumori maligne la distanţă de focarul primitiv. Schematic, metastazele tumorilor epiteliale maligne se produc în felul următor: celulele epiteliale maligne trimit semnale de un anumit tip fibroblastelor din ţesutul conjunctiv subiacent, care vor secreta ca răspuns metaloproteinaze. Metaloproteinazele modifică compoziţia MB, facilitând migrarea celulelor maligne spre MEC, şi apoi eventual spre sânge prin alterarea MB endoteliale.
10 Epiteliile
Influenţa pe care o exercită MB asupra celulelor epiteliale este rezultatul interacţiunii dintre integrine şi moleculele de adeziune la substrat ale matricei extracelulare (fibronectina şi laminina). Moleculele de adeziune pot induce activarea integrinelor şi pot transmite astfel un semnal intracelular via citoschelet, având ca rezultat activarea protein-kinazelor. Această semnalizare modulează expresia unui ansamblu de gene situate intracelular, cu efect direct asupra proliferării, diferenţierii şi migrării celulare. Pe de altă parte, integritatea MB este controlată în permanenţă printr-un ansamblu de proteinaze, numite metaloproteinaze şi prin inhibitorii lor. Acestea sunt sintetizate de celulele ţesutului conjunctiv (fibroblastele).
Hemidesmozomii: joncţiuni celulă - matrice extracelulară Ataşarea domeniului bazal al celulei epiteliale de MB se face printr-un tip particular de joncţiuni de ancorare: hemidesmozomii şi punctele aderenţiale. Aceste joncţiuni sunt mai proeminente în epiteliile supuse permanent la abraziune sau forţe mecanice, care ar putea detaşa celula de ţesutul conjunctiv subiacent. Hemidesmozomii sunt jumătăţi de desmozom şi au o structură similară cu aceştia. Moleculele transmembranare sunt integrinele, spre deosebire de desmozomi unde aceste molecule sunt caderinele. Ele se cuplează pe o placă intracelulară de ataşare de care se leagă componentele citoscheletului. Prin intermediul integrinelor, care au receptori pentru laminină şi fibronectină, filamentele intermediare se leagă de matricea extracelulară.
Labirintul bazal Domeniul bazal al celulelor este în general neted. În epiteliile care îndeplinesc funcţii de transport (tubi renali, canale de excreţie a glandelor salivare), membrana celulară prezintă canale şi pompe ionice, precum şi invaginaţii profunde în citoplasmă, cu rol de mărire a suprafeţei (fig. 2). În compartimentele citoplasmatice rezultate sunt aşezate longitudinal mitocondrii, care furnizează energia pentru transportul activ. Prezenţa invaginaţiilor şi a mitocondriilor dă un aspect striat acestei zone.
A
B
Figura 2. Labirint bazal. A. Reprezentare schematică: 1 – mitocondrie, 2 – membrana celulară (plicaturare a membranei celulare); B. Imagine histologică: labirintul bazal al canalului striat (glande salivare).
11 Epiteliile
Domeniul apical Specializările prezente la nivelul polului apical al celulelor epiteliale asigură îndeplinirea unor funcţii specifice, cum ar fi aceea de absorbţie, de deplasare a conţinutului etc. şi sunt reprezentate de microvilozităţi, stereocili şi cili.
Microvilozităţile Microvilozităţile sunt plicaturări ale membranei celulare, ce au rolul de a mări suprafaţa celulară; ele sunt prezente în epiteliile cu rol de absorbţie sau de reabsorbţie. În microscopia optică (fig. 3) ele apar ca o fină bandă striată la polul apical al celulelor, numită platou striat în intestinul subţire şi margine în perie în tubii renali.
Figura 3. Platou striat (epiteliu intestinal). 1 – platou striat, 2 – epiteliu.
În microscopia electronică, microvilozităţile sunt vizibile ca fine proiecţii digitiforme ale membranei celulare, strâns împachetate, uniforme şi paralele între ele. Din vârful fiecărei microvilozităţi pornesc alte fine proiecţii ramificate (constituite din oligozaharide), ce formează stratul de glicocalix de la suprafaţa membranei celulare. El se poate evidenţia în coloraţia PAS.
Figura 4. Ultrastructura microvilozităţii (modificat după Stevens şi Lowe, 1997). 1 – glicocalix, 2 – membrana celulară (pol apical), 3 – miozină şi ezrină, 4 şi 7 – filamente de actină, 5 – vilină, 6 – spectrină, 8 – reţea terminală.
12 Epiteliile
În general numărul şi forma microvilozităţilor este în strânsă legătură cu capacitatea de absorbţie a celulei respective. Fiecare microvilozitate conţine în ax microfilamente de actină (2535), paralele cu axul lung al microvilozităţilor, ataşate pe de o parte de membrana celulară din vârful microvilozităţii, pe de altă parte de reţeaua terminală (o reţea de filamente aşezate orizontal, paralel cu membrana celulară, alcătuită la rândul ei din α-actină şi filamente intermediare)(fig. 4). La nivel molecular, microfilamentele de actină sunt legate: - între ele prin vilină, o polipeptidă ce consolidează microfilamentele - de moleculele de miozină, situate pe faţa internă a membranei microvilozităţii, prin ezrină; ataşarea microfilamentelor de actină de aceste molecule asigură poziţia verticală a microvilozităţii - de reţeaua terminală prin spectrină (fig. 4).
Stereocilii Stereocilii sunt microvilozităţi foarte lungi, care din punct de vedere morfologic pot fi confundaţi cu cilii, dar care au aceeaşi ultrastructură cu microvilozităţile. Stereocilii sunt vizibili de obicei în microscopia optică la polul apical al celulelor. Se găsesc exclusiv în epiteliul pseudostratificat al epididimului (fig. 5) şi în celulele senzoriale din urechea internă.
Figura 5. Stereocili (epididim).
Cilii Cilii vibratili sunt structuri citoplasmatice mobile, ale căror mişcări sincrone permit deplasarea fluidelor sau particulelor prezente pe suprafaţa epiteliului. Numărul lor este foarte variabil: de la unul pe celulă (rete testis) până la câteva sute (epiteliul respirator, trompa uterină). Toţi cilii au aceeaşi lungime, reprezentând aproximativ jumătate din înălţimea celulei din care provin. Sunt bine vizibili în microscopia optică datorită lungimii lor (sunt de 10 ori mai lungi decât microvilozităţile) şi datorită unei linii întunecate, aparent continue, situată imediat sub domeniul apical al membranei celulare, linia corpusculilor bazali (fig. 6). În microscopia electronică se observă că această linie este discontinuă, deoarece fiecare cil are corpusculul său bazal. Ultrastructural, fiecare cil este delimitat de membrana plasmatică. Partea centrală, numită axonemă conţine 20 de microtubuli aşezaţi sub formă de perechi: o pereche central, şi 9 perechi sau dubleţi la periferie (fig. 7). La nivel molecular, în fiecare dublet periferic, numai unul dintre microtubuli are o circumferinţă completă, alcătuită din 13 dimeri de tubulină dispuşi helicoidal (microtubulul A). Microtubulul
13 Epiteliile
alăturat (microtubulul B) are numai 10 dimeri de tubulină şi formează un cerc incomplet: el nu are perete propriu pe partea cu care se ataşează la microtubulul A (fig.7).
Figura 6. Cili în epiteliul respirator (trahee).
La intervale regulate (24 nm), dubleţii trimit braţe laterale de dineină în formă de cârlig (braţe cu activitate ATP-azică indispensabilă mişcărilor ciliare), care formează legături temporare între tubul complet (microtubulul A) şi cel incomplet (microtubulul B) al dubletului următor. La intervale mai mari (86 nm) nexina, o proteină elastică a axonemei, leagă permanent microtobulul A de microtubulul B al dubletului învecinat. Fiecare din cei nouă dubleţi periferici trimit prelungiri sub formă de spiţe („radial spokes”) spre microtubulii centrali (fig.7). Prezenţa lor, precum şi a nexinei, permite mişcările ample ale cililor.
Figura 7. Ultrastructura cilului (modificat după Stevens şi Lowe, 1997). 1 – dubleţi de microtubuli periferici (microtubuli A, microtubuli B) , 2 – braţe de dineină, 3 – nexină, 4 – spiţe, 5 – pereche de microtubuli situaţi central.
La bază axonema se inseră în corpusculul bazal, o structură individuală pentru fiecare cil, care are un aranjament microtubular identic cu cel al centriolului (9 grupe de tripleţi de microtubuli). Microtubulii axonemei se termină în mod diferit: cei centrali la baza cilului, iar cei periferici se continuă cu cele 2 subunităţi interne ale tripleţilor din peretele corpusculului bazal. Mişcarea cililor este sincronă şi ondulantă, energia necesară fiind furnizată de mitocondrii, prezente în număr mare în citoplasmă. Deşi structura cililor este cunoscută, mecanismul prin care ei se mişcă este încă incomplet înţeles. Se pare că mobilitatea lor ar fi rezultatul mişcărilor longitudinale ale dubleţilor, unul în raport cu celălalt, în care dineina din braţele laterale ale dubleţilor are rolul principal.
14 Epiteliile
Implicaţii în patologie: boli legate de anomaliile cililor Sindromul Kartagener este o boală ereditară în care apare o anomalie structurală a cililor prin lipsa dineinei din braţele laterale ale dubleţilor. Motilitatea cililor este profund afectată sau chiar absentă. În consecinţă, transportul mucusului spre exteriorul arborelui respirator este redus sau absent. Secreţiile stagnează, iar bolnavii prezintă boli respiratorii cronice (bronşite şi sinuzite). Asociat acestor manifestări respiratorii cei afectaţi mai pot prezenta situs inversus al diferitelor organe viscerale. Bărbaţii afectaţi sunt sterili, deoarece flagelul spermatozoidului, care are structură asemănătoare unui cil, este imobil.
Domeniul lateral Joncţiunile intercelulare Feţele laterale ale celulelor epiteliale realizează coeziunea şi comunicarea intercelulară printr-o serie de dispozitive ce permit controlarea circulaţiei diferitelor substanţe între mediul extern şi intern, şi coordonarea celulelor în aşa fel încât epiteliul să funcţioneze ca o unitate. Se descriu trei tipuri de joncţiuni intercelulare: ocluzive, aderenţiale şi comunicante. Asocierea mai multor tipuri de joncţiuni formează complexele joncţionale. La nivel molecular, fiecare tip de joncţiune este constituită dintr-o placă de adeziune intracelulară (alcătuită dintr-un anumit tip de proteine) şi din molecule transmembranare, care se leagă pe de o parte de placă, şi pe de altă parte de structuri extracelulare. Joncţiunile ocluzive (joncţiuni strânse sau zonula occludens, ZO), situate imediat sub polul apical al celulei sub forma unei benzi circumferenţiale, au rolul de a închide ermetic spaţiul intercelular. Joncţiunile ocluzive sunt foarte bine dezvoltate în celulele epiteliale din intestinul subţire sau din tubii renali. Ultrastructural, la nivelul ZO membranele plasmatice ale celulelor adiacente fuzionează prin intermediul unui sistem de creste intricate, ce se închid în mod similar dinţilor unui fermoar (fig. 8).
Figura 8. Zonula occludens (modificat după Welsch, 2003). 1 – membrana celulară, 2 – zonula occludens, 3 – ocludine, 4 – proteine de placă (Z0-1, Z0-2, Z0-3), 5 – microfilamente de actină şi spectrină.
La nivel molecular, această închidere se realizează cu ajutorul a trei tipuri de molecule: - proteinele zonulei ocludens: ZO-1, ZO-2, ZO-3 sunt proteinele de placă - ocludinele şi claudinele care sunt moleculele transmembranare ce interacţionează cu moleculele transmembranare situate vis à vis, pe celula învecinată, în mod similar unui fermoar. Porţiunea lor intracitoplasmatică se leagă de proteinele de placă. Se consideră că ele sunt structurile care sigileză spaţiul intercelular. - moleculele citoscheletului (microfilamentele de actină şi spectrină), care se inseră pe proteinele de placă.
15 Epiteliile
Joncţiunile ocluzive au două funcţii principale: - funcţie de adeziune, menţinând coeziunea ţesutului epitelial prin realizarea aderenţei intercelulare - funcţie de barieră: ZO blochează circulaţia liberă a proteinelor şi lipidelor membranei celulare; se delimitează în felul acesta două compartimente cu structură moleculară diferită, şi anume domeniul membranar apical şi domeniul membranar bazo-lateral. Tot în cadrul acestei funcţii de barieră, sigiliul ZO determină un traseu transcelular obligatoriu substanţelor care trec în interstiţiu. Joncţiunile aderenţiale (de ancorare), situate de obicei sub cele ocluzive, au rolul de a lega strâns între ele ansamblul celulelor epiteliale. Ele reprezintă locuri de ancorare a componentelor citoscheletului, în aşa fel încât citoscheletul unui grup de celule funcţionează ca o unitate, conferind stabilitate mecanică acelui grup. Ele sunt de două tipuri: zonula adherens şi macula adherens (desmozomii). - zonula adherens este situată sub ZO şi reprezintă puncte de ancorare şi legătură a filamentelor de actină din citoscheletul celulelor învecinate. Principala moleculă de adeziune transmembranară a zonulei adherens este E-caderina, a cărei activitate este calciu dependentă. Absenţa calciului duce la disocierea moleculelor de E-caderină şi la ruperea joncţiunii. Placa intracitoplasmatică a zonulei adherens conţine catenină şi plakoglobină. Porţiunea terminală, intracitoplasmatică a E-caderinei se leagă de catenină, iar complexul format (E-caderinăcatenină) de actina din citoscheletul celulei. - macula adherens sau desmozomii (fig. 9) sunt puncte de ancorare ce asigură un ataşament intercelular foarte strâns. Nu sunt specifici celulelor epiteliale. În celulele epiteliale ele sunt situate imediat sub zonula adherens. Moleculele transmembranare ale desmozomilor sunt un tip particular de caderine, şi anume desmocolina şi desmogleina. Placa intracelulară este constituită din plakoglobină şi desmoplakină. Elementele citoscheletului legate de desmozomi sunt filamentele intermediare de citocheratină, care se ancorează în placa desmozomilor sub forma unui ac de păr.
Figura 9. Desmozom (modificat după Welsch, 2003). 1 – membrana celulară, 2 – spaţiu intercelular, 3 – caderine, 4 – filamente intermediare (citocheratină), 5 – placa intracelulară de ataşare.
Joncţiunile comunicante numite şi joncţiuni gap sau nexusuri, asigură o comunicare intercelulară funcţională şi difuziunea selectivă a moleculelor. O joncţiune gap este formată dintr-o multitudine de canale, ce permit trecerea de la o celulă la alta a ionilor cu încărcătură electrică pozitivă şi a moleculelor mai mici de 2 nm diametru (în particular calciul şi AMP-ul ciclic). Ionii cu încărcătură electrică negativă şi moleculele mari sunt respinse. Moleculele transmembranare sunt în exclusivitate conexinele. Celula ce participă la formarea unui canal intercelular trimite spre celula vecină un hemicanal numit conexon, care este constituit din 6 molecule de conexine asamblate sub formă de cilindru. Prin unirea a două conexoane învecinate
16 Epiteliile
se formează un canal tubular, care traversează spaţiul intercelular, făcând posibilă circulaţia intercelulară (fig. 10). Ţesuturile epiteliale au puţine joncţiuni de tip gap, spre deosebire de alte ţesuturi, ca de exemplu ţesutul muscular cardiac şi scheletic, ţesuturile embrionare, unde aceste tipuri de joncţiuni sunt foarte numeroase.
Figura 10. Joncţiune gap (nexus) (modificat după Welsch, 2003). 1 – membrana celulară, 2 – conexon.
Complexele joncţionale constau în asocierea mai multor tipuri de joncţiuni cu o anumită organizare, care e specifică celulelor epiteliale (fig. 11). Ele constau dintr-o aşezare perfect ordonată, în apropierea polului apical, a următoarelor joncţiuni: joncţiunea ocluzivă, zonula adherens şi un rând paralel de desmozomi. În schimb, în restul domeniului bazo-lateral, joncţiunile comunicante şi desmozomii sunt aşezaţi aleator.
Figura 11. Specializări membranare (modificat după Welsch, 2003). 1 – microvilozităţi, 2 – filament de actină, 3 – zonula occludens, 4 – reţea terminală, 5 – zonula adherens, 6 – desmozomi (maculae adherens), 7 – joncţiuni de tip gap (nexus), 8 – hemidesmozom, 9 – placă intracelulară de ataşare, 10 – membrană bazală.
17 Epiteliile
Implicaţii în patologie: patologia joncţiunilor Pemfigusul este o boală autoimună a pielii în care organismul produce auto-anticorpi antidesmogleină. Desmozomii nu-şi mai îndeplinesc rolul normal de adeziune. Celulele îşi pierd coeziunea şi pe tegumente apar formaţiuni buloase asemenea blisterelor (ambalajul medicamentelor), fenomen denumit acantoliză. Pierderea joncţiunilor intercelulare poate să apară şi în tumorile maligne.
Plicaturările laterale Plicaturările laterale se găsesc în regiunea domeniului bazo-lateral al celulelor cu funcţii de absorbţie a apei şi electroliţilor. La acest nivel membrana celulară are un traiect foarte sinuos datorită prezenţei unor plicaturări adânci, interdigitate cu plicaturările celulei învecinate. În aceste plicaturări se găsesc ATP-aze Na+/K+-dependente, care transportă activ ionii de Na din celulă în acest spaţiu intercelular, schimbându-l cu K+. Apa, urmărind gradientul de concentraţie, iese din celulă şi prin acumulare lărgeşte spaţiul intercelular. Creşterea presiunii hidrostatice obligă apa şi electroliţii să treacă în MEC a ţesutului conjunctiv subiacent. Prezenţa joncţiunilor intercelulare, mai ales a celor ocluzive, împiedică pasajul acestor elemente spre polul apical. Citoplasma celulei va fi spoliată de apă şi electroliţi, ce vor fi înlocuite prin difuziune din lumen, prin specializările polului apical (microvilozităţi). Se asigură în felul acesta circulaţia continuă transcelulară şi unidirecţională a lichidelor din lumenul unui organ în MEC.
Polaritatea epiteliilor Celulele epiteliale sunt polarizate, această polarizare ajutând celula să-şi îndeplinească funcţiile: de secreţie, de absorbţie, de reglare a traficului de ioni etc. Polaritatea celulelor epiteliale este de trei feluri: morfologică, moleculară şi funcţională. Polaritatea morfologică constă în: - prezenţa unor specializări membranare specifice pe fiecare din domeniile celulei - localizarea supranucleară a centrozomului şi a complexului Golgi - acumularea produsului elaborat la polul apical al celulei în epiteliile cu rol secretor - prezenţa joncţiunilor intercelulare ocluzive în apropierea suprafeţei libere a celulei. Polaritatea moleculară se referă în principal la moleculele membranei celulare. ZO este structura care controlează distribuţia şi circulaţia acestor molecule la nivelul domeniului apical sau a celui bazolateral. Geneza şi menţinerea acestor domenii membranare necesită intrarea în funcţiune a unor sisteme complexe ce permit trierea şi dirijarea acestor molecule spre domeniile membranare specifice. Polaritatea funcţională decurge din polaritatea morfologică şi moleculară. Un bun exemplu îl constituie celulele epiteliale din intestinul subţire. Funcţia lor principală este absorbţia şi transportul nutrimentelor din intestin spre sânge. Polul apical al celulelor este în contact cu lumenul intestinului, în vreme ce polul bazal este în contact cu MB şi prin ea cu MEC în care se găsesc vasele de sânge. Prezenţa joncţiunilor ocluzive din apropierea domeniului apical impune pasajul transcelular al nutrimentelor până la MB, apoi în MEC, de unde ele vor difuza spre vasele de sânge. Dacă luăm ca exemplu glucoza, absorbţia acesteia necesită 2 tipuri de proteine membranare: - transportori activi ai glucozei cuplaţi cu sodiul, localizaţi la polul apical al celulei - proteine transportoare localizate în domeniul bazo-lateral, care facilitează difuziunea glucozei spre spaţiul extracelular bazo-lateral.
18 Epiteliile
Histogeneza epiteliilor Epiteliile îşi au originea în toate cele trei foiţe embrionare, dar mai ales din ecto şi endoderm. Din ectoderm îşi au originea: - epiteliul cornean şi epidermul pielii, care împreună acoperă toată suprafaţa corpului - anexele pielii (glandele sebacee, sudoripare, glanda mamară, unghia, firul de păr) - organul smalţului - epiteliul cavităţii bucale şi al regiunii anale - adenohipofiza - urechea internă. Din endoderm provin: - epiteliul tubului digestiv - glandele anexe ale tubului digestiv şi canalele lor de excreţie (glandele salivare, ficatul, pancreasul) - epiteliul respirator - unele glande endocrine (tiroida, paratiroida). Din mezoderm derivă epiteliile: - rinichiului şi căilor urinare - aparatului genital masculin şi feminin - endoteliile şi mezoteliile. Implicaţii în patologie: tumorile ţesutului epitelial Tumorile sau neoplasmele sunt creşteri anormale ale unui ţesut. Ele iau naştere atunci când mecanismele de control ale creşterii celulare sunt tulburate sau dispar. Tumorile pot fi benigne atunci când seamănă cu ţesutul din care au provenit şi au o creştere localizată, sau maligne atunci când aspectul este anormal, diferit de ţesutul din care au provenit, iar tumoarea invadează ţesuturile din jur şi/sau dă metastaze în alte părţi ale organismului. Tumorile benigne ale epiteliilor se numesc: - papiloame dacă provin din epiteliul de acoperire - adenoame dacă provin din epiteliul glandular. Tumorile maligne ale epiteliilor se numesc: - carcinoame dacă iau naştere din epiteliul de acoperire - adenocarcinoame dacă iau naştere din epiteliile glandulare.
Reînnoirea şi regenerarea epiteliilor Majoritatea epiteliilor au o durată limitată de viaţă. Ele sunt în permanenţă înlocuite prin înmulţirea celulelor stem sau de rezervă. Rata turnover-ului, adică rata de înlocuire a celulelor, este variabilă de la un epiteliu la altul. De exemplu, la om, celulele epiteliului intestinal au o durată de viaţă de aproximativ 4-6 zile. Ele sunt înlocuite prin diviziunile celulelor stem din criptele intestinale. Celulele nou formate migrează până la suprafaţa vilozităţilor, unde după cele 4-6 zile mor şi vor fi la rândul lor înlocuite. Epiteliul stratificat pavimentos al pielii este înlocuit periodic la 28 de zile prin activitatea mitotică a celulelor din stratul bazal sau germinativ. Şi aici, celulele nou formate se diferenţiază, se maturează, acumulează în citoplasmă cheratină, degenerează şi mor. În alte epitelii, mai ales în cele care formează glande complexe, cum este ficatul, rata de înlocuire a celulelor este mai scăzută. Regenerarea epiteliilor se poate demonstra în cazul plăgilor, unde integritatea epiteliului este întreruptă. În cursul procesului de vindecare (de regenerare), celulele situate pe marginea plăgii migrează şi formează un fin strat ce umple spaţiul rămas gol, apoi prin proliferare refac întreaga grosime a epiteliului.
19 Epiteliile
Clasificarea epiteliilor Clasificarea epiteliilor se poate face după mai multe criterii. După rol, epiteliile pot fi: - de acoperire - glandulare - senzoriale După numărul de rânduri celulare, epiteliile pot fi: - simple sau unistratificate, formate dintr-un singur rând de celule - stratificate, formate din mai multe rânduri celulare După forma celulelor, deosebim trei tipuri de epitelii, cu menţiunea că epiteliile stratificate se clasifică după forma celulelor din stratul superficial: - pavimentoase - cubice - cilindrice După specializările polului apical: - ciliate - neciliate.
Epiteliile de acoperire Epiteliile de acoperire sunt epitelii care îndeplinesc funcţii de barieră şi protecţie. Ele vor fi descrise şi clasificate după: numărul de straturi celulare şi forma celulelor.
Epiteliile simple Sunt formate dintr-un singur rând de celule, fiecare celulă având contact direct cu MB. Epiteliile simple se întâlnesc la nivelul unor interfeţe implicate în difuziune, secreţie sau absorbţie. Epiteliile simple oferă o slabă protecţie împotriva abraziunii şi de aceea nu le vom întâlni niciodată pe suprafeţe supuse acestui fel de agresiune. Celulele ce formează aceste epitelii au forme variate, strâns legate de funcţia pe care o îndeplinesc: cilindrice în epiteliul intestinului subţire, cu o intensă activitate metabolică, pavimentoase în alveolele pulmonare unde ele constituie o barieră slabă la difuziune.
Epiteliul simplu pavimentos (scuamos) Este format dintr-un singur rând de celule turtite, aplatizate în aşa fel încât axul lor mare este paralel cu membrana bazală pe care se sprijină (fig. 12). Grosimea lui mică face ca el să fie greu de observat pe secţiuni transversale, celulele fiind puse în evidenţă doar prin nucleii hipercromi şi proeminenţi în lumenul pe care-l căptuşesc (fig. 13 B). De aceea, acest tip de epiteliu se studiază prin etalarea lui pe lamă (fig. 13 A). Privite de sus, celulele sunt poligonale, cu interdigitaţii (margini crenelate) foarte strânse şi neregulate, ce se întrepătrund. În mod elegant, această formă particulară a celulelor se pune în evidenţă prin impregnaţii argentice, nitratul de argint precipitându-se în spaţiul intercelular.
Figura 12. Epiteliu simplu pavimentos, reprezentare schematică. 1 – membrana bazală, 2 – celulă pavimentoasă.
20 Epiteliile
B
A
Figura 13. Epiteliu simplu pavimentos. A. Mezenter, preparat histologic etalat; B. Endoteliu, secţiune histologică: 1 – nucleii celulelor endoteliale, 2 – ţesut conjunctiv.
Ultrastructural citoplasma celulelor este puţin densă, conţine puţine organite, iar cromatina nucleară este condensată. Toate aceste caractere morfologice denotă o slabă activitate metabolică. Localizare: se găseşte în alveolele pulmonare, foiţa parietală a capsulei Bowman, segmentul subţire al ansei Henle. De asemenea, tapetează lumenul vaselor, şi în acest caz se numeşte endoteliu, sau unele cavităţi mari unde se numeşte mezoteliu (pleura, peritoneu, pericard). Funcţia principală este aceea de tapetare (acoperire), dar în unele localizări permite difuziunea lichidelor (în mezotelii) sau a gazelor (în alveolele pulmonare).
Epiteliul simplu cubic Este o formă intermediară între epiteliul pavimentos şi cilindric. Pe o secţiune perpendiculară pe membrana bazală, celulele acestui epiteliu apar pătrate (au toate laturile egale), cu un nucleu rotund situat în centru (forma nucleului este adaptată la forma celulei) (fig. 14). Privite în spaţiu, celulele acestui epiteliu au formă cubică.
A
B
Figura 14. Epiteliu simplu cubic. A. Reprezentare schematică: 1 – membrana bazală, 2 – celulă cubică; B. Imagine histologică, tub colector din rinichi.
Ultrastructura celulelor este mai complexă decât a celulelor pavimentoase. Celulele cubice pot prezenta specializări ale diferitelor domenii: microvilozităţi, labirint bazal sau pot conţine organite celulare implicate în procese de sinteză precum şi vezicule de secreţie. Specializările şi organitele sunt însă mult mai puţin proeminente decât în epiteliul simplu cilindric.
21 Epiteliile
Localizare: foliculii tiroidieni, canalele de excreţie ale glandelor salivare, canalele biliare intrahepatice, tubul colector renal, suprafaţa ovarului, plexul coroid, epiteliul pigmentar al retinei. Funcţia principală a epiteliului simplu cubic este de căptuşire, dar poate îndeplini şi funcţii de secreţie sau absorbţie.
Epiteliul simplu cilindric Pe secţiunile histologice celulele acestui epiteliu apar dreptunghiulare, cu axul lung perpendicular pe membrana bazală. Privite în spaţiu, ele sunt prismatice. Nucleii sunt ovalari (corespunzător formei celulei), cu axul lung perpendicular pe MB, aşezaţi în general la acelaşi nivel în toate celulele (fig. 15). Ultrastructura epiteliului simplu cilindric este foarte complexă, deoarece el îndeplineşte funcţii multiple: căptuşire, absorbţie, secreţie. Astfel, la polul apical pot fi prezente microvilozităţi sub formă de bordură în perie sau platou striat (epiteliu absorbtiv). Tot la polul apical celulele pot prezenta cili şi atunci epiteliul se descrie ca o entitate aparte: epiteliu cilindric ciliat. La polul bazal celulele pot prezenta labirint bazal sau plicaturări laterale, structuri implicate în procese de absorbţie şi reabsorbţie. Citoplasma conţine organite numeroase, bine dezvoltate, granule de secreţie sau substanţe absorbite. Localizare: tapetează tubul digestiv de la cardie până la canalul anal, vezica biliară, canalele striate din glandele salivare, cavitatea uterină (endometru), trompa uterină, ductul epididimar etc. Funcţia este complexă: căptuşire, absorbţie, secreţie.
A
B
Figura 15. Epiteliu simplu cilindric. A. Reprezentare schematică: 1 – membrana bazală, 2 – celulă cilindrică (prismatică); B. Imagine histologică, vezica biliară.
Epiteliul pseudostratificat Epiteliul pseudostratificat este un tip particular de epiteliu simplu cilindric, în care toate celulele sunt aşezate pe membrana bazală, dar nu toate ajung la suprafaţă. Datorită înălţimii diferite a celulelor, nucleii apar aşezaţi pe cel puţin 3 rânduri, ceea ce dă o impresie de falsă stratificare (pseudostratificare) (fig. 16). Limitele intercelulare nu sunt vizibile. Poate fi ciliat sau neciliat. Epiteliul pseudostratificat este format din mai multe tipuri de celule: - celule bazale cu nucleii rotunzi situaţi în apropierea membranei bazale, sunt celule joase, care nu ajung până la suprafaţa epiteliului. Prin diferenţiere, celulele bazale dau naştere celorlalte celule care intră în componenţa acestui epiteliu. - celule ciliate, celule cu microvilozităţi şi celule caliciforme (cu polul apical mai larg şi polul bazal mai îngust, conţinând un nucleu alungit). Aceste celule ajung până la suprafaţa epiteliului. - celule neuroendocrine sunt localizate tot bazal, nu ajung la suprafaţa epiteliului şi nu pot fi diferenţiate de celulele bazale decât imunohistochimic. - celule pe cale de diferenţiere din celulele bazale, cu înălţimi intermediare între acestea şi cele care ajung la suprafaţa epiteliului.
22 Epiteliile
A
B
Figura 16. Epiteliu pseudostratificat ciliat. A. Reprezentare schematică: 1 – membrana bazală, 2 – celulă bazală, 3 – celulă cilindrică ciliată, 4 – celulă intermediară, 5 – celule neuroendocrine; B. Imagine histologică, trahee.
Epiteliul pseudostratificat se deosebeşte de epiteliul stratificat prin următoarele caracteristici: - celulele sale individuale sunt polarizate - nucleii celulelor sunt situaţi în cele 2/3 inferioare ale grosimii epiteliului - cele mai multe epitelii pseudostratificate sunt ciliate, în vreme ce epiteliile stratificate nu sunt niciodată ciliate - toate celulele vin în contact cu membrana bazală. Localizare: căile aeriene superioare, tuba auditivă şi cavitatea timpanică au epiteliu pseudostratificat ciliat, iar uretra peniană şi canalele excretoare ale glandelor salivare, neciliat.
Epiteliile stratificate Caracteristic acestor epitelii este prezenţa a cel puţin două rânduri de celule. Pluristratificarea are în primul rând funcţie de protecţie, iar numărul de straturi celulare depinde de tipul şi gradul agresiunii la care este supus epiteliul respectiv. Datorită grosimii, epiteliile stratificate sunt incapabile de absorbţie sau secreţie. Cu toate acestea, unele epitelii sunt permeabile la apă şi la moleculele mici. Clasificarea acestor epitelii se face după aspectul celulelor din stratul superficial.
Epiteliul stratificat pavimentos (scuamos) necheratinizat Este alcătuit dintr-un număr variabil de rânduri celulare, care sunt diferite morfologic şi funcţional din profunzime spre suprafaţă. Se pot distinge următoarele straturi (fig. 17): - stratul bazal este cel mai profund, în contact direct cu membrana bazală. Este format dintr-un singur rând de celule stem, de formă cubică, care prin mitoze succesive, vor da naştere celulelor din straturile superioare. Datorită capacităţii sale mitotice se mai numeşte strat germinativ. - stratul mijlociu sau spinocelular este format din mai multe rânduri de celule poliedrice (poligonale), cu limite celulare nete, cu numeroşi desmozomi şi interdigitaţii care conferă aspectul spinos. În timpul migrării spre suprafaţă, celulele se maturează, apoi, pe măsură ce se îndepărtează de ţesutul conjunctiv, degenerează. - stratul superficial sau descuamativ este format din mai multe rânduri de celule turtite, cu axul lung paralel cu membrana bazală. Celulele prezintă semne de degenerescenţă: au citoplasma palidă sau absentă, nucleul din ce în ce mai mic, mai condensat (hipercrom), situat excentric în celulă. Caracteristic acestui epiteliu este prezenţa nucleilor până în stratul superficial. Consecutiv degenerării, celulele acestui strat se descuamează. Localizare: având în vedere că este rezistent la abraziune, dar nu rezistă la deshidratare, acest epiteliu căptuşeşte cavităţi care sunt umectate de secreţii glandulare locale: cavitatea bucală, faringe, esofag, canal anal, vagin.
23 Epiteliile
B
A
Figura 17. Epiteliu stratificat pavimentos necheratinizat. A. Reprezentare schematică: 1 - strat bazal (germinativ), 2 – strat spinocelular, 3 – strat superficial; B. Imagine histologică, epiteliul mucoasei vaginale.
Dacă este supus frecării şi deshidratării, epiteliul stratificat pavimentos necheratinizat se poate cheratiniza, adică poate prezenta la suprafată un strat mai subţire sau mai gros de cheratină. Acest fenomen de transformare a unui tip de epiteliu într-un alt tip, poartă numele de metaplazie.
Epiteliul stratificat pavimentos (scuamos) cheratinizat Este o variantă a celui necheratinizat, adaptat să reziste mai bine la deshidratare şi frecare. Caracteristic este faptul că pe parcursul maturării, celulele epiteliale acumulează treptat în citoplasmă granule de cheratohialin (o scleroproteină). Cheratohialinul va ocupa în final întreaga celulă în detrimentul citoplasmei, organitelor şi a nucleului, cheratinizarea marcând maturizarea completă a celulei.
A
B
Figura 18. Epiteliu stratificat pavimentos cheratinizat. A. Reprezentare schematică: 1 – strat bazal, 2 – strat spinocelular, 3 – strat cornos; B. Imagine histologică, pulpa degetului.
24 Epiteliile
Prezenţa cheratinei este specifică epidermului şi poate fi considerată o diferenţiere specifică a polului apical, care interesează ansamblul celulelor. Grosimea stratului de cheratină variază în funcţie de intensitatea forţelor de frecare la care sunt supuse diferitele zone ale epidermului. În epiteliul stratificat pavimentos cheratinizat se pot identifica mai multe straturi celulare al căror aspect morfologic şi structură este diferită (fig. 18 A): - stratul bazal sau germinativ şi stratul spinocelular sunt similare cu ale epiteliului pavimentos necheratinizat - stratul cornos, format din celule aplatizate şi anucleate, pline cu cheratină care se colorează roz cu hematoxilină eozină. Celulele acestui strat se descuamează şi sunt înlocuite cu celule din stratul germinativ. Localizare: epidermul pielii (fig. 18 B). Remarcă practică Epidermul pielii prezintă, de fapt, 5 straturi. Pe lângă cele trei amintite mai sus, se mai pot identifica: - stratul granulos, format din 3-5 rânduri celulare ce şi-au pierdut capacitatea mitotică, care au în citoplasmă granule de cheratohialin, iar nucleul a devenit picnotic - stratul lucid, prezent doar la nivelul epiteliilor groase, situat între stratul granulos şi stratul cornos.
Epiteliul stratificat cubic Este un epiteliu fin, format din 2-3 rânduri de celule cubice. Are în general rol de căptuşire, fiind mai solid decât un epiteliu simplu. Localizare: canalele excretoare ale glandelor salivare (fig. 19).
Figura 19. Epiteliu stratificat cubic (canal interlobular, glanda submandibulară).
Epiteliul stratificat prismatic Este format din 2 rânduri de celule în care celulele bazale sunt cubice, iar cele superficiale sunt prismatice (de unde şi numele epiteliului), şi pot prezenta cili sau platou striat. Localizare: laringe, conjunctivă, uretra cavernoasă. Rol: protecţie, absorbţie, secreţie.
Uroteliul sau epiteliul tranziţional Este un tip particular de epiteliu stratificat, întâlnit aproape în exclusivitate la nivelul căilor urinare: bazinet, ureter, vezica urinară (fig. 20 B), uretra prostatică, porţiunea iniţială a ductelor prostatice. Denumirea mai veche a acestui epiteliu a fost cea de epiteliu tranziţional, deoarece se considera că el prezintă caractere intermediare între epiteliul stratificat cubic şi pavimentos. Conform
25 Epiteliile
recomandărilor UICC (Uniunea Internaţională Contra Cancerului) din 1998, denumirea actuală care trebuie adoptată este cea de uroteliu, iar cea a tumorilor care-şi au originea în el de carcinoame uroteliale, în loc de carcinoame cu celule tranziţionale. Această recomandare ţine cont de faptul că uroteliul este un epiteliu particular, ce se găseşte doar la nivelul căilor urinare. Funcţional, acest epiteliu are două caracteristici majore. În primul rând, el este capabil de distensie. Astfel, epiteliul vezicii urinare goale are 6-8 rânduri de celule, iar cel al vezicii pline, destinse, doar 2-3. Numărul real de celule rămâne constant dar, în momentul distensiei, celulele alunecă una în raport cu cealaltă şi se turtesc. În al doilea rând, uroteliul este impermeabil la apă şi la substanţele toxice din urină.
A
B
Figura 20. Uroteliu. A. Reprezentare schematică: 1 – strat bazal, 2 – stratul celulelor în rachetă, 3 – stratul celulelor umbreliforme; B. Imagine histologică, vezica urinară.
Morfologic, uroteliul are un aspect distinct de al altor epitelii stratificate (fig. 20 A): - stratul bazal, format dintr-un rând de celule cubice - stratul celulelor în rachetă, format din mai multe rânduri de celule cu o porţiune apicală rotunjită care conţine un nucleu rotund, şi o porţiune bazală mult subţiată ce se insinuează printre celelalte celule în rachetă şi are rol determinant în distensia epiteliului. Aspectul unei celule izolate este acela al unei rachete de tenis. - stratul superficial sau al celulelor umbreliforme este format dintr-un singur rând de celule, de talie mai mare, care acoperă 2-3 celule în rachetă. Axul lung al acestor celule este paralel cu membrana bazală. Localizare: bazinet, ureter, vezica urinară.
Epiteliile glandulare Epiteliile glandulare sunt epitelii a căror funcţie principală este aceea de secreţie. Ele se diferenţiază morfologic sub formă de glande. Produsul elaborat este eliberat în mediul extern sau în sânge. Secreţia este procesul prin care se elaborează şi se descarcă din celulă produsul sintetizat: moleculele sunt preluate din afara celulei şi sunt transformate prin biosinteză intracelulară, întrun produs mult mai complex, care se acumulează în celulă. Secreţia implică un consum mare de energie.
26 Epiteliile
Embriologic, glandele se formează prin invaginarea epiteliului de suprafaţă şi proliferarea lui în mezenchimul subiacent. Sub acţiunea unor factori locali, celulele acestor epitelii capătă un fenotip secretor, prin dezvoltarea unor organite celulare specifice. Acest proces are loc pe parcursul dezvoltării embrionare. Unele glande păstrează legătura cu epiteliul din care au provenit sub forma unui canal de excreţie în care-şi elimină produsul secretat. Acestea sunt glandele exocrine. Alte glande îşi pierd, pe parcursul dezvoltării, legătura cu epiteliul din care au provenit, rămânând izolate în mezenchim. Ele se numesc glande endocrine, nu au canale de excreţie, dar stabilesc în mezenchim raporturi intime cu capilarele sanguine, în care-şi vor elimina produsul elaborat. A treia categorie sunt glandele amficrine, adică glande care sunt atât exocrine cât şi endocrine (exemplu celula hepatică).
Fiziologia secreţiei Ciclul secretor cuprinde perioada de timp dintre captarea precursorilor necesari secreţiei până la eliminarea produsului rezultat. El cuprinde mai multe faze: - faza de absorbţie constă în captarea substanţelor din sânge. În această etapă polul bazal al celulei devine permeabil pentru apă şi substanţe, iar organitele celulare se înmulţesc. Pătrunderea substanţelor în celulă se face prin difuziune, osmoză şi endocitoză, mediate de diferiţi receptori sau se realizează prin mecanisme active cu consum de ATP. - faza de elaborare începe cu impermeabilizarea tuturor compartimentelor şi intrarea în activitate a organitelor responsabile de procesul de secreţie. Acest proces are loc în diferite zone ale citoplasmei, în funcţie de natura produsului secretat (pentru proteine în RER, pentru glicoproteine în RER şi complexul Golgi, pentru lipide în REN etc.). - faza de eliberare are loc la polul apical. În această fază celula îşi elimină produsul secretat prin cele trei mecanisme ce vor fi descrise mai jos. Controlul activităţii de sinteză şi de eliberare a produsului secretat este neuronal, prin intermediul sinapselor neuro-glandulare, şi hormonal, prin intermediul receptorilor hormonali specifici.
Epiteliile glandulare exocrine sau glandele exocrine Generalităţi Glandele exocrine sunt constituite din celule epiteliale foarte specializate, a căror ultrastructură este diferită, în funcţie de natura produsului secretat. Aceste celule formează porţiunea secretorie propriu-zisă a glandelor exocrine, numită adenomer. Uneori adenomerul poate fi înconjurat de celule contractile, celulele mioepiteliale, aşezate între membrana celulară şi membrana bazală a adenomerului, care se pot contracta într-un mod similar celulelor musculare. Glandele exocrine îşi eliberează produsul de secreţie la suprafaţa epiteliului din care provin (piele sau lumen) prin intermediul unui canal excretor. Epiteliile glandulare exocrine au o polaritate morfologică, moleculară şi funcţională foarte evidentă. În funcţie de natura produsului secretat, glandele exocrine pot fi formate din mai multe tipuri de celule: celule seroase, mucoase, celule secretoare de lipide şi celule transportoare de ioni. Celulele seroase formează glande cu o secreţie apoasă, exclusiv proteică. În majoritatea cazurilor aceste proteine sunt granule de zimogen. Ultrastructural, celulele au o polaritate foarte evidentă (fig. 21 A): - RER foarte bine dezvoltat şi mitocondrii numeroase la polul bazal, ceea ce determină o colorare mai intensă (bazofilă) a citoplasmei subnucleare. Funcţia RER este de a sintetiza proteine din aminoacizii preluaţi din sânge. Produsul de secreţie proteic este încorporat în vezicule de transport şi transferat aparatului Golgi.
27 Epiteliile
- aparat Golgi situat supranuclear este vizibil ca o mică zonă transparentă, strălucitoare; el are un rol esenţial în dirijarea proteinelor transferate din RER spre uz celular sau spre eliminarea din celulă - o zonă apicală care conţine granule de zimogen, delimitate de o membrană proprie şi pregătite pentru exocitoză. Prezenţa granulelor secretorii colorează în roşu intens polul apical al celulelor, în coloraţia standard cu HE (fig. 21 B).
A
B
Figura 21. Celulă secretoare de proteine. A. Reprezentare schematică: 1 – vezicule de secreţie, 2 – complex Golgi, 3 – mitocondrii, 4 – nucleu, 5 – RER; B. Imagine histologică, celule seroase, pancreas.
Celulele mucoase au o secreţie cu o consistenţă vâscoasă, numită mucus, constituită din glicoproteine şi proteoglicani. Morfologia celulelor mucoase este particulară: citoplasma este ocupată aproape în întregime de vacuole de mucină. Nucleul şi organitele citoplasmatice sunt împinse la periferia celulei.
A
B
Figura 22. Celulă secretoare de mucus. A. Reprezentare schematică: 1 – granule de mucus, 2 – mitocondrii, 3 – complex Golgi, 4 – nucleu, 5 – RER; B. Imagine histologică, celulă caliciformă din epiteliul intestinal.
Ultrastructural, caracteristicile celulelor secretoare de mucus sunt (fig. 22): - RER bine dezvoltat, ce sintetizează miezul proteic al mucinei. Prezenţa lui determină coloraţia bazofilă a citoplasmei bazale.
28 Epiteliile
- un aparat Golgi supranuclear, greu vizibil în coloraţii standard, reprezentând principalul loc de glicozilare a proteinelor sintetizate în RER - granule mari de mucină, delimitate de o membrană proprie, ce ocupă o mare parte din celulă. În cursul prelucrării histologice, mucina este parţial extrasă, iar vacuolele apar ca nişte arii clare delimitate de o bandă fină de citoplasmă. Din acest motiv, în coloraţiile uzuale celula mucoasă are un aspect necolorat (aspect vacuolar). Există însă coloraţii speciale ca PAS, albastru alcian sau mucicarmin ce pot detecta produsul lor de secreţie. În cursul eliminării din celulă, prin exocitoză, mucina se combină cu apa şi formează mucusul. În funcţie de viteza cu care se produce exocitoza, se descriu două tipuri de celule secretoare de mucus: - cu pol mucos deschis, sunt celulele caliciforme, caracterizate printr-o exocitoză deosebit de intensă (de exemplu celulele caliciforme din intestinul gros) - cu pol mucos închis, sunt celule în care eliminarea produsului de secreţie este mai lentă (de exemplu celulele mucoase din glandele salivare sau din epiteliul gastric). Celulele secretoare de lipide formează glanda sebacee (produc sebum). Ultrastructural celulele au iniţial organite citoplasmatice bine dezvoltate (RER şi REN); pe măsură ce în citoplasmă se acumulează picături de lipide, numărul organitelor scade progresiv până la dispariţie (fig. 23 A). Aspectul vacuolar al celulelor se datorează dizolvării lipidelor în cursul prelucrării histologice (fig. 23 B). Concomitent, nucleul celulei suferă modificări degenerative ce merg până la carioliză. În final celulele, care nu mai conţin decât lipide, suferă un proces de degenerescenţă, iar prin dezintegrare îşi elimină conţinutul de lipide. Aceste lipide împreună cu resturile celulare formează produsul de secreţie al glandei, sebumul (fig. 23 B).
A
B
Figura 23. Celulă secretoare de lipide. A. Reprezentare schematică: 1 – picături de lipide, 2 – RER, 3 – REN, 4 – mitocondrii, 5 – aparat Golgi, 6 – nucleu; B. Imagine histologică, celule din glanda sebacee.
Celulele transportoare de ioni sunt celule capabile să pompeze diferiţi ioni în lumenul glandelor în componenţa cărora intră. În transportul lor, care se face împotriva gradientului de concentraţie, intervin ATP-azele sau aşa numitele „pompe protonice” transmembranare. Trecerea ionilor antrenează o difuziune pasivă a apei sau a altor ioni. Celule transportoare de ioni sunt:
29 Epiteliile
- celulele parietale din mucoasa gastrică (ionul transportat activ este hidrogenul iar clorul trece pasiv) - celulele din adenomerul glandelor sudoripare (ionul secretat activ este sodiul, iar apa trece pasiv) - celulele din canalele de excreţie ale glandelor salivare.
Mecanisme de eliberare a produsului secretat Există mai multe mecanisme prin care celulele glandelor exocrine îşi elimină produsul secretat: mecanismul merocrin, apocrin şi holocrin. Mecanismul merocrin sau exocitoza constă în eliberarea produsului secretat cu păstrarea integrităţii membranei celulare. În microscopia electronică s-a demonstrat că are loc fuziunea membranei limitante a granulelor secretorii cu membrana celulară şi eliminarea conţinutului lor în lumen (fig. 24). Exemplu de glande cu mecanism de secreţie merocrin: celula caliciformă, celulele seroase şi mucoase din glandele salivare, neurotransmiţătorii din butonii terminali.
Figura 24. Secreţie merocrină (exocitoză). 1 – produs exocitat, 2 – granule de secreţie cu membrană proprie, 3 – aparat Golgi, 4 – RER.
Mecanismul apocrin a fost descris de microscopia electronică. Înainte, se credea că acest proces constă în constricţia şi decapitarea polului apical, care conţine granulele de secreţie. Celula supravieţuia şi îşi putea relua funcţia prin refacerea continuităţii membranei în zona de constricţie.
Figura 25. Secreţie apocrină. 1 – veziculă de secreţie, 2 – proiecţie citoplasmatică cu produs de secreţie, 3 – produs de secreţie eliminat din celulă.
Microscopia electronică a demonstrat că acest proces se produce într-adevăr prin pierderea unei cantităţi de citoplasmă, dar această cantitate este foarte mică şi nu produce o breşă în membrana citoplasmatică. Mecanismul propriu-zis se petrece în felul următor: una sau mai
30 Epiteliile
multe granule de secreţie se apropie şi presează membrana celulară a polului apical. Ia naştere o proiecţie citoplasmatică ce conţine produsul de secreţie (fig. 25). Prin constricţie bazală, proiecţia se detaşează de celulă, iar membrana polului apical se reface aproape instantaneu. Spre deosebire de mecanismul merocrin, unde este eliminat doar produsul de secreţie, în mecanismul apocrin se elimină şi o cantitate mică de citoplasmă şi de membrană celulară (fig. 25). Prototipul acestui mecanism de secreţie este glanda mamară. Mecanismul holocrin este caracterizat prin acumularea treptată a produsului de secreţie în celulă, având drept consecinţă degenerarea treptată a acesteia până la dezintegrarea ei. Prin urmare, eliminarea produsului de secreţie are loc prin dezintegrarea celulei (fig. 26). Exemplul clasic este glanda sebacee.
Figura 26. Secreţie holocrină.
Clasificarea glandelor exocrine Glandele exocrine se clasifică după tipul adenomerului şi al canalului de excreţie. În funcţie de tipul şi forma adenomerului distingem: glande tubulare, acinoase, alveolare, tubulo-acinoase sau tubulo-alveolare. După numărul de celule care formează adenomerul, putem deosebi glande unicelulare sau multicelulare. În funcţie de canalul de excreţie, glandele pot fi fără canal excretor şi cu canal excretor. Canalul de excreţie poate fi neramificat, caz în care glandele sunt denumite glande simple, sau ramificat, denumirea în acest caz fiind de glande compuse.
Glande exocrine fără canal de excreţie Glanda unicelulară Cel mai comun exemplu de glandă unicelulară este celula caliciformă, o celulă mucoasă deschisă. Localizare: între celulele epiteliului prismatic din epiteliul respirator sau digestiv. În microscopia optică: celula caliciformă are o porţiune apicală foarte dilatată, plină cu granule secretorii palid colorate sau necolorate în coloraţiile uzuale, şi o porţiune bazală îngustă ce conţine un nucleu turtit hipercrom şi o cantitate mică de citoplasmă bazofilă. Seamănă morfologic cu o cupă de şampanie, cu o pâlnie sau cu un „inel cu pecete” (fig. 27 A). Mucusul polului apical nu se colorează cu HE (fig. 27 B), dar se poate colora cu diferite coloraţii speciale: PAS sau albastru alcian. Ultrastructural are aspectul descris al celulelor secretoare de mucus. Rolul celulei caliciforme este secreţia de mucus, o glicoproteină cu funcţii complexe. Secreţia de mucus este continuă şi regulată. Ea poate fi stimulată prin iritaţie chimică sau prin intermediul sistemului nervos parasimpatic, situaţie în care celula îşi poate goli conţinutul în totalitate. Mucusul se depune la suprafaţa epiteliului care l-a secretat şi are roluri multiple: - protejează mucoasa porţiunii superioare a tubului digestiv de autodigestie - lubrefiază mucoasa intestinului pentru trecerea materiilor fecale - protejează mucoasa respiratorie de deshidratare - contribuie la umectarea aerului inspirat - serveşte ca suprafaţă adezivă pentru particulele de praf din aerul inspirat.
31 Epiteliile
1
A
B
Figura 27. Glandă unicelulară, intestin. A. Reprezentare schematică. B. Imagine histologică, vilozitate intestinală: 1 - celule caliciforme.
Glanda intraepitelială Este o grupare de celule secretoare de mucus, care îşi elimină conţinutul într-o cavitate mică ce comunică direct cu lumenul. Această cavitate se formează printr-o uşoară invaginare a epiteliului în corion (fig. 28). Localizare: mucoasa cavităţii nazale, uretra masculină.
Figura 28. Glandă intraepitelială.
Glanda membraniformă Formează epiteliul mucoasei gastrice şi este alcătuită dintr-un rând de celule prismatice înalte, secretoare de mucus (fig. 29). Spre deosebire de celula caliciformă, acestea sunt celule mucoase închise. Datorită faptului că mucusul nu se colorează în coloraţiile uzuale, celulele apar palid colorate cu HE la polul apical. Ultrastructural celulele individuale au aspectul unei celule secretoare de mucus. La polul apical membrana celulară este intactă. Rolul glandei membraniforme este de a proteja mucoasa gastrică de agresiunea chimică a sucului gastric.
A
B
Figura 29. Glandă membraniformă. A. Reprezentare schematică. B. Imagine histologică, stomac.
32 Epiteliile
Glande exocrine cu canal de excreţie Glande tubulare Glanda tubulară simplă Are formă de tub sau de deget de mănuşă. Epiteliul care căptuşeşte glanda (adenomerul) este format dintr-un singur rând de celule caliciforme şi enterocite, aşezate alternativ. Polul lor apical delimitează un lumen îngust, drept, în care îşi varsă secreţia celulele caliciforme. Lumenul glandei, care este de fapt canalul de excreţie, se deschide la suprafaţa epiteliului (fig. 30). Localizare: intestinul subţire şi gros.
A
B
Figura 30. Glandă tubulară simplă. A. Reprezentare schematică: 1 – adenomer, 2 – lumen; B. Imagine histologică, colon.
Glanda tubulară simplă încolăcită Adenomerul glandei este un tub încolăcit, situat în dermul profund, căptuşit cu un singur rând de celule cilindrice înalte. Acesta este legat de epiteliul de suprafaţă, care este epidermul, printr-un canal de excreţie sub forma unui tub simplu, neramificat, situat în dermul superficial (fig. 31). În adenomer, morfologic şi funcţional se pot deosebi două tipuri de celule: celule clare, care sunt transportoare de ioni şi celule întunecate, mai puţin numeroase, care secretă proteine. Exemplul unic al unei asemenea glande este glanda sudoripară.
Figura 31. Glandă tubulară simplă încolăcită. 1 – canal excretor, 2 – adenomer.
33 Epiteliile
Glanda tubulară simplă ramificată Adenomerul glandei este format din mai mulţi tubi (degete de mănuşă), care se unesc într-un canal de excreţie unic, neramificat (fig. 32 A). Localizare: glandele gastrice (fig. 32 B).
A
B
Figura 32. Glandă tubulară ramificată. A. Reprezentare schematică: 1 – adenomer, 2 – canal excretor; B. Imagine histologică, stomac.
Glande acinoase Glanda acinoasă simplă Adenomerul acestei glande este un acin, adică o unitate secretorie rotunjită, cu forma unui bob de strugure. Din acin, porneşte un canal de excreţie simplu, neramificat (fig. 33). Localizare: uretra peniană.
Figura 33. Glandă acinoasă simplă. 1 – adenomer (acin), 2 – celulă mioepitelială, 3 – canal de excreţie.
Glanda acinoasă compusă Adenomerul glandei este format din mai mulţi acini, care-şi varsă produsul de secreţie într-un canal excretor ramificat (fig. 34). Exemplul tipic este glanda lacrimală.
34 Epiteliile
Figura 34. Glandă acinoasă compusă. 1 – adenomer (acin), 2 – celulă mioepitelială, 3 – canal de excreţie ramificat.
Glanda tubulo-acinoasă compusă Adenomerul glandei este tubulo-acinos, adică are un segment secretor tubular, ce se termină cu o porţiune dilatată sub formă de acin. La periferia adenomerului se pot identifica celule mioepiteliale, cu funcţie contractilă. Canalul de excreţie este ramificat. Localizare: glandele salivare mari şi pancreasul. În funcţie de natura produsului elaborat, acinii pot fi de trei tipuri: seroşi, mucoşi şi micşti (fig. 35). Acinii seroşi elaborează un produs apos, proteic, bogat în enzime. Consistenţa fluidă a produsului de secreţie explică diametrul mic al canalului de excreţie, uneori greu vizibil. În microscopia optică, un acin seros este constituit din 6-8 celule prismatice, al căror pol apical delimitează un lumen foarte îngust, punctiform, şi care se sprijină pe o MB la polul bazal. Nucleul celulelor este rotund, situat în treimea inferioară a celulei (fig. 36, 39). Ultrastructura celulei, specifică oricărei celule secretoare de glicoproteine, explică coloraţia specifică a citoplasmei: bazofilă subnuclear, acidofilă supranuclear. Acinii mucoşi elaborează mucine, un amestec de glicoproteine şi proteoglicani. Lumenul acestor acini este larg, deoarece produsul secretat are o consistenţă vâscoasă şi se elimină greu. În microscopia optică, un acin mucos este alcătuit din 4-6 celule prismatice, cu citoplasma palid colorată, discret bazofilă, cu nucleii turtiţi, împinşi la periferia celulelor prin acumularea de mucus (fig. 37, 39). Acinii micşti secretă un produs sero-mucos. Ei sunt cei mai mari acini, formaţi dintr-un acin mucos cu lumen larg şi câteva celule seroase, ataşate la periferia acinului mucos sub forma unei semilune (semiluna lui Gianuzzi) (fig. 38, 39).
Figura 35. Tipuri de acini. A. Acin seros: 1 – celule seroase, 2 – celulă mioepitelială; B. Acin mucos: 1 – celule mucoase, 2 – celulă mioepitelială; C. Acin mixt: 1 – celule mucoase, 2 – semiluna lui Gianuzzi (celule seroase), 3 – celulă mioepitelială.
35 Epiteliile
Figura 36. Glanda parotidă. 1 - acin seros, 2 - canal de excreţie.
Figura 37. Acini mucoşi – glandă sublinguală.
Figura 38. Acin mixt. 1 – celule mucoase, 2 – celule seroase (semiluna lui Gianuzzi), 3 – lumen.
Celulele mioepiteliale. La periferia adenomerului, indiferent de natura produsului de secreţie, între membrana celulară şi membrana bazală se găsesc celule mioepiteliale, care ajută la eliminarea produsului de secreţie al glandei, şi a căror funcţie contractilă este sub influenţa sistemului nervos vegetativ şi a unor hormoni secretaţi de sistemul endocrin difuz.
36 Epiteliile
În microscopia optică celula mioepitelială este o celulă aplatizată, cu numeroase prelungiri conectate între ele, cu care înconjoară complet adenomerul glandei (celule în coşuleţ). Citoplasma clară este greu vizibilă. În schimb nucleul ovalar, condensat, aşezat paralel cu membrana bazală se diferenţiază cu uşurinţă de nucleul celulelor secretoare (fig. 35). Ultrastructura celulei este complexă: mitocondrii, RER, granule de glicogen, lipide, proteine contractile ca actina, miozina, tropomiozina.
Figura 39. Glandă tubulo-acinoasă compusă – glanda submandibulară. 1 – acini seroşi, 2 – acin mucoşi, 3 – acini micşti, 4 – canal de excreţie.
Glande alveolare Glanda alveolară simplă Singurul exemplu de glandă alveolară simplă este glanda sebacee (fig. 40 B). Adenomerul glandei are formă de săculeţ (fig. 40 A), iar canalul de excreţie este unic şi se deschide la rădăcina firului de păr.
A
B
Figura 40. Glandă alveolară simplă – glanda sebacee. A. Reprezentare schematică: 1 – adenomer, 2 – celule bazale, 3 – celule intermediare, 4 – canal de excreţie; B. Imagine histologică, glanda sebacee din piele.
Glanda sebacee secretă sebum prin mecanism holocrin. Sebumul este format din lipide şi resturi celulare. Celulele ce formează adenomerul au aspecte morfologice diferite, de la periferie spre suprafaţă, în funcţie de cantitatea de lipide pe care o conţin (fig. 40):
37 Epiteliile
- celulele bazale sunt cubice cu citoplasma intens colorată; ele sunt celulele stem cu rolul de a se multiplica şi a se diferenţia în celulele secretoare, situate mai sus. - celulele intermediare sunt poligonale, cu limite celulare bine vizibile, dar cu citoplasma vacuolară datorită acumulării treptate a picăturilor de lipide (ce nu se colorează în coloraţii standard). Citoplasma devine din ce în ce mai vacuolară, pe măsură ce numărul granulelor creşte. Concomitent nucleul lor devine din ce în ce mai mic (picnotic) şi mai intens colorat (hipercrom). - celulele superficiale conţin doar lipide şi de aceea apar necolorate, delimitate doar de o fină membrană celulară. Foarte curând membrana celulară se rupe, iar celula se dezintegrează, eliminându-şi în acest fel produsul conţinut în citoplasmă. Glanda alveolară compusă Este formată din mai multe alveole secretoare de sebum şi un canal comun de excreţie. Prototipul acestei glande este glanda Meibomius din pleoapă (fig. 41).
Figura 41. Glandă alveolară compusă – glanda Meibomius, pleoapă.
Glanda tubulo-alveolară compusă Adenomerul acestei glande este tubulo-alveolar, având un segment tubular ce se dilată sacciform în porţiunea terminală a glandei sub forma unei alveole. Canalul de excreţie este ramificat. Localizare: prostata şi glanda mamară.
Epiteliile glandulare endocrine sau glandele endocrine Generalităţi Glandele cu secreţie endocrină pot fi definite prin câteva caractere generale specifice, diferite de cele ale glandelor exocrine: - sunt lipsite de canal de excreţie - sunt bogat vascularizate, celulele lor fiind în contact strâns cu vasele sanguine - nu au pol bazal şi apical, ci doar un pol vascular, la locul de contact cu vasele din ţesutul conjunctiv. Excepţie face glanda tiroidă, ale cărei celule îşi stochează extracelular produsul de secreţie (tiroglobulină), pe care apoi îl reabsorb şi îl eliberează în sânge în funcţie de necesităţi. Doar aceste celule au un pol apical şi unul bazal. - produsul de secreţie al celulelor endocrine se eliberează direct în sânge şi se numeşte hormon. Spre deosebire de produsul de secreţie al glandelor exocrine, hormonul acţionează ca mesager
38 Epiteliile
chimic asupra unor celule „ţintă”, care au pe suprafaţă receptori pentru acel mesager şi care sunt situate în apropiere sau la distanţă de celulele endocrine. Acest mesager le inhibă sau le stimulează activitatea. Celulele endocrine se pot dispune în trei moduri: - dispersate printre celulele altor epitelii a căror activitate o coordonează, formând sistemul endocrin difuz, ca de exemplu în sistemul digestiv şi respirator - formând mici grupuri distincte în structura altui organ, ca de exemplu în ovar, testicul, pancreas - grupate într-un organ specializat formând glande endocrine ca hipofiza, tiroida, paratiroida, suprarenala etc.
Clasificarea glandelor endocrine După natura chimică a hormonului elaborat se pot întâlni două tipuri de celule endocrine: - celule endocrine ce secretă polipeptide sunt celule care seamănă din punct de vedere ultrastructural cu glandele exocrine ce secretă proteine. RER este însă mai puţin abundent datorită volumului mai mic de secreţie. Mai conţin un aparat Golgi mic, granule de secreţie răspândite în întreaga celulă, dar mai numeroase la polul vascular al celulei. Astfel de celule sunt de exemplu celulele α şi β din pancreas ce secretă glucagon şi insulină, celulele hipofizei anterioare ce secretă hormonul de creştere şi hormonul stimulant tiroidian etc. - celule endocrine ce secretă hormoni steroizi. Caracteristica acestor celule este prezenţa unui număr mare de mitocondrii şi a unui REN foarte extins, ce dă citoplasmei un aspect granular, gălbui. Aceste organite sunt implicate în biosinteza hormonilor steroizi din lipide. Lipidele acumulate în celulă, reprezentând precursorii hormonilor, dau aspect vacuolar citoplasmei, deoarece ele se dizolvă în cursul prelucrării tehnice a ţesutului. Acest aspect vacuolar este o caracteristică morfologică a celulelor endocrine secretoare de steroizi. Astfel de celule întâlnim în ovar, testicul, glanda suprarenală. După criterii funcţionale Această clasificare se referă la raportul de distanţă existent între celula secretoare de mesageri chimici (hormoni) şi celula ţintă asupra căreia acţionează. Deosebim: - celule cu secreţie intracrină, în care mesagerul chimic acţionează asupra aceleași celule fără a fi eliminat în MEC (fig. 42).
Figura 42. Secreţie intracrină.
- celule cu secreţie autocrină, în care mesagerul chimic este exocitat și acţionează asupra propriilor receptori ai celulei (fig. 43). Exemplu, factorul de creştere epidermică (EGF – Epidermal Growth Factor), implicat în controlul local al creşterii celulare.
Figura 43. Secreţie autocrină.
39 Epiteliile
- celule cu secreţie paracrină, în care mesagerul chimic acţionează asupra celulelor din vecinătate (fig. 44). Hormonul este eliminat în spaţiul intercelular sau în MEC, de unde acţionează fie direct, fie pe cale sanguină asupra celulelor din vecinătate. Exemplul tipic este cel al celulelor endocrine din sistemului endocrin difuz (SED).
Figura 44. Secreţie paracrină. 1 – celulă secretoare, 2 – celulă epitelială, 3 – celule ţintă, 4 – vas de sânge.
- celule cu secreţie endocrină, în care hormonii eliberaţi în sânge acţionează asupra unor celule sau ţesuturi situate la distanţă (fig. 45). De exemplu, hormonul de creştere secretat de adenohipofiză, acţionează asupra tuturor celulelor organismului.
Figura 45. Secreţie endocrină. 1 – celule endocrine, 2 – vas de sânge, 3 – celule ţintă.
După criterii arhitecturale Din punct de vedere arhitectural celulele endocrine se pot organiza în trei moduri: - în cordoane, alcătuite din şiruri de celule delimitate de o membrană bazală, atestând originea lor epitelială. Între cordoane nu există spaţii sau lumene, ci doar o mică cantitate de ţesut conjunctiv cu multe capilare fenestrate (fig. 46 A). Hormonul produs traversează membrana bazală în MEC, de unde difuzează rapid în sânge. Exemplu de glandă endocrină organizată în cordoane este glanda suprarenală (fig. 46 B).
40 Epiteliile
A
B
Figura 46. Celule endocrine dispuse în cordoane. A. Reprezentare schematică: 1 – celule endocrine, 2 – capilar sanguin; B. Imagine histologică, zona fasciculată a glandei suprarenale.
- în cuiburi sau masive, care reprezintă cordoane ce prin anastomozare sau încolăcire formează mici grupuri celulare, aşezate pe o membrană bazală sub care se găsesc numeroase capilare fenestrate (fig. 47 A). Exemplul tipic al unei asemenea glande este insula Langerhans din pancreas (fig. 47 B).
A
B
Figura 47. Celule endocrine dispuse în cuiburi. A. Reprezentare schematică: 1 – celule endocrine, 2 – capilar sanguin; B. Imagine histologică, insula Langerhans, pancreas.
- în foliculi, prototipul și aproape singura localizare este glanda tiroidă (fig. 48 B). Foliculii sunt corpusculi delimitaţi de un epiteliu simplu cubic (fig. 48), care conţin în centru o cavitate plină cu coloid. Printre foliculi se găsesc numeroase capilare fenestrate.
41 Epiteliile
A
B
Figura 48. Celule endocrine dispuse în foliculi. A. Reprezentare schematică: 1 – celule endocrine, 2 – capilar sanguin; B. Imagine histologică, tiroida.
Epiteliile senzoriale Epiteliile senzoriale sunt compuse din celule epiteliale diferenţiate, de obicei incluse în epiteliul de acoperire, specializate pentru a recepţiona excitaţii din mediul extern sau intern al organismului. Ele formează segmentul receptor al organelor de simţ și ca atare vor fi studiate în acele capitole. Exemple de epitelii senzoriale: mucoasa olfactivă, mugurele gustativ, retina etc.
42 Epiteliile
45 Ţesuturile conjunctive
Caractere generale Ţesuturile conjunctive sunt ţesuturi care se dezvoltă embriologic din mezenchim şi se caracterizează printr-o mare heterogenitate morfologică. Ele intră în componenţa diferitelor organe şi/sau se dispun în spaţiile libere dintre ele realizând conexiunea lor. Ţesuturile conjunctive nu au însă un simplu rol de umplutură. Ele participă la procese metabolice complexe, la schimburi de ioni şi de substanţe dintre sânge şi lichidul tisular, la realizarea reacţiilor de apărare imună etc. Funcţiile ţesuturilor conjunctive se pot sistematiza în trei categorii principale: - funcţie de susţinere şi coeziune datorită abundenţei fibrelor - funcţie nutritivă şi de schimburi legată de abundenţa matricei extracelulare şi a vaselor de sânge - funcţie de apărare datorită prezenţei celulelor sistemului imunitar. Această mare varietate de funcţii este reflectată de heterogenitatea morfologică: diferite ţesuturi conjunctive conţin celule, fibre şi substanţă fundamentală foarte diferite şi în cantităţi variabile. Ţesuturile conjunctive au trei componente majore: celule, fibre şi substanţă fundamentală. Fibrele, substanţa fundamentală, împreună cu anumite glicoproteine formează matricea extracelulară (MEC). În histogeneză elementul iniţial este celula, care elaborează apoi matricea extracelulară. Raportul dintre cele trei componente este foarte variabil de la un ţesut la altul, definind caracteristicile ţesutului respectiv. Acest raport se modifică nu numai de la un ţesut la altul, ci şi pe parcursul vieţii: la copii şi tineri predomină substanţa fundamentală, iar la bătrâni fibrele. Ţesuturile conjunctive, deşi sunt ubicuitare, nu vin niciodată în contact cu mediul exterior de care sunt despărţite prin membrana bazală. Ţesuturile conjunctive au o mare capacitate de regenerare şi o mare capacitate plastică. Ele reacţionează la agresiune şi, datorită capacităţii de regenerare, contribuie la vindecarea plăgilor. Reactivitatea ţesutului conjunctiv se poate demonstra elegant la contactul cu tumorile, unde ţesutul conjunctiv proliferează, dând naştere unei reacţii desmoplazice.
Celulele ţesutului conjunctiv În ţesutul conjunctiv există două categorii de celule: celule proprii (fixe) şi celule migrate din sânge (libere sau mobile).
Celulele proprii sau fixe ale ţesutului conjunctiv Celulele proprii sunt fibroblastul (fibrocitul), miofibroblastul, adipocitul alb şi brun. În anumite ţesuturi conjunctive, fibroblastul/fibrocitul poartă denumiri specifice: condroblast/condrocit în ţesutul cartilaginos, osteoblast/osteocit în ţesutul osos. Toate aceste celule derivă din celula mezenchimatoasă, celula cap de serie a ţesutului conjunctiv. Principalul rol al acestor celule este producerea MEC. Prin intermediul MEC se asigură stabilitatea mecanică şi organizarea spaţială a ţesuturilor conjunctive. Caracterele comune ale celulelor conjunctive fixe sunt următoarele: - au origine în mezenchim - produc o mare varietate de componente ale matricei extracelulare - rămân înglobate în matricea pe care au produs-o
46 Ţesuturile conjunctive
- posedă mecanisme de adeziune celulară prin care interacţionează mai degrabă cu matricea extracelulară decât cu alte celule (spre deosebire de celulele epiteliale care sunt aderente între ele) - imunohistochimic exprimă vimentina, constituent normal al filamentelor intermediare din aceste celule - sunt foarte rezistente, suportând agresiuni care ar distruge celulele altor ţesuturi (epitelial, nervos); această caracteristică le conferă un rol major în procesele de reparaţie.
Celula mezenchimatoasă Este celula cap de serie a ţesutului conjunctiv. Este o celulă stem pluripotentă din care se pot diferenţia celulele fixe adulte ale ţesutului conjunctiv precum şi celulele endoteliale şi celulele musculare. Se crede că ele persistă în număr mic şi postnatal, la adulţi, generând celule conjunctive diferenţiate, implicate în procese de reparaţie şi neovascularizaţie. Aspectul ei morfologic se poate studia în ţesuturile embrionare. În microscopia optică apare ca o celulă mică, stelată, cu prelungiri, dispuse într-o MEC formată aproape exclusiv din substanţă fundamentală (fig. 49 B). Ultrastructural are un nucleu dens, câteva mitocondrii şi un RER mic într-o citoplasmă redusă cantitativ (fig. 49 A).
A
B
Figura 49. Celula mezenchimatoasă. A. Reprezentare schematică: 1 – nucleu, 2 – mitocondrie, 3 – RER (modificat după Junqueira, 2002); B. Imagine histologică
Fibroblastul, fibrocitul Fibroblastul este singura celulă care este prezentă în toate ţesuturile conjunctive. În perioada embrionară el derivă din celula mezenchimatoasă, iar în rest din fibroblastele preexistente. Indicele de proliferare este variabil: - în ţesuturile normale fibroblastul se divide rar; excepţie fac fibroblastele din teaca fibroblastică a intestinului gros, din epiderm sau din jurul unor glande - în diverse condiţii patologice indicele de proliferare poate fi foarte crescut: ca răspuns la anumite agresiuni, fibroblastul proliferează şi sintetizează rapid componenţi ai matricei extracelulare. Fibroblastul este o celulă adultă, activă metabolic, adică o celulă ce secretă activ MEC. Sufixul „blast” adăugat cuvântului exprimă această stare de activitate şi nu are nici o legătură cu vârsta celulei. În microscopia optică, în coloraţia cu HE, apare ca o celulă ovalară, fusiformă (12-20 μ) cu câteva prelungiri la capete, anastomozate cu cele ale celulelor vecine. Citoplasma este relativ
47 Ţesuturile conjunctive
abundentă, bazofilă. Nucleul este ovalar, hipocrom, situat central şi cu un nucleol proeminent, semn al unei activităţi metabolice intense (fig. 50 B). În microscopia electronică, fibroblastul are organite implicate în sinteza glicoproteică: RER foarte dezvoltat, cu cisterne dilatate, mărginite de poliribozomi, complex Golgi perinuclear, mitocondrii, lizozomi şi numeroase vezicule de secreţie ce conţin pro-colagen (PAS pozitiv), proelastină, glicozaminoglicani etc. (fig. 50 A). Numeroşii microtubuli aşezaţi radiar dinspre centrozom, ar avea rolul de a menţine forma alungită a celulei. Fibroblastul este o celulă mobilă. El se poate deplasa in vitro sau in vivo, în matricea extracelulară (cu o viteză de 1 μ/min) fără să-şi modifice forma. Mecanismele prin care această deplasare este posibilă sunt legate de prezenţa unor integrine (de tipul SAM), care recunosc şi se leagă de anumite molecule ale MEC. Funcţia fibroblastului este în principal secretorie. El este capabil să sintetizeze: - proteine fibroase (colagen şi elastină) şi substanţă fundamentală, adică cele două componente ale MEC - interferon, o clasă de glicoproteine cu rol antiviral şi citostatic. Activitatea secretorie a fibroblastului este hormonodependentă: - hidrocortizonul şi ACTH-ul (Adrenocorticotropic Hormone, hormonul adenocorticotrop) administraţi exogen, suplimentar celor secretaţi în mod normal, inhibă sinteza de colagen. De aici decurg 2 consecinţe majore: pe de o parte este împiedicată vindecarea plăgilor la bolnavii care iau cortizon, pe de altă parte, cortizonul administrat în bolile de colagen, unde se produce colagen în exces, încetineşte evoluţia bolii. - hormonul somatotrop (STH – Somatotropic Hormone) stimulează proliferarea şi activitatea de sinteză a fibroblastelor. Între fibroblast şi celulele epiteliale există interacţiuni permanente (interacţiuni epiteliumezenchim), fibroblastul controlând la adult creşterea şi diferenţierea epiteliilor.
A
B
Figura 50. Fibroblastul. A. Reprezentare schematică: 1 – nucleu, 2 – mitocondrie, 3 – RER, 4 – aparat Golgi, 5 - vezicule de secreţie (modificat după Junqueira, 2002); B. Imagine histologică, ţesut de granulaţie: 1 – fibroblast.
Fibrocitul este aceeaşi celulă ca şi fibroblastul, dar aflată într-o altă stare funcţională. În ţesuturile adulte, marea majoritate a celulelor conjunctive sunt de fapt fibrocite, adică fibroblaste care şi-au încheiat procesul de sinteză a MEC şi au intrat într-o stare de repaus relativ. Fibrocitul poate produce doar cantităţi mici de MEC, fiind capabil în schimb să monitorizeze cantitatea şi calitatea ei. Când aceşti doi parametri sunt inadecvaţi, fibrocitul se activează, se transformă în fibroblast şi îşi reia activitatea secretorie. Sufixul „cit” adăugat la sfârşit exprimă starea de inactivitate relativă a celulei şi nu are nicio legătura cu vârsta celulei.
48 Ţesuturile conjunctive
Microscopie optică. Fiind mai puţin activ metabolic, fibrocitul este o celulă mult mai mică decât fibroblastul. Este fusiform, cu capetele bifurcate; este greu vizibil în coloraţii standard, deoarece citoplasma lui este redusă cantitativ, este eozinofilă, cu o culoare similară cu a fibrelor colagene, de care este strâns lipit. Prezenţa lui este semnalată de nucleii fusiformi, hipercromi, dispersaţi în MEC (fig. 51). În condiţii de stimulare adecvată fibrocitul se poate activa şi transforma în fibroblast.
A
B
Figura 51. Fibrocitul. A. Reprezentare schematică: 1 – nucleu, 2 – mitocondrie, 3 – RER, 4 – aparat Golgi, 5 - vezicule de secreţie (modificat după Junqueira, 2002); B. Imagine histologică: 1 – fibrocite, 2 – fibre de colagen.
Miofibroblastul Miofibroblastul a fost descris în anul 1970, în ţesutul de granulaţie. Deşi i-au fost consacrate numeroase studii, rămâne până în ziua de azi o celulă misterioasă, un veritabil hibrid morfologic şi funcţional, între fibroblast şi celula musculară netedă. Cele mai recente studii consideră că miofibroblastul ar fi un fibroblast modificat sub acţiunea unor stimuli specifici ce vin din ţesuturile lezate. Spre deosebire de celula musculară netedă, se poate întâlni şi ca celulă izolată. Dacă este relativ rar întâlnit în ţesuturile normale, el figurează pe o lungă listă de procese patologice: ciroza experimentală, tenosinovita, fibroza renală interstiţială, cataracta, placa aterosclerotică, sclerodermia, cheloidul (cicatrice hipertrofică), boala Dupuytren, reacţii stromale la o neoplazie malignă etc. În microscopia optică miofibroblastul este imposibil de identificat sau de diferenţiat de fibrocit. Metodele moderne de evidenţiere sunt microscopia electronică sau reacţiile imunohistochimice. În microscopia electronică apare ca o celulă fusiformă, cu citoplasmă relativ abundentă. Nucleul său este rotunjit sau alungit cu cromatina mai mult sau mai puţin densă, în funcţie de starea sa funcţională, cu numeroase indentări şi numeroşi nucleoli mici. Citoplasma conţine pe de o parte organitele necesare unei celule cu profil secretor, adică RER şi aparat Golgi (similar fibroblastului), pe de altă parte organite implicate în contracţie, filamente de actină dispuse în fascicule longitudinale asociate miozinei şi corpi denşi (similar celulei musculare netede). Prin prelungirile sale, asemănătoare fibroblastului, celulele intră în contact unele cu altele şi stabilesc comunicări de tip gap. Miofibroblastul stabileşte legături complexe şi cu MEC, prin mecanisme de adeziune celulă-stromă: o legătură transmembranară între microfilamentele de actină ale
49 Ţesuturile conjunctive
citoscheletului, integrinele membranei celulare şi fibronectina MEC, legătură în care fibronectina joacă rolul principal, acela de ligand între celulă şi MEC. Imunohistochimic miofibroblastul exprimă totdeauna vimentina (ca şi fibroblastul), actina muşchiului neted (ca şi celula musculară netedă), proteina S100 şi uneori desmina. Acest polimorfism imunofenotipic denotă o mare plasticitate biologică, ce permite miofibroblastului o reacţie perfect adaptată unor necesităţi precise ale mediului înconjurător. În ţesuturile lezate miofibroblastul se dezvoltă, fie prin proliferarea miofibroblastelor existente, fie prin diferenţiere din fibroblast. Prin producţia de colagen şi prin proprietăţile contractile, determină apariţia cicatricilor. Ani de zile s-a crezut că responsabil de retracţia tisulară din vindecarea plăgilor este producerea de colagen. Azi se ştie cu exactitate că această retracţie tisulară se datorează forţelor contractile ale miofibroblastului şi legăturilor moleculare complexe pe care acesta le are cu MEC. Mecanismele sunt însă incomplet cunoscute.
Adipocitele Sunt celule proprii ale ţesutului conjunctiv, diferenţiate din celula mezenchimatoasă prin intermediul unei celule precursoare, lipoblastul. Identificarea celulelor precursoare, înainte de acumularea de grăsimi în celulă este foarte dificilă, aceste celule neavând marcheri specifici. Această diferenţiere sau înmulţire a celulelor adipoase (hiperplazie celulară) are loc în viaţa intrauterină (în trimestrul III de sarcină) şi în perioada pre- şi pubertară. Ea este determinată genetic sau de aportul alimentar din această perioadă a vieţii. În afara acestor perioade, se credea că masa adipoasă poate creşte numai prin creşterea în volum a celulelor adipoase, prin acumulare de grăsimi (hipertrofie celulară). Cercetări recente au demonstrat că şi în viaţa adultă, în anumite condiţii, se poate produce hiperplazia adipocitelor. Atunci când, prin hipertrofie excesivă, adipocitele ating o dimensiune critică, este stimulată diferenţierea de noi adipocite din celulele precursoare, crescând numărul total de adipocite. Acest fenomen se produce în condiţii de supraalimentare de lungă durată. Odată formate, adipocitele rămân pe viaţă, modificarea ţesutul adipos fiind posibilă numai prin diminuarea dimensiunii celulare. Adipocitele sunt specializate să acumuleze treptat grăsimi (trigliceride) în citoplasma lor. În afară de trigliceride, celule adipoase mai conţin cantităţi mici de acizi graşi, digliceride, colesterol, fosfolipide. În afara acestui rol de depozit, celulele îndeplinesc şi funcţii metabolice mai complexe. Adipocitele se pot găsi izolate în ţesutul conjunctiv sau grupate în număr mare sub formă de ţesut adipos, ţesut a cărui structură va fi discutată mai jos. Morfologic şi funcţional se pot întâlni două tipuri de adipocite: adipocitul alb şi adipocitul brun. Adipocitul alb sau univacuolar În microscopia optică apare ca o celulă mare (70-200 µ), rotundă sau poligonală, cu limite celulare bine vizibile. Aproape întreaga celulă este ocupată de o vacuolă unică de grăsime ce nu se colorează cu hematoxilină eozină, deoarece ea se dizolvă în timpul prelucrării histologice (fixarea în formol, deshidratarea cu alcool de diferite concentraţii). Citoplasma restantă este în cantitate foarte mică şi este împinsă la periferia celulei împreună cu nucleul turtit şi hipercrom. Vacuola necolorată şi nucleul hipercrom situat excentric justifică denumirea de „celulă în inel cu pecete” (fig. 52). Pentru colorarea grăsimilor sunt necesare tehnici histologice şi coloraţii speciale: secţiunile se fac la gheaţă, iar coloraţiile utilizate sunt: Sudan negru ce colorează vacuola de grăsime în negru, Sudan III în portocaliu, Scharlachrot în roşu-brun, oil red O în portocaliu (este coloraţia cea mai frecvent folosită, fiind cel mai uşor de executat tehnic) etc. Fiecare celulă este înconjurată de o membrană bazală. Funcţia. Adipocitul alb este departe de a fi o simplă celulă de stocaj a lipidelor; el poate sintetiza un număr de molecule ce controlează metabolismul lipidic, glucidic şi ingestia de alimente. Astfel, leptina, sintetizată de adipocit şi eliberată în sânge acţionează asupra receptorilor
50 Ţesuturile conjunctive
hipotalamici, reglând senzaţia de saţietate şi controlând greutatea corporală. Nivelul scăzut al leptinei serice induce senzaţia de foame. Adiponectina are rol antiinflamator şi antiaterosclerotic şi, de asemenea, creşte sensibilitatea la insulină. Nivelul seric al adiponectinei este invers proporţional cu gradul de obezitate. Adipocitele sunt o importantă sursă de TNF-α (Tumor Necrosis Factor), citokină implicată în slăbirea marcată din stadiile terminale ale cancerului, dar şi în inducerea rezistenţei la insulină (mecanism patogenetic fundamental în dezvoltarea diabetului zaharat de tip II).
A
B
Figura 52. Adipocitul alb. A. Reprezentare schematică: 1 – citoplasmă, 2 – vacuolă lipidică, 3 – nucleu, 4 – RER, 5 – mitocondrie (modificat după Grignon, 2002); B. Imagine histologică: 1 – nucleu şi citoplasmă redusă cantitativ, 2 – membrană celulară, 3 – vacuolă lipidică.
Adipocitul brun sau multivacuolar Adipocitul brun este mai mic decât cel alb, diametrul celulei fiind de aproximativ 60 µ. Embriologic provine direct din celula mezenchimatoasă, urmând o cale proprie de diferenţiere, diferită de cea a adipocitului alb. În microscopia optică celula are un nucleu excentric, dar rotund, nu turtit ca adipocitul alb şi numeroase vacuole de grăsime în citoplasmă, ceea ce-i conferă aspectul multivacuolar (fig. 53 B). Ultrastructural conţine un număr mare de mitocondrii, necesare elaborării de căldură prin metabolizarea acizilor graşi. Acest număr mare de mitocondrii, pe lângă alte particularităţi morfologice, dau o culoare maronie acestui ţesut (fig. 53 A).
A
B
Figura 53. Adipocitul brun. A. Reprezentare schematică: 1 – nucleu, 2 – mitocondrie, 3 – vacuole lipidice (modificat după Grignon, 2002); B. Imagine histologică.
51 Ţesuturile conjunctive
Celulele migrate (libere sau de apărare) ale ţesutului conjunctiv Celulele migrate din sânge sunt: mastocitul, macrofagul, limfocitul, plasmocitul, neutrofilul, eozinofilul. Ele traversează peretele vascular, pătrund în ţestul conjunctiv, se deplasează prin substanţa fundamentală unde îşi îndeplinesc funcţiile şi apoi mor, durata lor de viaţă fiind limitată.
Mastocitul Mastocitul este cea mai mare celulă liberă a ţesutului conjunctiv, asemănătoare cu bazofilul sanguin. Originea sa este controversată. Teorii mai vechi susţin diferenţierea sa din celula mezenchimatoasă. În prezent, având în vedere asemănările morfologice şi funcţionale, majoritatea autorilor consideră că mastocitul şi bazofilul sanguin ar avea un precursor comun în măduva osoasă hematogenă. Mastocitul se găseşte în toate ţesuturile conjunctive, dar mai ales în derm, căile respiratorii, tubul digestiv, de-a lungul vaselor, mai ales a celor mici. Lipseşte în creier şi măduva spinării. În microscopia optică, mastocitele sunt greu de observat în coloraţii uzuale. Pentru vizualizarea lor se folosesc coloranţi bazici (albastru de toluidină), care colorează metacromatic, în roşu purpuriu, granulele de secreţie. Celula apare ovalară, cu nucleul rotund, situat central şi citoplasma plină cu granule de secreţie de talie mare (1-2 μ). Celelalte organite citoplasmatice sunt slab reprezentate: RER, aparat Golgi, mitocondrii (fig. 54). Pe suprafaţa celulară sunt prezenţi receptori pentru IgE. Granulele mastocitelor conţin patru categorii de substanţe: - histamina - heparina - SRS-A (Slow Reacting Substance of Anaphilaxy), o substanţă cu rol în declanşarea şocului anafilactic - factorul chemotactic pentru eozinofile şi neutrofile.
A
B
Figura 54. Mastocitul. A. Reprezentare schematică: 1 – nucleu, 2 – RER, 3 – aparat Golgi, 4 – mitocondrie, 5 – granule de secreţie (modificat după Grignon, 2002); B. Imagine histologică: mastocite cu granule de secreţie.
Mastocitul îşi poate elimina granulele în matricea extracelulară prin exocitoză, proces numit degranularea mastocitelor. Degranularea mastocitelor este evenimentul ce declanşează reacţiile de hipersensibilitate imediată. Ea se poate produce prin două mecanisme: - mecanisme nespecifice, sub acţiunea unor factori ca expunerea la frig, presiune, agenţi chimici - mecanisme imune care se produc la al doilea contact cu un antigen la care organismul a fost sensibilizat în prealabil. La primul contact cu acel antigen, plasmocitele secretă IgE specifice, care
52 Ţesuturile conjunctive
se fixează pe receptorii de pe suprafaţa mastocitului. La al doilea contact, antigenul se cuplează cu IgE de pe suprafaţa mastocitului; reacţia antigen-anticorp declanşează degranularea mastocitelor, ce are ca şi consecinţă o vasodilataţie locală pronunţată şi o infiltraţie masivă a ţesutului cu celule imune şi inflamatorii. Acest tip de degranulare este mult mai rapidă şi mai specifică unui anumit tip de antigen. Rolul mastocitelor. Mastocitele îşi îndeplinesc rolul cu ajutorul substanţelor conţinute în granule. Astfel, ele au rol anticoagulant prin heparină. Histamina şi SRS-A au rol vasodilatator şi de creştere a permeabilităţii vasculare ceea ce are ca efect apariţia edemelor în ţesuturile moi. SRS-A poate determina contracţia muşchilor netezi şi creşterea secreţiei de mucus din căile respiratorii în criza de astm bronşic, sau asfixia din şocul anafilactic. Prin factorul chemotactic pentru eozinofile, mastocitele atrag eozinofilele în ţesuturi, iar acestea prin enzimele secretate inhibă activitatea histaminei şi a SRS-A. Mastocitele sunt implicate deci şi în reacţiile alergice şi de hipersensibilitate imediată ca astmul, urticaria, şocul anafilactic, precum şi în diferite procese inflamatorii.
Macrofagul Macrofagul este o celulă ce provine din celula stem a măduvei osoase hematogene, circulă în sânge sub numele de monocit şi îşi îndeplineşte funcţiile în ţesutul conjunctiv, unde migrează din sânge. Principala lui funcţie este fagocitoza. În microscopia optică şi în coloraţiile uzuale (HE) macrofagul inactiv nu este vizibil. El devine vizibil, după ce a fagocitat, sub forma unei celule ce conţine particule de diferite dimensiuni în citoplasmă (fig. 55 B). Dimensiunea şi forma celulei depinde de cantitatea de material fagocitat.
A
B
Figura 55. Macrofagul. A. Reprezentare schematică: 1 – nucleu, 2 – aparat Golgi, 3 – mitocondrie, 4 – REN, 5 – particule fagocitate, 6 – RER, 7 – lizozomi (modificat după Grignon, 2002); B. Imagine histologică.
În microscopia electronică se poate recunoaşte după forma particulară a nucleului, care este reniform şi incizurat. Citoplasma conţine, pe lângă particule fagocitate, multe organite care ajută celula să-şi îndeplinească funcţia: lizozomi, aparat Golgi, mitocondrii, RER, REN (fig. 55 A). Macrofagul este o celulă foarte mobilă. Membrana celulară prezintă numeroase prelungiri, denumite pseudopode. Pseudopodele asigură deplasarea macrofagului în ţesuturi, deplasare care se face sub acţiunea factorilor chemotactici eliberaţi din focarul lezional. Pseudopodele sunt esenţiale şi pentru realizarea fagocitozei, adică înglobarea unei particule străine în citoplasmă.
53 Ţesuturile conjunctive
Suprafaţa celulară conţine un număr mare de receptori pentru IgG, IgM şi pentru fracţiunea C3 a complementului (o proteină sintetizată în ficat şi care circulă liber în sânge). În diferite ţesuturi macrofagul ia forme şi denumiri variate: histiocit în ţesutul conjunctiv, celulă Kupffer în ficat, osteoclast în ţesutul osos, microglie în ţesutul nervos, celulă Langhans în piele etc. Implicaţii în patologie În inflamaţiile cronice, macrofagele se aglomerează în jurul focarului lezional, iau forme poligonale, iar citoplasma lor devine abundentă. Dispoziţia şi aspectul lor seamănă cu a celulelor epiteliale, motiv pentru care ele sunt numite celule epiteloide. Uneori, în jurul unor particule străine de dimensiuni mari, macrofagele pot fuziona formând celule de talie foarte mare cu mulţi nuclei. Aceste celule se numesc celule gigante multinucleate de corp străin sau celule Langhans. Rolul macrofagului este complex: fagocitoză, iniţierea reacţiilor imune, secreţie. Fagocitoza este proprietatea fundamentală a macrofagelor, prin care ele sunt capabile să înglobeze în citoplasmă şi să distrugă prin enzimele lor lizozomale o serie de particule străine organismului: bacterii, viruşi, resturi organice (de exemplu celule moarte, ţesuturi necrozate), complexe imune, corpi străini. Prin proprietatea de a fagocita resturi organice, funcţionează ca un adevărat gunoier al organismului, îndepărtând ţesuturile necrozate şi celulele moarte. Datorită capacităţii lor de a fagocita microorganisme, macrofagele fac parte (împreună cu neutrofilele) din prima linie de apărare a organismului împotriva bacteriilor, al căror devorator vorace sunt. Macrofagul poate fagocita prin două mecanisme: - fagocitoza nespecifică se produce la un prim contact al organismului cu un antigen (material străin organismului) şi care constă în simpla ingestie şi distrugere a materialului antigenic: sub acţiunea unor factori eliberaţi în focarul lezional, macrofagul se deplasează spre acel focar, emite prelungiri (pseudopode) cu care înconjoară antigenul, înglobându-l în citoplasmă într-o vacuolă numită fagozom (fig. 56). Lizozomii macrofagului fuzionează cu fagozomul (fagolizozom), îşi golesc enzimele, digerând materialul străin (fig. 56). Resturile sunt eliminate din celulă sub forma unui corp rezidual.
Figura 56. Fagocitoza nespecifică. 1 – microb, 2 – membrană celulară, 3 - pseudopod, 4 – citoplasmă, 5 – lizozom, 6 – fagozom, 7 – enzime citolitice, 8 – fagolizozom, 9 – microb parţial digerat, 10 – material nedigerabil, 11 – corp rezidual.
54 Ţesuturile conjunctive
- fagocitoza imună se declanşează la al doilea contact cu antigenul, prin intervenţia imunoglobulinelor (Ig) şi a complementului. Fagocitoza imună este mult mai rapidă decât cea nespecifică. Secvenţa evenimentelor este următoarea: la un prim contact cu o bacterie (de exemplu), macrofagele o fagocitează printr-un mecanism nespecific, ea fiind străină organismului. În acelaşi timp, plasmocitele, în contact cu bacteria respectivă, secretă IgG şi IgM, care împreună cu complementul vor circula libere prin sânge în căutarea antigenelor (bacteriilor) împotriva cărora au fost secretate. La al doilea contact cu acelaşi antigen, imunoglobulinele (IgG şi IgM) şi complementul se leagă rapid de suprafaţa bacteriei, proces numit opsonizare. Bacteria opsonizată este recunoscută rapid de macrofage, care au pe suprafaţa lor receptori pentru IgG şi IgM şi pentru complement. Prelungirile macrofagului acoperă bacteria şi o preiau rapid în citoplasmă unde este digerată de enzimele lizozomale. Iniţierea răspunsului imun. Macrofagul are rol important în declanşarea răspunsului imun datorită proprietăţii sale de celulă prezentatoare de antigen (CPA). Astfel, macrofagul este capabil să capteze un antigen, să-l fragmenteze, să-l prelucreze cu ajutorul enzimelor lizozomale, să-l transporte pe suprafaţa celulară, unde se leagă de o moleculă a complexului major de histocompatibilitate (CMH) clasa II. Sub această formă, antigenul este recunoscut de limfocitele T helper (CD4+), care vor declanşa mecanismele de apărare imună (vezi capitolul „Sângele”). Rolul secretor al macrofagului. Macrofagul poate secreta: - citokine, mediatori ce intervin în procesul imun, în anafilaxie şi în inflamaţie. Citokinele sunt molecule proteice capabile să acţioneze în concentraţii foarte mici pe celulele ţintă (acelea care au receptori). Câteva mai importante sunt: interleukina 1 (IL-1), TNF, factorul de stimulare al coloniilor de granulocite-monocite din măduva osoasă hematogenă (GM-CSF – GranulocyteMonocyte Colony Stimulating Factor), factorul de creştere a fibroblastului (FGF - Fibroblast Growth Factor), factorul de proliferare a fibroblastului (FPF – Fibroblast Proliferating Factor). IL-1 activează limfocitul B şi declanşează secreţia de Ig. Alţi mediatori au efect chemotactic asupra neutrofilelor sau determină proliferarea fibroblastelor în focarul lezional. - proteaze (colagenaze, elastaze şi glicozaminoglicozidaze), care facilitează migrarea macrofagului. Sistemul monocitar – macrofagic Istoric. Noţiunea de sistem monocitar - macrofagic înlocuieşte vechiul termen de sistem reticuloendotelial, definit de Aschoff în 1924 şi care includea în această categorie şi celulele endoteliale. Această concepţie, dovedită ulterior a fi greşită, a rezultat din imposibilitatea microscopiei optice de a diferenţia celulele endoteliale de macrofagele perisinusoidale (din sinusoidul hepatic) sau celulele reticulare (ce formează stroma organelor limfoide) de macrofagele din ţesutul limfoid, mai ales că toate aceste celule pot conţine particule străine. Mai târziu, studiile de microscopie electronică au dovedit că celulele endoteliale preiau în citoplasmă doar coloranţi vitali, prin mecanism de pinocitoză, dar nu au proprietăţi fagocitare. La fel şi celulele reticulare. Singurele celule ce au cu adevărat capacitate fagocitară sunt macrofagele. Noul concept al sistemului monocitar-macrofagic a fost introdus în 1970 de van Fourth şi include o serie de celule care au proprietăţi comune: - au originea într-un precursor comun, celula stem pluripotentă şi apoi CFU-Mo (Colony Forming Units - Monocyte) din măduva osoasă hematogenă şi monocitul sanguin - au capacitatea de a fagocita cu foarte mare aviditate coloranţi vitali, ca de exemplu albastrul de tripan sau tuşul de China - reacţionează pozitiv la peroxidază - au pe suprafaţă receptori pentru IgG, IgM şi complement, fiind implicate în fagocitoza imună - au pe suprafaţă aceeaşi marcheri specifici, făcând posibilă recunoaşterea lor cu ajutorul anticorpilor monoclonali. Membrii familiei sunt: - monocitul sanguin
55 Ţesuturile conjunctive
- histiocitul şi celula Langhans din ţesutul conjunctiv şi piele - macrofagele din splină, noduli limfatici, măduva osoasă, timus - macrofagul alveolar - celula Kupffer din ficat - osteoclastul din ţesutul osos - microglia din sistemul nervos central, celulă care datorită proprietăţilor fagocitare face parte din acest sistem, deşi s-a dovedit că originea ei embriologică este în crestele neurale.
Plasmocitul Plasmocitul este un limfocit B activat şi migrat în ţesutul conjunctiv, unde îşi îndeplineşte funcţia, adică secretă toate tipurile de imunoglobuline (anticorpi): IgA, IgM, IgG, IgD, IgE. Un plasmocit produce numai un singur anticorp specific (o singură Ig). Se găseşte în toate ţesuturile conjunctive, dar mai ales în cele situate în apropierea unor posibile căi de intrare a antigenelor: mucoasa gastro-intestinală, mucoasa respiratorie, glandele salivare, noduli limfatici.
A
B
Figura 57. Plasmocitul. A. Reprezentare schematică. 1 – nucleu, 2 – mitocondrie, 3 – aparat Golgi, 4 – RER (modificat după Grignon, 2002); B. Imagine histologică.
Morfologic este uşor de recunoscut în coloraţiile uzuale, fiind o celulă mare (aproximativ 20 μ), rotundă sau ovalară (fig. 57). Nucleul este situat excentric (la o extremitate a celulei) şi are un aspect particular al cromatinei, care este dispusă sub formă de bulgări aşezaţi în „spiţă de roată” (alternanţă regulată a eucromatinei cu heterocromatina). Citoplasma este abundentă, bazofilă deoarece conţine un RER bine dezvoltat, implicat în secreţia Ig-lor, dar şi alte organite: complexul Golgi, mitocondrii. Citoplasma poate conţine corpi Russel, eozinofili, cu semnificaţie necunoscută.
Neutrofilul În mod normal neutrofilele se găsesc în număr mic în ţesutul conjunctiv. Numărul lor creşte foarte mult în inflamaţiile acute. Sunt celule foarte mobile ce migrează prin endoteliul vaselor în ţesuturi şi apoi cu foarte mare viteză spre focarul lezional în sensul gradientului de concentraţie al mediatorilor eliberaţi la locul inflamaţiei. Această capacitate de deplasare a neutrofilelor se numeşte chemotactism. Ca şi macrofagele şi împreună cu ele, fac parte din prima linie de apărare a organismului împotriva agresiunii bacteriene. Aspectul morfologic şi funcţia lor vor fi descrise la capitolul „Sângele”.
56 Ţesuturile conjunctive
Eozinofilul În număr mic, eozinofilele sunt prezente în mod normal în ţesutul conjunctiv; sunt mai numeroase în piele, plămân sau la persoanele cu alergii sau infestaţii cu paraziţi. Aspectul şi funcţia eozinofilelor vor fi descrise la capitolul „Sângele”.
Limfocitele În ţesutul conjunctiv sunt prezente atât limfocite T cât şi limfocite B, ele fiind implicate în mecanismele de apărare imună. Ele vor fi descrise pe larg la capitolul „Sângele” şi „Sistemul imun”.
Fibrele ţesutului conjunctiv Fibrele sunt prezente în ţesutul conjunctiv în diferite cantităţi, în funcţie de necesităţile structurale sau funcţia acestuia. Ele se pot clasifica în fibre colagene (inclusiv fibrele de reticulină) şi fibre elastice. Toate aceste tipuri sunt secretate de către fibroblaste şi sunt compuse din proteine alcătuite din lanţuri peptidice lungi.
Fibrele de colagen Sunt flexibile şi prezintă o rezistenţă tensională remarcabilă. În microscopia optică, ele apar ca structuri ondulate, de lăţime variabilă şi lungime în general nedeterminabilă (fig. 58). Cu HE se colorează palid în roşu, fiind dificil de diferenţiat de fibrele musculare netede. Pentru a le putea vizualiza se apelează la coloraţii speciale: coloraţia Van Gieson (în care fibrele musculare se colorează în galben sau maro, iar fibrele colagene în roşu intens) sau coloraţii tricromice (Mallory, în care fibrele colagene se colorează în albastru, sau Székely, în care apar colorate în verde).
Figura 58. Fibre de colagen.
Examinate la microscopul electronic, fibrele colagene apar ca nişte fascicule alcătuite din subunităţi fine, fibrilare, fibrilele de colagen. În structura unei fibre individuale, diametrul fibrilelor este relativ uniform. Dimensiunile lor pot totuşi varia, în funcţie de localizare şi stadiul de dezvoltare. Astfel, în ţesuturile imature, fibrilele de colagen pot avea 15-20 nm diametru, pe când în structura ţesutului tendinos sau în alte ţesuturi supuse la solicitări mecanice, ele pot avea până la 300 nm diametru. Principalele caracteristici ale fibrelor de colagen sunt următoarele: - sunt glicoproteine extracelulare - pot fi dispuse izolat sau sub formă de fascicule
57 Ţesuturile conjunctive
- pot fi aşezate ordonat sau dezordonat - nu se ramifică şi nu se anastomozează (cu excepţia fibrelor de reticulină) - nu sunt extensibile - sunt rezistente la acţiunea apei şi alcoolului - pot fi distruse prin fierbere (rezultând gelatina) sau prin intermediul unor enzime specifice (colagenaze). Există 19 tipuri de fibre de colagen identificate până în prezent. Dintre aceste tipuri, unele (colagenul de tip I, II, III, V şi XI) sunt denumite colagen fibrilar, după modul de organizare. Cele mai importante sunt următoarele: - colagenul de tip I – cel mai frecvent; întâlnit în structuri precum aponevroze, tendoane, ligamente, oase, fascii, capsule conjunctive ale organelor - colagenul de tip II – reprezintă peste 50% din proteinele prezente în cartilaje - colagenul de tip III – formează fibrele de reticulină, un tip particular de fibre de colagen - colagenul de tip IV – intră în structura membranei bazale a epiteliilor (lamina densa), fiind descrise circa 24 de subtipuri - colagenul de tip VII – intră de asemenea în structura membranei bazale (lamina fibroreticularis), asigurând legătura cu ţesutul conjunctiv. Fibrele de reticulină sunt fibre de colagen de tip III, ele nu sunt vizibile în coloraţia standard cu hematoxilină eozină. Pot fi evidenţiate prin intermediul impregnaţiilor argentice, cu care se colorează în negru datorită argirofiliei lor (fig. 59). Spre deosebire de alte tipuri de colagen fibrilar, fibrele de reticulină se ramifică şi se anastomozează, formând reţele. Fibrele de reticulină se întâlnesc în ţesutul conjunctiv lax, unde înconjoară adipocitele, vasele sanguine mici, nervii, precum şi la limita dintre ţesutul conjunctiv şi cel epitelial. Ele formează şi stroma organelor hemato- şi limfopoetice, cu excepţia timusului. În aceste organe, fibrele de reticulină sunt produse de celule specializate, celulele reticulare. În majoritatea celorlalte localizări, aceste fibre sunt secretate de către fibroblaste, cu câteva excepţii notabile: endonervul nervilor periferici, unde sunt sintetizate de către celulele Schwann, şi stratul muscular al tubului digestiv, respectiv tunica media a vaselor sanguine, unde pot fi secretate de către miocite, ce au şi fenotip secretor.
Figura 59. Fibre de reticulină – impregnaţie argentică.
Sinteza fibrelor de colagen. Fibrele de colagen sunt sintetizate de către fibroblast în două etape: o etapă intracelulară şi una extracelulară. Producerea fibrilelor de colagen propriu-zise are loc în a doua etapă. Etapa intracelulară: celula preia din exteriorul său materia primă, pe care o include în RER. La acest nivel este sintetizată componenta proteică, ce este apoi transferată în aparatul Golgi, unde
58 Ţesuturile conjunctive
i se adaugă glucide (glicozilare) în cantitate foarte redusă (aproximativ 0,5% din structura fibrelor de colagen este glucidică). În urma acestor procese rezultă vezicule de secreţie ce conţin procolagen, ce sunt exocitate cu ajutorul microtubulilor. Un rol important în această etapă îl are vitamina C, a cărei concentraţie influenţează activitatea enzimelor implicate în procesul de sinteză al procolagenului. Astfel, în deficienţa de vitamina C, procesele de vindecare sau de reparare tisulară sunt deficitare. De asemenea, administrarea de colchicină sau vinblastină alterează structura microtubulilor, afectând procesul de exocitoză şi având ca rezultat acumularea de vezicule secretorii în interiorul fibroblastului. Etapa extracelulară: procolagenul exocitat este convertit în molecule de colagen cu ajutorul unei enzime, procolagen peptidaza. Aceste molecule se aliniază apoi pentru a forma fibrilele de colagen prin autoasamblare. Fibroblastul controlează modul în care se vor dispune fibrilele nou formate, direcţionând veziculele secretorii spre anumite porţiuni ale membranei celulare. Sinteza colagenului se află sub influenţă hormonală, STH stimulând-o, iar ACTH inhibând-o (motiv pentru care, de exemplu, în bolile de colagen se administrează cortizol). Implicaţii în patologie: boli ale ţesutului conjunctiv Scorbutul. Deficienţa de vitamină C produce o tulburare majoră în sinteza de colagen. Acidul ascorbic este esenţial pentru hidroxilarea enzimatică a unor aminoacizi ai colagenului. În absenţa lui, se formează un triplu helix instabil. Consecinţa este tendinţa marcată la sângerare datorită fragilităţii capilarelor, vindecarea defectuoasă a plăgilor şi a fracturilor, etc. Sindromul Ehlers-Danlos constă în lipsa unor hidroxilaze şi oxidaze necesare în asamblarea colagenului. Boala este determinată genetic. Bolnavii sunt mici de statură şi au o mobilitate articulară anormală. Osteogeneza imperfectă este un sindrom datorat unei anomalii a unor gene implicate în sinteza de colagen de tip I. Consecinţa este o fragilitate excesivă a oaselor, bolnavii prezentând fracturi repetate, chiar la traume mici, dinţi anormali, tendoane fără rezistenţă, piele subţire.
Fibrele elastice Sunt fibre în general mai groase decât cele de colagen, fiind dispuse într-o reţea tridimensională, întreţesute cu fibre de colagen care asigură limitarea destinderii ţesuturilor şi previn ruperea acestora. Principala lor caracteristică este elasticitatea, aceste fibre fiind capabile să revină la forma iniţială după ce sunt supuse unor tracţiuni/deformări. În HE, fibrele elastice se colorează foarte palid în roz sau nu se colorează deloc. Pentru a le putea studia se apelează la coloraţii speciale, ca de exemplu coloraţia cu rezorcină-fuxină (Weigert) ce colorează fibrele în mov sau cea cu orceină ce le colorează în negru (fig. 60). Fibrele elastice sunt produse în principal de aceleaşi celule care sintetizează fibrele de colagen, în principal fibroblastele. Sinteza fibrelor de elastină are loc în paralel cu cea a colagenului, ambele procese putând avea loc simultan în aceeaşi celulă. Spre deosebire de fibrele de colagen, fibrele elastice au două componente structurale: un miez central de elastină şi microfibrile de fibrilină ce înconjoară acest miez. Elastina este o proteină ce are o dispoziţie spiralată, spiralarea făcându-se aleator. Această morfologie este responsabilă de proprietăţile mecanice ale acestor fibre. Microfibrilele de fibrilină, secretate anterior elastinei, au rolul de a organiza elastina care, secretată, se aşează printre ele. În absenţa fibrilinei, elastina se organizează în lamele, aşa cum se întâmplă în vasele sanguine. Fibrele elastice alcătuiesc componenta preponderentă a matricei extracelulare în structuri precum ligamentele vertebrale, anumite porţiuni din laringe şi arterele de tip elastic. În primele, ele apar ca fibre groase, intercalate cu fibre de colagen. La nivelul corzilor vocale apar fibre elastice mai subţiri. În cazul arterelor elastice, apar lamele fenestrate de elastină, dispuse concentric printre straturile de fibre musculare. Spre deosebire de alte localizări, aici nu se
59 Ţesuturile conjunctive
întâlnesc microfibrile de fibrilină. Aceste lamele sunt sintetizate de celulele musculare netede din tunica medie a arterelor.
Figura 60. Fibre elastice.
Substanţa fundamentală Substanţa fundamentală (SF) umple golurile existente între celulele şi fibrele ţesutului conjunctiv formând împreună cu fibrele şi alte câteva proteine, matricea extracelulară. Ea apare ca o materie vâscoasă, clară, fără structură histologică, ce conţine o cantitate mare de apă. SF apare colorată doar pe secţiuni la gheaţă, bazofil cu coloranţi bazici. Pe preparatele uzuale apare sub forma unor spaţii goale (lipsă de substanţă) fiind extrasă în cursul prelucrării histologice. SF nu are doar rol de umplutură, ci la nivelul ei se desfăşoară procese complexe ca difuziunea gazelor sau a substanţelor nutritive între vase şi diferitele ţesuturi. Biochimic este constituită în principal din proteoglicani şi acid hialuronic. Proteoglicanii sunt molecule foarte mari, constituite dintr-un miez proteic de care se leagă covalent molecule de glicozaminoglicani (GAG). GAG sunt polizaharide cu încărcătură electrică negativă, proprietate ce atrage apa. Prezenţa apei dă un aspect de gel hidratat SF. Consistenţa gelatinoasă a SF permite trecerea cu uşurinţă a moleculelor solubile în apă, dar îngreunează circulaţia moleculelor mari sau a bacteriilor. Proteoglicanii conţin receptori pentru TGF-β (Transforming Growth Factor). Legarea acestuia de proteoglicani poate modifica consistenţa SF, ceea ce are drept consecinţă accelerarea sau inhibarea circulaţiei macromoleculelor, a microorganismelor sau a celulelor canceroase. Acidul hialuronic este tot un polizaharid, diferit de alţi GAG prin lungimea mare a moleculei şi numărul foarte mare (sute) de zaharuri din care este alcătuit. El nu se leagă covalent de o proteină pentru a forma proteoglicani. Totuşi proteoglicanii se pot lega indirect de acidul hialuronic, formând o moleculă gigantă în SF a cartilajului. Alte glicoproteine componente ale MEC sunt fibronectina şi laminina. Ele fac parte din marea familie a moleculelor de adeziune celulară (MAC), mai precis a moleculelor de adeziune la substrat. Fibronectina mediază adeziunea între o gamă largă de celule şi componentele MEC. Ea se poate întâlni ca proteină plasmatică, ca proteină ce aderă tranzitor la suprafaţa celulelor sau ca fibrile în MEC. Celulele de care aderă, au receptori pentru fibronectină, iar aceşti receptori se leagă intracelular de actina din citoscheletul celulei. În felul acesta celula controlează MEC, prin intermediul fibronectinei. Laminina este un constituent major al MB (vezi subcapitolul „Membrana bazală”).
60 Ţesuturile conjunctive
Tipuri de ţesuturi conjunctive Există două grupuri mari de ţesuturi conjunctive: ţesuturi conjunctive embrionare şi adulte. Raportul dintre cele trei elemente componente (celule, fibre, substanţă fundamentală) este foarte variabil în funcţie de tipul de ţesut conjunctiv, acest raport contribuind la stabilirea consistenţei ţesutului respectiv.
Ţesuturile conjunctive embrionare Ţesutul mezenchimatos Este un tip de ţesut care se întâlneşte la embrion. Din el derivă aproape toate tipurile de ţesuturi conjunctive (cu excepţia unor ţesuturi conjunctive din regiunea capului care provin din creasta neurală), dar şi ţesutul muscular, sistemul vascular, seroasele şi sistemul uro-genital.
Figura 61. Ţesut conjunctiv mezenchimatos: celule mezenchimatoase stelate şi MEC.
În ţesutul conjunctiv mezenchimatos predomină celulele şi substanţa fundamentală. Celulele sunt celule mezenchimatoase, celule nediferenţiate cap de serie pentru celulele conjunctive adulte. Ele pot persista în ţesuturile adulte constituind o sursă de celule multipotente în procesele de regenerare şi/sau reparaţie tisulară. Celulele mezenchimatoase sunt relativ uniforme, mici, stelate. Citoplasma redusă cantitativ, emite prelungiri prin care celulele învecinate stabilesc contacte prin intermediul joncţiunilor de tip gap şi formează o reţea tridimensională (fig. 61). Matricea extracelulară are un aspect gelatinos, vâscos şi este alcătuită preponderent din substanţă fundamentală. Sunt prezente doar rare fibre de colagen de tip III (fibre de reticulină).
Ţesutul conjunctiv mucos Este asemănător cu ţesutul mezenchimatos. Caracteristic acestui tip de ţesut este cantitatea abundentă de substanţă fundamentală, care se colorează metacromatic în albăstrui şi care de obicei este bogată în acid hialuronic. Fibrele (colagene şi de reticulină) sunt rare, la fel ca şi celulele, care pot fi stelate sau fusiforme, asemănătoare cu cele mezenchimatoase (fig. 62). Ţesutul conjunctiv mucos se întâlneşte rar la adult (pulpa dintelui în dezvoltare), dar constituie gelatina Wharton a cordonului ombilical.
61 Ţesuturile conjunctive
Figura 62. Ţesut conjunctiv mucos.
Ţesuturi conjunctive adulte O clasificare simplă a ţesuturilor conjunctive adulte se poate face după consistenţa substanţei fundamentale în: - ţesuturi conjunctive moi, în care substanţa fundamentală este moale - ţesuturi conjunctive semidure, în care substanţa fundamentală este cartilaginoasă (cartilajul) - ţesuturi conjunctive dure, în care substanţa fundamentală şi fibrele sunt mineralizate (osul). Această clasificare este numai didactică şi oarecum scolastică; ea nu se regăseşte în cărţile moderne de histologie. O vom folosi în continuare deoarece considerăm că permite o orientare mai bună a studenţilor în desişul ţesuturilor conjunctive. Ţesuturile conjunctive moi, cuprind la rândul lor: - ţesutul conjunctiv lax - ţesuturi conjunctive dense - neordonate: ţesutul dermo-capsular - ordonate: ţesutul tendinos, aponevrotic, fibro-lamelar, elatic - ţesuturi conjunctive specializate: ţesutul conjunctiv reticulat, adipos Ţesuturile cartilaginoase sunt de trei tipuri: - cartilajul hialin - cartilajul elastic - cartilajul fibros Ţesutul osos: - ţesut osos nehaversian (fibros) - ţesut osos haversian (compact şi spongios).
Ţesuturile conjunctive moi Ţesutul conjunctiv lax Este tipul de ţesut conjunctiv cel mai frecvent întâlnit, mai ales în zone care nu necesită o rezistenţă crescută. În ţesutul conjunctiv lax, cele trei elemente constitutive ale ţesutului conjunctiv (celule, fibre, substanţă fundamentală) se găsesc în proporţii egale (fig. 63). Astfel, întâlnim toate tipurile de celule conjunctive, atât fixe cât şi mobile, precum şi toate tipurile de fibre (colagene, elastice, de reticulină). Printre acestea se găseşte substanţa fundamentală.
62 Ţesuturile conjunctive
Figura 63. Ţesut conjunctiv lax. 1 – fibrocite, 2 – fibre de colagen, 3 – vase de sânge.
Ţesutul conjunctiv lax conţine foarte multe vase sanguine, limfatice şi terminaţii nervoase. Funcţiile acestui tip de ţesut sunt numeroase şi complexe: rol metabolic (la nivelul lui au loc schimburile de substanţe între diferitele compartimente), rol în apărarea nespecifică (prin granulocite şi macrofage) şi imună (mediată celular prin limfocite T şi mediată umoral prin imunoglobulinele secretate de limfocite B), rol trofic pentru epiteliile sub care se găseşte, rol de regenerare şi reparare după distrucţii tisulare. Principalele localizări: - corionul (lamina propria) organelor, este ţesutul situat sub toate epiteliile a căror nutriţie o asigură - stratul submezotelial, situat imediat sub mezoteliul peritoneului, pleurei, pericardului etc. - adventiţia diferitelor organe - în spaţiile dintre organe - în jurul vaselor de distribuţie (vase de tip muscular), însoţind cele mai mici ramificaţii ale acestora în interiorul diferitelor organe - între fasciculele de fibre musculare netede sau striate.
Ţesutul conjunctiv dermo-capsular Ca tip, este un ţesut conjunctiv dens (fibros), neordonat, constituit în principal din fibre conjunctive (mai ales colagene şi elastice). Aceste fibre sunt orientate în toate direcţiile, făcând faţă la direcţia de acţiune a forţelor. Celulele sunt reprezentate aproape exclusiv de fibroblaste şi fibrocite, strâns lipite de fibrele pe care le-au produs, identificabile în coloraţiile cu HE doar după aspectul nucleului. Substanţa fundamentală este foarte redusă cantitativ. Este un ţesut slab vascularizat. Localizare: - dermul pielii - capsula diferitelor organe: ficat, splină, albugineea ovarului şi a testiculului, nodulii limfatici - periost, pericondru - dura mater - epinervul (o teacă conjunctivă ce înconjoară nervii mari).
Ţesutul tendinos Ţesutul tendinos este un ţesut conjunctiv dens, ordonat ce intră în structura ligamentelor şi tendoanelor. Cea mai mare parte din masa tendonului este constituită din fibre conjunctive
63 Ţesuturile conjunctive
colagene (de tip I), aşezate ordonat, paralel între ele şi discret ondulate. În felul acesta ele formează o structură relativ flexibilă, dar şi rezistentă la stresul mecanic la care este supusă. Examinat cu ochiul liber tendonul are o culoare albă-sidefie, aspect dat de aşezarea ordonată a fibrelor. Celulele ţesutului tendinos sunt fibrocite numite tenocite, şi se găsesc printre fibrele conjunctive, de care sunt strâns lipite. Datorită dispoziţiei ordonate a fibrelor şi celulele sunt aşezate în rânduri paralele (cu fibrele). Pe preparatele uzuale sunt vizibili mai ales nucleii, aşezaţi cap la cap (nuclei gemeni), aspect foarte caracteristic pentru structura tendonului. Citoplasma, redusă cantitativ, emite fine prelungiri care înconjoară fibrele şi se anastomozează cu prelungirile celulelor învecinate. Aceste prelungiri citoplasmatice se găsesc aşezate într-o fină lamă de ţesut conjunctiv lax ce conţine vase şi nervi, numită endotendon. Tendonul conţine foarte puţină substanţă fundamentală în structura sa (fig. 64).
Figura 64. Ţesut tendinos. 1 – tenocite cu nuclei gemeni, 2 – fibre colagene.
Pe o secţiune transversală prin tendon, se observă că fiecare fibră conjunctivă este înconjurată de o lamă fină de ţesut conjunctiv lax, endotendon; mai multe asemenea fibre formează fascicule, învelite la rândul lor de o lamă conjuctivă mai groasă, peritendon; mai multe fascicule reunite şi învelite de epitendon formează tendonul propriu-zis. Acest ţesut conjunctiv însoţeşte vasele şi nervii tendonului. Localizare şi funcţii: - tendoanele sunt structuri ce ataşează muşchii la oase - ligamentele au aceeaşi structură histologică, dar conectează oasele între ele la nivelul articulaţiilor. Tendonul şi ligamentele nu sunt doar structuri pasive, de legătură; în timpul contracţiei musculare, ele sunt capabile să înmagazineze o cantitate de energie pe care o pot elibera, tendonul fiind astfel o sursă de „energie liberă” pentru locomoţie.
Ţesutul aponevrotic Este, ca şi ţesutul tendinos, un ţesut conjunctiv dens ordonat, format preponderent din fibre colagene de tip I. Aceste fibre formează lame conjunctive ce învelesc şi servesc ca inserţie pe os muşchilor laţi. În cadrul aceleiaşi lame, fibrele conjunctive sunt paralele între ele, dar sunt perpendiculare pe fibrele din lamele învecinate (fig. 65). Fibrocitele aponevrozei se găsesc între lamele conjunctive, sunt aplatizate şi au nucleii crestaţi.
64 Ţesuturile conjunctive
Figura 65. Ţesut aponevrotic. 1 – nuclei de fibrocite, 2 – fibre colagene.
Ţesutul conjunctiv fibro-lamelar Este o structură particulară ce formează stroma corneei, unul din mediile transparente ale ochiului. El constă din fascicule de fibre de colagen cu aceeaşi grosime, organizate în lamele (fig. 66). În interiorul aceleiaşi lamele fibrele de colagen sunt perfect paralele între ele şi sunt aşezate la 90° în lamelele învecinate. Celulele (fibrocitele) sunt turtite şi, împreună cu fibrele, sunt înconjurate de o cantitate mică de substanţă fundamentală ce conţine proteoglicani (cheratan sulfaţi în cantitate mare) şi în mai mică măsură condroitin sulfaţi 4 şi 6. Funcţia acestui ţesut conjunctiv este de a asigura, prin dispoziţia particulară a fibrelor conjunctive, transparenţa corneei, şi nu de a-i conferi rezistenţă.
Figura 66. Ţesut fibro-lamelar, cornee. 1 – fibrocite, 2 – fibre colagene.
Ţesutul conjunctiv elastic Este tot un ţesut conjunctiv ordonat, care, spre deosebire de celelalte ţesuturi descrise mai sus, este alcătuit în principal din fibre conjunctive elastice. Acest tip de ţesut conjunctiv intră în
65 Ţesuturile conjunctive
componenţa unor ligamente (ligamentul galben, ce conectează arcurile vertebrale succesive), a corzilor vocale şi a mediei arterelor elastice.
Ţesutul conjunctiv reticulat Ţesutul conjunctiv reticulat este un tip particular de ţesut conjunctiv, format din celule şi fibre de reticulină (colagen tip III). Celulele au o formă stelată, deoarece au numeroase prelungiri prin care celulele învecinate se anastomozează şi formează o reţea. Datorită acestui aspect, ele se numesc celule reticulare; ele sunt de fapt fibroblaste, dar de un tip particular, deoarece secretă numai fibre de colagen de tip III. Nucleul este rotund, hipocrom, mai mare decât al limfocitelor care se găsesc printre ele. Fibrele de reticulină sunt aşezate sub forma unei reţele tridimensionale, ce dublează reţeaua formată de prelungirile celulelor reticulare (fig. 67).
Figura 67. Ţesut conjunctiv reticulat, nodul limfatic. 1 – celule reticulare, 2 – limfocite.
Acest tip de ţesut formează stroma tuturor organelor limfoide, cu excepţia timusului. Dubla reţea, formată de celulele reticulare şi fibrele de reticulină, reprezintă un suport pentru limfocite, macrofage, iar în măduva osoasă hematogenă pentru precursorii celulelor sanguine.
Ţesutul adipos Ţesutul adipos este un ţesut conjunctiv specializat, format aproape în exclusivitate din celule numite adipocite. El este caracteristic mamiferelor, care ingerează alimente intermitent, dar consumă continuu energie. Ţesutul adipos este capabil să depoziteze lipide, adică materiale bogate în energie, în perioadele de exces alimentar şi să elibereze acizi graşi în perioadele de înfometare. Celula responsabilă este adipocitul, care este capabil să depoziteze lipide exogene sau să sintetizeze activ lipide din carbohidraţi şi să le depoziteze sub formă de grăsime. Există două tipuri de ţesut adipos: alb şi brun. Ele sunt foarte diferite prin localizare, culoare, vascularizaţie, funcţie. Ţesutul adipos alb - univacuolar După cum îi spune numele are culoare albă sau gălbuie, mai pronunţată dacă alimentaţia conţine mult caroten. Celulele adipoase, a căror morfologie a fost descrisă în capitolul „Celulele ţesutului conjunctiv”, sunt strâns împachetate unele faţă de altele formând paniculi adipoşi (fig. 68). Ţesutul adipos poate avea un aspect septat, mai ales în zonele în care este supus unor presiuni. Aceste septe sunt formate din ţesut conjunctiv lax, în care se găseşte o importantă reţea vasculară.
66 Ţesuturile conjunctive
În stările de inaniţie prelungită sau în boli cronice grave, ţesutul adipos îşi eliberează aproape în totalitate vacuola de grăsime şi rămâne sub forma unui ţesut foarte vascularizat, format din celule rotunde sau ovalare ce mai conţin doar vacuole mici de grăsime.
Figura 68. Ţesut adipos alb.
Mobilizarea grăsimilor din adipocite se face sub influenţa factorilor nervoşi şi hormonali. Membrana celulară a adipocitelor conţine receptori pentru anumiţi hormoni ce influenţează metabolismul lipidic: insulina ce accelerează preluarea glucozei din sânge şi transformarea ei în trigliceride, epinefrina din medulara suprarenalei şi hormonii tiroidieni accelerează lipoliza şi eliberarea acizilor graşi. Localizarea ţesutului adipos alb: - în hipoderm se găseşte în cantităţi variabile în funcţie de starea de nutriţie şi diferite zone predilecte. Acestea diferă în funcţie de sex: de exemplu, la femei cantităţi mai mari se găsesc în regiunea sânilor, a abdomenului, a coapselor sau în funcţie de vârstă: la nou-născuţi şi copii mici ţesutul adipos se găseşte sub forma unui strat continuu pe întreaga suprafaţă a corpului. - în jurul globului ocular - în mezenter, epiploon, retroperitoneu - în jurul rinichiului şi a glandei suprarenale. Implicaţii în patologie: obezitatea În ţările dezvoltate, obezitatea constituie o problemă majoră de sănătate. Ea creşte mult riscul diabetului zaharat de tip II şi a bolilor cardiovasculare (hipertensiune arterială şi infarct miocardic). Obezitatea dezvoltată la vârsta adultă se datorează de cele mai multe ori acumulării unor cantităţi mari de grăsime într-un număr normal de celule adipoase uniloculare, care cresc consecutiv în dimensiuni (de până la 4 ori). Acest tip de obezitate este obezitatea hipertrofică. În obezitatea severă se poate constata şi înmulţirea numărului de adipocite, obezitate hipercelulară. În mod normal adipocitele adulte nu sunt capabile să se dividă, ceea ce înseamnă că acest fenomen se datorează proliferării precursorilor lor. Astfel de persoane au un număr mai mare de precursori ai celulelor adipoase. Numeroase studii clinice şi experimentale au dovedit că în afară de unii factori genetici, supraalimentarea nou-născutului în primele săptămâni de viaţă duce la formarea unui număr mai mare decât normal de precursori de celule adipoase. S-a dovedit astfel că obezitatea severă, hipercelulară, apare la persoanele care au fost supraalimentate în copilărie. Rolul ţesutului adipos alb este de izolator termic, de amortizare a şocurilor (rinichi, glob ocular), depozit de lipide, sursă de energie, şi în metabolizarea hormonilor sexuali. Pe lângă aceste roluri
67 Ţesuturile conjunctive
clasic cunoscute, cercetări moderne demonstrează că ţesutul adipos este departe de a fi un ţesut inert şi un simplu rezervor de energie. Celulele sale sunt capabile să producă diferiţi hormoni (leptina şi adiponectina) şi citokine (TNF-α), putând fi considerat o mare glandă endocrină. Implicaţii în patologie: obezitatea, adipocitokinele şi cancerul Hormonii peptidici şi citokinele secretate de ţesutul adipos poartă numele generic de adipocitokine. Acestea sunt factori activi biologic, ce acţionează local sau general, influenţând diferite procese precum metabolismul acizilor graşi şi al glucozei, sensibilitatea la insulină, diferenţierea adipocitelor, inflamaţia şi răspunsul imun. În obezitate, pe lângă creşterea numărului şi volumului celulelor adipoase, apare şi o alterare a nivelului seric al adipocitokinelor, ceea ce poate afecta proliferarea celulară, apoptoza şi angiogeneza. Activarea acestor procese reprezintă factori de risc pentru apariţia unor tipuri de cancer la femeile în menopauză, şi anume cancerul de sân şi cancerul endometrial. Adipocitokinele implicate în aceste procese sunt leptina, factorul de creştere hepatică (HGF – Hepatic Growth Factor) şi adiponectina. Dacă multă vreme s-a crezut că etiologia acestor cancere asociate obezităţii ar fi exclusiv excesul de hormoni estrogeni, în prezent se consideră că în patogeneza lor intervin şi modificările nivelului seric al adipocitokinelor. Ţesutul adipos brun Se deosebeşte de cel alb printr-o serie de aspecte morfologice şi funcţionale: - în primul rând prin culoarea brun-roşcată, care-l face uşor de recunoscut la examenul cu ochiul liber. Această culoare se datorează vascularizaţiei abundente şi prezenţei unui pigment (citocrom) în mitocondrii. - este un ţesut cu o lobulaţie evidentă microscopic, ceea ce-l face să semene cu un parenchim glandular endocrin - celulele sale sunt aşezate totdeauna grupat, niciodată izolate. Ele sunt poliedrice, mai mici decât adipocitele albe, au nucleul rotund, situat excentric, iar citoplasma este multivacuolară datorită prezenţei a numeroase picături de grăsime dispersate în citoplasmă (fig. 69) - este foarte bogat vascularizat. Ultrastructural celulele au organite citoplasmatice mult mai bine dezvoltate ceea ce semnifică o intensă activitate metabolică: mitocondrii, ribozomi, RER, REN.
Figura 69. Ţesut adipos brun.
Localizare Ţesutul adipos brun se găseşte în cantităţi mari la animalele care hibernează, la nou-născut şi la sugar în regiunea gâtului, toracelui, spatelui, axile, retroperitoneal. La om suferă o involuţie marcată, astfel încât la adult este rar întâlnit în mod normal, în jurul vaselor şi a glandei suprarenale.
68 Ţesuturile conjunctive
Funcţia principală a ţesutului adipos brun este de a asigura termoreglarea. El generează căldură organismului. Contrar metabolismului altor ţesuturi, în care energia este eliberată sub formă de ATP, în ţesutul adipos brun energia elaborată prin oxidarea lipidelor este eliberată direct sub formă de căldură. Căldura este dirijată rapid spre restul corpului prin bogata reţea capilară pe care o conţine ţesutul, şi este utilizată de exemplu de nou născut, în perioada vulnerabilă neonatală, la termoreglare. Producţia de căldură este controlată de sistemul nervos simpatic.
Ţesutul pigmentar Spre deosebire de majoritatea ţesuturilor conjunctive, celulele acestui ţesut au origine ectomezodermică, cea ectodermică fiind în crestele neurale însă, conform tradiţiei, acest tip de ţesut este inclus în categoria ţesuturilor conjunctive. Celulele se numesc melanocite şi elaborează un pigment negru-brun, melanina colorând diferitele ţesuturi care o conţin. Localizare: - coroidă, iris, retină (melanocitele cu această localizare elaborează melanina în perioada embrionară, ea persistând toată viaţa) - epiderm (melanocitele din epiderm, spre deosebire de celelalte, elaborează pigment toată viaţa, fiind stimulate de lumină şi inhibate de întuneric).
Ţesuturile cartilaginoase sau cartilajele Ţesuturile cartilaginoase sunt ţesuturi conjunctive particulare, în care celulele proprii se numesc condrocite/condroblaste, iar substanţa fundamentală are aspectul şi proprietăţile unui gel vâscoelastic, conferind cartilajului fermitate dar şi elasticitate în acelaşi timp. Substanţa fundamentală şi fibrele formează matricea cartilajului. Cartilajul se dezvoltă direct din ţesutul mezenchimatos, în anumite arii programate genetic. Cartilajul nu este vascularizat şi inervat. Celulele cartilaginoase sunt hrănite prin difuziune din capilarele din jurul cartilajului. Se descriu trei tipuri de cartilaj, în funcţie de cantitatea de substanţă fundamentală, cantitatea şi tipul de fibre conjunctive conţinute: cartilajul hialin, cartilajul elastic şi cartilajul fibros.
Cartilajul hialin Este cea mai răspândită formă de cartilaj şi de aceea în majoritatea cărţilor este descris ca prototipul de cartilaj. În cartilajul hialin predomină substanţa fundamentală, celulele şi fibrele fiind în cantitate mai redusă (fig. 70). Celulele cartilaginoase Condrocitele sunt echivalentele fibrocitelor. Sunt celule rotunde sau ovalare aşezate izolat sau în grupuri izogene în nişte lacune ale substanţei fundamentale numite condroplaste (fig. 70). Grupurile izogene pot fi coronare, dacă condrocitele sunt aşezate în cerc, sau axiale, dacă condrocitele sunt aşezate unele sub altele sub formă de cordoane sau şiruri. Spre deosebire de fibrocit, condrocitele au o cantitate abundentă de citoplasmă ce se colorează bazofil, şi un nucleu rotund cu 1-2 nucleoli. Ultrastructural celula are puţine organite, dar conţine numeroase incluzii de glicogen şi lipide. La suprafaţa condrocitului se observă microvili cu rolul de a mări suprafaţa de contact cu matricea cartilajului. Funcţia principală a condrocitului este de a controla şi de a regla compoziţia matricei cartilajului. Condroblastele sunt celulele active, cu rol în formarea şi organizarea ţesutului cartilaginos. Ele se găsesc la periferia cartilajului, în pericondru. Sunt celule elipsoidale, turtite, cu axul în lungul pericondrului (fig. 70). Ele se diferenţiază din celulele mezenchimatoase în perioada embrionară şi din fibrocitele straturilor externe ale pericondrului în perioada adultă. Pe măsură ce se
69 Ţesuturile conjunctive
diferenţiază, ele achiziţionează în citoplasmă organite necesare sintezei matricei cartilajului. Ele nu conţin sau conţin puţine incluzii de glicogen şi lipide. Matricea cartilajului Este un gel amorf, hialin (sticlos în limba greacă), omogen. Ea conţine câteva fibrile de colagen, fine, aşezate într-o reţea tridimensională şi o cantitate abundentă de substanţă fundamentală, colorată metacromatic în albastru (bazofilă). Din punct de vedere biochimic, substanţa fundamentală a cartilajului conţine trei tipuri de glicozaminoglicani: acid hialuronic, condroitin sulfaţi, cheratan sulfaţi. Condroitin şi cheratan sulfaţii se leagă de un miez proteic şi formează monomeri de proteoglicani. Acidul hialuronic se leagă de mai mulţi monomeri de proteoglicani, formând agregate mari de proteoglicani hialuronaţi. Matricea cartilajului conţine o cantitate mare de apă (60-80% din greutatea cartilajului) ce permite difuziunea metaboliţilor spre condrocite. Matricea extracelulară a cartilajului hialin nu este uniform distribuită. În jurul fiecărui condroplast precum şi în jurul fiecărei grupări izogene, matricea cartilajului se condensează, devine mai bazofilă formând un fel de capsulă în jurul celulei. Această condensare se numeşte matrice teritorială, este mai bazofilă, bazofilie ce se datorează unui conţinut mai mare de proteoglicani sulfataţi. Ariile situate la distanţă de celule conţin o cantitate mai mică de proteoglicani sulfataţi şi se numesc matrice interteritorială.
Figura 70. Cartilaj hialin, trahee. 1 – pericondru, 2 – condroblaste, 3 – condrocite.
Pericondrul Este un ţesut conjunctiv dens, aşezat de jur împrejurul cartilajului, formând o structură asemănătoare capsulei unor organe. Celulele acestui ţesut conjunctiv sunt asemănătoare fibroblastelor şi determinate genetic să se diferenţieze în condroblaste, apoi în condrocite. Pericondrul are două zone distincte, bine vizibile la cartilajul în creştere: - o zonă fibroasă externă, cu structură tipică de ţesut conjunctiv - o zonă celulară internă, în care se diferenţiază condroblastele. Localizarea cartilajului hialin: - scheletul embrionului este format la început din cartilaj hialin. Prin osificare encondrală el se transformă în os şi dă naştere oaselor scheletului (mai ales cele lungi şi scurte) - epifizele oaselor lungi, asigurând creşterea în lungime a oaselor - septul nazal
70 Ţesuturile conjunctive
- laringe - inelele cartilaginoase ale traheei şi bronhiilor - cartilajele costale.
Cartilajul elastic Cartilajul elastic are o matrice redusă cantitativ, formată dintr-o reţea de fibre şi lamele elastice şi puţină substanţă fundamentală, caracteristică ce îl deosebeşte de alte tipuri de cartilaj. Fibrele elastice nu se colorează cu HE, dar se pot pune în evidenţă prin coloraţii speciale pentru fibrele elastice. Prezenţa fibrelor elastice face cartilajul pliabil şi îi conferă elasticitate. Celulele cartilaginoase sunt dispuse izolat sau în grupări izogene preponderent axiale. Cartilajul elastic este înconjurat de un pericondru cu structură similară pericondrului cartilajului hialin, dar cu un conţinut mai mare de fibre elastice (fig. 71).
Figura 71. Cartilaj elastic, epiglotă. 1 – pericondru, 2 – fibre elastice, 3 – condrocite.
Spre deosebire de cartilajul hialin, acesta nu se osifică şi se deteriorează mai puţin cu vârsta. Localizarea cartilajului elastic: - urechea externă - trompa lui Eustachio - epiglota şi laringele.
Cartilajul fibros Cartilajul fibros seamănă morfologic cu ţesutul conjunctiv tendinos, cu care se află de cele mai multe ori în continuitate directă. Ca şi ţesutul tendinos şi acest tip de cartilaj este format din fascicule ordonate şi paralele de fibre colagene (de tip I); celulele cartilaginoase sunt globuloase (rotunde sau ovalare), aşezate în condroplaste izolate sau în grupări izogene, împreună cu o cantitate mică de substanţă fundamentală bogată în condroitin şi dermatan sulfaţi. Aceasta formează o matrice teritorială a cărei culoare bazofilă contrastează cu aspectul general eozinofil al ţesutului, dat de prezenţa fibrelor de colagen. La periferie nu are pericondru (fig. 72). Localizare: - discurile intervertebrale: nucleul pulpos al discului intervertebral este înconjurat la periferie de un inel de cartilaj fibros. În condiţii patologice acest inel fibros se poate rupe, nucleul pulpos herniază, şi poate comprima nervii spinali dacă hernierea este posterioară. - simfiza pubiană - articulaţia sterno-claviculară.
71 Ţesuturile conjunctive
Figura 72. Cartilaj fibros, disc intervertebral. 1 – condrocite, 2 – fibre colagene.
Ţesutul osos Este un ţesut conjunctiv specializat, format din celule, fibre de colagen de tip I şi substanţă fundamentală. Particularitatea acestui ţesut este faptul că cele două componente ale matricei extracelulare sunt mineralizate cu săruri de fosfat de calciu, dispuse sub formă de cristale de hidroxiapatită.
Celulele ţesutului osos În ţesutul osos se pot întâlni 4 tipuri de celule osoase, din care trei au origine comună, în celula mezenchimatoasă (celula osteoprogenitoare, osteoblastul, osteocitul) şi una în măduva osoasă hematogenă, fiind parte a sistemului monocitar macrofagic (osteoclastul). Celula osteoprogenitoare se diferenţiază direct din celula mezenchimatoasă şi este celula stem a ţesutului osos. Ea se poate divide şi deci se poate înmulţi numeric (poate prolifera). Sub acţiunea unor stimuli adecvaţi, celulele osteoprogenitoare sunt capabile să se diferenţieze în osteoblaste şi apoi în osteocite, celulele mature ale ţesutului osos. Celula osteoprogenitoare Celula osteoprogenitoare este o celulă slab diferenţiată, capabilă să-şi modifice morfologia şi funcţia ca răspuns la stimuli specifici şi să se diferenţieze în trei tipuri de celule: - osteoblast - fibroblast - condroblast. De aceea, în momentul de faţă este considerată o celulă slab diferenţiată, dar mai bine diferenţiată decât celula mezenchimatoasă, deoarece este angajată pe o anumită linie de diferenţiere. Posibilitatea ei de a se diferenţia în cele trei tipuri de celule este sugerată de două situaţii patologice: - în tumorile maligne ale osului care provin din celula osteoprogenitoare, numite osteosarcoame, se pot întâlni 3 tipuri de ţesuturi malignizate: ţesut fibros, cartilaginos şi osos - în formarea calusului din cursul vindecării fracturilor, celulele care se activează sunt celulele osteoprogenitoare. Ele formează mai întâi ţesut fibros, apoi cartilaj şi apoi os.
72 Ţesuturile conjunctive
Celulele osteoprogenitoare sunt prezente în os şi în viaţa postnatală, acoperindu-i practic toate suprafeţele libere: stratul intern al periostului, canalul medular, areolele ţesutului spongios, canalele Havers şi Volkmannn. În osul matur în care nu este necesară formarea activă de os sau nu au loc procese de remodelare osoasă, ele apar ca celule turtite, fusiforme, lipite de suprafaţa osoasă (de exemplu celule periostale sau endostale). Osteoblastul Osteoblastul este celula diferenţiată a ţesutului osos, care are două funcţii majore: - secreţia matricei extracelulare, care constă în principal din fibre conjunctive colagene de tip I dar şi din substanţă fundamentală. Această matrice organică se numeşte osteoid şi este mai palid colorată în HE decât cea mineralizată. - iniţierea procesului de calcificare a osteoidului este relizată tot de osteoblast. Acesta secretă în osteoid vezicule (50-250 nm diametru) delimitate de o membrană, care conţin fosfatază alcalină, enzima cheie a mineralizării. Ele sunt secretate numai în perioadele în care osul produce matrice organică. Aceste vezicule se încarcă cu fosfat de calciu, se rup în osteoid şi iniţiază un focar de mineralizare. Odată iniţiat, procesul continuă de la sine prin creşterea în diametru a focarelor. Prin unirea tuturor focarelor are loc mineralizarea completă a osului. În microscopia optică osteoblastele apar ca celule cuboidale sau poligonale aşezate într-un rând la marginea osului pe cale de formare (fig. 74). Ele sunt înconjurate de o zonă clară de osteoid, au citoplasma bazofilă şi un nucleu triunghiular, hipocrom. Ultrastructural celula are un RER şi un aparat Golgi bine dezvoltat, mulţi ribozomi, mitocondrii, lizozomi, granule PAS pozitive, care conţin fosfatază alcalină (fig. 73). Osteoblastul emite numeroase prelungiri în osteoidul nou format, stabilind joncţiuni comunicante de tip gap (nexus), fie cu osteoblastele învecinate, fie cu osteocitele (fig. 73).
Figura 73. Celulele ţesutului osos (modificat după Welsch, 2003). A – osteoblast, B – osteocit, C – osteoclast: 1 – nucleu, 2 – aparat Golgi, 3 – mitocondrii, 4 – RER, 5 – lizozomi, 6 – granule PAS pozitive, 7 – nexus, 8 – osteoplast, 9 – microvilozităţi, 10 – lacuna Howship.
Osteocitul Osteocitul este celula matură, sechestrată în matricea osoasă pe care au secretat-o osteoblastele. Ele sunt aşezate în nişte lacune, numite osteoplaste (fig. 73, 74), de la care pleacă numeroase canalicule care conţin prelungirile fine ale osteocitelor. Aceste canalicule comunică cu canaliculele osteocitelor situate atât pe aceeaşi lamelă osoasă, cât şi cu osteocitele situate pe lamelele învecinate. De aceea, pe preparatele de os uscat şi şlefuit ele seamănă cu un paianjen. Osteocitele sunt celule mai mici decât osteoblastele, au citoplasmă mai puţină, eozinofilă şi în general au un aspect distorsionat datorat decalcificării.
73 Ţesuturile conjunctive
Osteocitul se poate întâlni în trei stadii funcţionale: - de repaus: celule dormante - de sinteză: sintetizează mici cantităţi de matrice, în această fază semănând morfologic cu osteoblastul - de resorbţie: resoarbe cantităţi mici de matrice şi eliberează calciul pentru menţinerea calcemiei serice. Procesul se numeşte osteoliză osteocitică şi se află sub influenţe hormonale: parathormonul îl stimulează, determinând creşterea calcemiei serice, iar calcitonina îl inhibă. Ca o dovadă a acestei osteolize, în lacuna osteocitului se poate găsi un material floculent, ce reprezintă materialul de degradare a matricei, dar nu se pot găsi fibre de colagen. Rolul osteocitului este deci de a controla şi de a menţine în limite normale matricea osoasă. La adult, depunerea substanţelor minerale este, în condiţii normale, în echilibru cu resorbţia. La bătrâni, predomină resorbţia. Osteocitul este o prezenţă obligatorie pentru integritatea osului: moartea osteocitului (prin traumatisme sau îmbătrânire) duce la resorbţia osului prin activarea osteoclastelor, urmată de repararea sau remodelarea ţesutului osos prin activarea osteoblastelor. Osteoclastul Osteoclastul face parte din sistemul monocitar-macrofagic şi are, spre deosebire de celelalte celule ale ţesutului osos, originea în celula stem din măduva osoasă hematogenă. Aceste macrofage ale osului se activează numai în perioadele în care are loc resorbţia osoasă, cum ar fi de exemplu procesele de remodelare osoasă. De aceea au şi o localizare caracteristică: pe marginea osului care trebuie fagocitat: osteoane alterate, zone în care osul suferă modificări datorate creşterii. Aspectul morfologic al acestei celule este inconfundabil: celulă de talie mare, cu mulţi nuclei (multinucleată) şi cu citoplasma puternic eozinofilă (fig. 74). Histochimic, prezintă reacţii pozitive pentru fosfataza acidă conţinută în lizozomi.
A
B
Figura 74. Ţesut osos spongios. A: 1 – osteocite, 2 – osteoblaste, 3 – travee osoasă; B: 1 – osteoclast, 2 – osteocite.
În microscopia electronică se poate constata că la locul de contact cu osul, osteoclastul prezintă (fig. 73): - numeroase microvilozităţi în zona centrală, ce formează o adevărată margine în perie ce conţine anhidrază carbonică. Printre microvilozităţi se pot pune în evidenţă cristale de hidroxiapatită. În această zonă citoplasma conţine numeroase mitocondrii şi foarte mulţi lizozomi.
74 Ţesuturile conjunctive
- o zonă clară sub forma unui inel, ce se întinde şi demarchează limitele osului care trebuie resorbit. Citoplasma acestei zone nu conţine organite citoplasmatice, cu excepţia microfilamentelor. - nucleii, RER şi vezicule de endocitoză, în partea opusă marginii în perie. Rolul osteoclastului este distrugerea osului prin fagocitare, proces ce are loc în etape inverse celor de formare a osului de către osteoblaste. Primul pas este demineralizarea osului, proces realizat cu ajutorul acizilor organici prezenţi în marginea în perie. Producţia de acizi este dovedită prin prezenţa anhidrazei carbonice la acest nivel. Osul demineralizat este format doar din matrice organică şi este vizibil sub forma unei zone mai palid colorate, numite lacuna Howship. În matricea organică sunt apoi eliberaţi lizozomii, care conţin colagenaze, enzime care degradează fibrele de colagen. Materialul rezultat este fagocitat de osteoclast. Activitatea osteoclastului se află sub influenţe hormonale: - parathormonul (hormon secretat de paratiroidă) activează osteoclastul - calcitonina (hormon secretat de celulele C din tiroidă) inhibă activitatea osteoclastului - estrogenii, mai puţin androgenii, menţin intact osul. La menopauză, când producţia de hormoni estrogeni înceteză, se intensifică activitatea osteoclastelor, determinând apariţia osteoporozei, boală care constă în fragilizarea marcată a oaselor (decalcificarea şi pierderea matricei osoase). Nu se cunoaşte rolul hormonilor în remodelarea osului în timpul creşterii. Implicaţii în patologie Structura normală a ţesutului osos poate suferi modificări în unele boli, numite generic osteopatii. Osteoporoza este o afecţiune scheletală, caracterizată prin pierdere de masă osoasă (matrice organică şi anorganică), urmată de creşterea fragilităţii oaselor şi a predispoziţiei la fracturi. Datorită microfracturilor de la nivelul traveelor osoase ale osului spongios din corpii vertebrali, apar deformări ale vertebrelor (scăderea înălţimii corpilor vertebrali până la dispariţia lor), care explică scăderea în înălţime şi apariţia cifozei la persoanele în vârstă cu osteoporoză severă. Este mai frecventă la femei după menopauză, ca urmare a scăderii nivelului secreţiei de estrogeni. Mecanismul apariţiei osteoporozei postmenopauzale este creşterea resorbţiei osoase realizate de osteoclaste, şi scăderea formării osoase de către osteoblaste. Deficitul de vitamina D se manifestă la adult prin osteomalacie şi la copil prin rahitism. Osteomalacia se caracterizează prin reducerea componentei anorganice a ţesutului osos de până la 35%, ceea ce duce la înmuierea şi deformarea progresivă a oaselor. În rahitism, ca urmare a mineralizării defectuoase a cartilajelor de creştere, apar deformări osoase şi tulburări de creştere. Afectarea structurii şi creşterii osului apare şi în anumite boli endocrine. În caz de deficit de hormoni de creştere hipofizari la copii apare nanismul hipofizar (încetinirea şi chiar oprirea creşterii în înălţime), iar în caz de exces apare gigantismul (creşterea exagerată în înălţime). La adulţi, excesul acestui hormon duce la acromegalie, caracterizată prin creşterea în grosime a oaselor. Tumorile primare ale ţesutului osos sunt rare şi pot fi benigne (osteoblastoame, osteoclastoame) sau maligne (osteosarcoame). Mai frecvent se întâlnesc metastaze provenite de la tumori maligne ale altor organe (sân, plămân, prostată etc.).
Tipuri de ţesut osos Ţesutul osos imatur Se găseşte în oasele embrionului. Poate persista şi la adult în zonele de remodelare osoasă, la inserţia tendoanelor, în osul alveolar (lamina dura), suturile osoase, osul labirintic, calusul osos. Osul imatur are următoarele caractere care îl diferenţiază de cel matur: - nu are o organizare lamelară, fiind un os non-lamelar, fasciculat
75 Ţesuturile conjunctive
- este mai celular, adică are mai multe celule pe unitatea de suprafaţă decât osul matur, iar celulele sunt aşezate dezordonat - are mai multă substanţă fundamentală, colorată puternic bazofil spre deosebire de cea a osului matur, care este eozinofilă - este de la început puternic mineralizat, spre deosebire de osul matur care suferă o mineralizare secundară - se formează mai rapid decât cel matur. Ţesutul osos matur Ţesutul osos matur este format din lamele osoase cu o arhitectură ordonată. Matricea extracelulară este abundentă şi complet mineralizată. În coloraţia cu HE, ţesutul osos matur decalcificat se colorează uniform în eozinofil. Există două tipuri de ţesut osos matur: nehaversian (fibros) şi haversian. Ţesutul osos nehaversian sau fibros formează osul periostal şi endosteal. Fiind un os de rezistenţă, substanţa fundamentală este redusă. Matricea extracelulară este formată preponderent din fibre colagene orientate paralel şi circular cu suprafaţa osoasă (de unde şi denumirea lui de os fibros). Alte fibre colagene, fibrele Sharpey, se desprind şi au un traiect perpendicular pe axul lung al osului; ele se amestecă cu cele ale osului haversian. Rolul acestor fibre este de a solidariza periostul sau endostul de osul propriu-zis. Ţesutul osos haversian sau lamelar este la rândul său de două tipuri: compact şi spongios. Ţesutul osos compact este cel mai răspândit tip de ţesut osos. El formează diafizele oaselor lungi, scurte şi late. 1
2
3 Figura 75. Ţesut osos compact, osteoane. 1 – canal Havers, 2 – lamele osoase concentrice, 3 – sistem interhaversian.
Unitatea morfologică şi funcţională a osului haversian este osteonul sau sistemul Havers. Un osteon are forma unui cilindru, aşezat cu axul lung în axul osului. Este centrat de un canal, canalul Havers, în jurul căruia se aşează concentric între 5 şi 30 de lamele osoase. Lamelele osoase sunt alcătuite din substanţă fundamentală şi fibre de colagen de tip I. În interiorul unei lamele, fibrele sunt paralele între ele şi au un traiect helicoidal. Osteocitele sunt aşezate pe marginea lamelelor osoase, în nişte cavităţi numite osteoplaste. Osteoplastele comunică între ele prin numeroase canalicule, în care se găsesc prelungirile osteocitelor. Pe osul uscat şi şlefuit,
76 Ţesuturile conjunctive
aceste canalicule dau un aspect de paianjen osteoplastelor (fig. 75, 76). Cele mai interne osteoplaste se deschid direct în canalul Havers.
Figura 76. Osteoplaste şi canaliculele lor – os uscat şi şlefuit.
Osteonul prezintă două limitante, una externă şi una internă formate dintr-un strat de osteoid, sărac în fibre de colagen. Canalul Havers străbate osteonul pe toată lungimea lui. El conţine vasele nutritive ale osului (arteriolă, capilar, venulă), vase limfatice, nervi şi o mică cantitate de ţesut conjunctiv în jur. Cele din apropierea periostului se termină orb, în deget de mănuşă. Canalele Havers comunică între ele prin canale de anastomoză oblice, canalele Volkmann. Aceste canale au un traiect perpendicular pe axul lung al osului şi nu sunt înconjurate de lamele osoase (fig. 77 B). Aceste caractere morfologice ne permit să le diferenţiem de canalele Havers. Şi ele conţin vase sanguine, limfatice şi nervi. Osul adult conţine sisteme Havers (fig. 77 A) de diferite vârste şi dimensiuni. Cele mai vechi sunt cele mai mineralizate.
A
B
Figura 77. Ţesut osos compact. A – secţiune transversală, B – secţiune longitudinală: 1 – canal Havers, 2 – lamele osoase , 3 – canal Volkmann.
Sistemele interhaversiene sau lamelele interstiţiale, sunt arcuri de cerc, de diferite dimensiuni, aşezate între sistemele Havers, cu rolul de a le solidariza (fig. 75). Ele rezultă din sistemele
77 Ţesuturile conjunctive
Havers în urma proceselor de remodelare osoasă. În consecinţă şi ele sunt formate din lamele osoase cu osteocite aşezate în osteoplaste, centrate sau nu de un canal Havers. Rolul lor este de a da rezistenţă osului. Ţesutul osos spongios formează epifizele oaselor lungi şi scurte şi oasele late. El este format din trabecule sau travee de ţesut osos haversian, trabecule care se anastomozează şi se întretaie, delimitând spaţii de diferite forme şi dimensiuni numite areole (fig. 78). Areolele osului spongios conţin măduvă roşie hematogenă la nou-născut şi la copil şi măduvă galbenă la adult. La adult există câteva localizări precise în care mai poate persista măduva roşie (vezi la capitolul „Măduva osoasă”). La osul spongios în curs de creştere sau remodelare, pe marginea areolelor se observă osteoblaste, aşezate unul lângă celălalt şi chiar osteoclaste. Osteocitele se găsesc în interiorul lamelelor osoase, care intră în structura traveelor osoase.
Figura 78. Ţesut osos spongios. 1 – travee osoase, 2 – areole.
Osificarea sau formarea osului Osificarea este procesul biologic prin care organismul construieşte os. Este diferită de osteogeneză, care se defineşte ca procesul de edificare a osului ca organ. Osificarea are loc în viaţa intrauterină şi, pentru a decurge în mod normal, presupune intervenţia a numeroşi factori: - vascularizaţia bogată care asigură aportul de energie, materii prime pentru construcţia matricei organice şi elemente minerale (calciu şi fosfor) - prezenţa osteoblastelor pentru construcţia matricei - secreţia fosfatazei alcaline - factori hormonali: parathormonul, calcitonina, hormonii sexuali, hormonul somatotrop, hormonul tireostimulant etc. - vitaminele A, C, D etc. - factori metabolici. Osificarea se poate produce prin două mecanisme, în funcţie de osul care trebuie construit: osificarea endoconjunctivă (pentru oasele late) şi osificarea endocartilaginoasă (pentru oasele lungi şi scurte).
78 Ţesuturile conjunctive
Osificarea endoconjunctivă debutează în săptămâna a 8-a de viaţă intrauterină şi are două etape: - faza de remaniere a ţesutului conjunctiv, care începe prin condensarea ţesutului mezenchimatos în locurile programate genetic să formeze oase late. În acest ţesut mezenchimatos condensat intră numeroase vase (ţesutul devine puternic vascularizat), celulele mezenchimatoase încep să crească în volum şi se transformă în osteoblaste, celule care conţin în citoplasmă toate organitele necesare sintezei şi calcificării matricei osoase. Osteoblastele vor secreta osteoidul. - faza de mineralizare constă în mineralizarea osteoidului, mineralizare care se produce simultan în întreaga matrice organică sub acţiunea fosfatazei alcaline. Rezultatul este formarea unor „spiculi” osoşi. Aceşti spiculi (os nou format) sunt înconjuraţi de ţesut mezenchimatos. Celulele mezenchimatoase din jurul spiculilor osoşi se diferenţiază în celule osteoprogenitoare, care în contact cu spiculii devin osteoblaste formatoare de os. Ele secretă matrice pe care o depun la suprafaţa spiculului, determinând creşterea spiculului osos prin apoziţie. Consecutiv mineralizării se formează ţesutul osos imatur, care va suferi procese de remaniere înainte de a da naştere osului definitiv. Osificarea endocartilaginoasă începe de asemenea prin condensarea ţesutului mezenchimatos, dar în acest caz, celulele mezenchimatoase se transformă în condroblaste, care secretă un cartilaj hialin. Osificarea se produce în acest model de cartilaj hialin. Exemplul tipic îl constituie formarea scheletului, care iniţial este cartilaginos şi este delimitat de un pericondru. Creşterea modelelor cartilaginoase ale osului în grosime se face prin apoziţie de matrice cartilaginoasă, produsă de condroblastele care se diferenţiază din stratul celular al pericondrului. Osificarea apare în regiunea mediană a osului, zonă în care pericondrul se transformă în periost iar condrocitele sunt înlocuite cu osteoblaste, celule formatoare de os. Acestea secretă o lamă fină de osteoid, pe care-l calcifică ulterior, de jur împrejurul modelului cartilaginos. Acest os se va numi os periostal datorită localizării sale sau os intramembranos conform modului de formare. În acelaşi timp în cartilaj are loc hipertrofia condrocitelor, care încep să secrete fosfatază alcalină şi calcifică matricea. Condrocitele mor (vezi mai jos cauza) şi ulterior are loc distrugerea matricei, cu formarea unor cavităţi a căror dimensiune creşte treptat. În aceste cavităţi intră câteva vase sanguine din periost şi, împreună cu ele, celule periostale primitive. Acestea vor deveni celule osteoprogenitoare care, la contactul cu cartilajul calcificat se transformă în osteoblaste şi vor depune osteoid pe marginea traveelor de cartilaj calcificat. Osteoidul şi ţesutul osos, odată calcificat, apar colorate eozinofil pe preparatele histologice, în vreme ce cartilajul calcificat este puternic bazofil. Un alt exemplu de osificare endocartilaginoasă este creşterea în lungime a oaselor prin cartilajul hialin de pe suprafaţa articulară a epifizelor, numit şi cartilaj de creştere. Acest tip de osificare are mai multe faze, identificabile morfologic sub forma mai multor zone (fig. 79): - zona de cartilaj hialin sau zona cartilajului de rezervă este reprezentată de un cartilaj care pare inactiv, nu produce matrice şi nu prezintă diviziuni celulare - zona cartilajului seriat sau de proliferare, în care celulele cartilaginoase cresc în volum, se aşează unele sub altele formând grupări izogene axiale - zona cartilajului hipertrofic, în care celulele cresc mult în volum, devin globuloase deoarece acumulează glicogen şi lipide în citoplasmă ceea ce dă un aspect clar citoplasmei. Nucleii devin mici, picnotici. Celulele cartilaginoase încep să secrete fosfatază alcalină producând calcificarea (mineralizarea) matricei cartilaginoase. Consecutiv mineralizării matricei are loc degenerarea şi moartea condrocitelor; cauza este calcificarea matricei care împiedică difuzarea substanţelor nutritive la celule. - zona de eroziune sau de resorbţie este zona situată cel mai aproape de diafiză, în care cartilajul calcificat este în contact direct cu măduva osoasă. Acestă zonă are un aspect de fagure de miere
79 Ţesuturile conjunctive
datorită numeroaselor cavităţi rezultate în urma morţii condrocitelor. În aceste cavităţi pătrund vase de sânge şi celule osteoprogenitoare. - zona de osteoid, în care celulele osteoprogenitoare se diferenţiază în osteoblaste, care încep depunerea de osteoid pe traveele de ţesut cartilaginos calcificat. Pe măsură ce se depune osteoidul, cartilajul este resorbit. Pe de altă parte, vasele de sânge aduc cu ele celule stem din care se vor forma celulele hematopoietice ale măduvei osoase. Osteoidul este mineralizat rezultând un ţesut osos care se va matura consecutiv unor procese de remodelare şi reorganizare osoasă sub acţiunea osteoclastelor şi osteoblastelor.
Figura 79. Osificare endocartilaginoasă. 1 – zona de cartilaj hialin, 2 – zona de cartilaj seriat, 3 – zona de cartilaj hipertrofic, 4 – zona de eroziune, 5 – zona de osteoid.
Remodelarea osoasă Remodelarea osoasă se desfăşoară întreaga viaţă, dar este predominantă la adult (după vârsta de 20 de ani). Ea constă din resorbţia unor mici cantităţi de os şi înlocuirea lui cu os nou format. În mod normal, între aceste două procese există o balanţă perfectă. Procesul de remodelare nu modifică forma oaselor, dar este vital pentru integritatea osului, din mai multe motive: - remodelarea asigură reparaţia zonelor afectate de stresul repetat, înlocuind mici lipsuri de ţesut osos sau mici deformităţi - previne acumularea unor cantităţi prea mari de os îmbătrânit care poate să-şi piardă elasticitatea şi să devină sfărâmicios - asigură funcţionarea scheletului ca depozit de calciu şi fosfor - resorbţia osoasă, mai ales cea de la suprafaţa trabeculelor osoase, poate suplini necesităţile de calciu şi fosfor atunci când aceste minerale sunt deficitare în alimentaţie sau când există necesităţi crescute (sarcină, alăptare). Remodelarea osoasă are loc toată viaţa, în aşa fel încât marea majoritate a scheletului este înlocuită din 10 în 10 ani.
80 Ţesuturile conjunctive
83 Sângele
Generalităţi Sângele este un ţesut alcătuit din plasmă, un fluid bogat în proteine, celule sanguine (hematii sau eritrocite, leucocite), şi plachete sanguine (trombocite) (tabelul 1). O parte din aceste celule folosesc sângele doar ca pe un mijloc de transport spre diferite ţesuturi, unde îşi îndeplinesc funcţiile (leucocitele). Vechii histologi considerau sângele un ţesut conjunctiv în care substanţa fundamentală este fluidă. În momentul de faţă marea majoritate a histologilor îl consideră o categorie aparte, deoarece spre deosebire de celelalte ţesuturi conjunctive, el nu realizează legături morfologice între diferitele părţi ale corpului. Sângele este un ţesut de legătură mai mult în sens funcţional, căci prin circulaţia sa el realizează comunicarea între toate ţesuturile şi organele corpului. Volumul sanguin este de aproximativ 5 litri, reprezentând 7% din greutatea corporală. Plasma sanguină reprezintă aproximativ 55% din acest volum, eritrocitele 44%, iar leucocitele şi plachetele 1%. Volumul ocupat de elementele celulare din sânge după centrifugare se numeşte hematocrit şi este reprezentat în proporţie de 99% de hematii. Valoarea normală a hematocritului este de 39-50% la bărbaţi şi 35-45% la femei. Sângele este oglinda organismului şi de aceea cunoaşterea compoziţiei sale normale este de o importanţă capitală pentru practica medicală; nu există în organism un alt ţesut care să fie atât de mult examinat în scop diagnostic. El oferă informaţii nu numai în legătură cu bolile care-l afectează în mod direct, ci şi informaţii indirecte despre infecţii virale, bacteriene, parazitare, modificări metabolice sau de altă natură. Sângele furnizează clinicianului elemente esenţiale atât pentru diagnostic, cât şi pentru urmărirea evoluţiei bolii şi eficacitatea tratamentului. Sângele circulă în sistemul vascular sub acţiunea de pompă a inimii. El are funcţii multiple şi complexe: - transportă oxigen şi substanţe nutritive spre celule - transportă dioxid de carbon şi metaboliţi de la celule - transportă hormoni şi alte substanţe reglatoare de la locul lor de producere la ţesuturi - are rol şi în apărarea nespecifică şi specifică (imună) - rol în menţinerea homeostaziei - rol în termoreglare - rol în coagulare.
Metode de studiu a sângelui Sângele poate fi studiat din punct de vedere biochimic şi din punct de vedere al celulelor. Pentru studiul biochimic, sângele este recoltat într-o eprubetă prin puncţie venoasă cu ajutorul unui ac de seringă. În contact cu aerul, în mod normal, el se coagulează rapid. Dacă se adaugă factori anticoagulanţi sângele se sedimentează în mai multe straturi: la suprafaţă un strat gros de plasmă, apoi un strat fin de material albicios (ce conţine leucocitele) şi apoi încă un strat gros, colorat roşu viu (ce conţine hematiile). Celulele sângelui se studiază în mod obişnuit pe frotiul sanguin, care se obţine prin întinderea unei fine pelicule de sânge, obţinut prin înţeparea pulpei degetului, pe o lamă de sticlă. Cea mai uzuală metodă de colorare a frotiului sanguin este May-Grünwald-Giemsa (MGG). Examinarea frotiului, la obiectivul cu imersie a microscopului, permite numărarea celulelor sanguine şi exprimarea lor în procente, dar şi examinarea aspectului lor morfologic. În laboratoarele moderne, numărarea celulelor se face electronic.
84 Sângele
Plasma sanguină Conţine în proporţie de 90% apă şi 10% diferite substanţe, din care 97% sunt reprezentate de proteine: albumine 55%, globuline 38%, fibrinogen şi complement. Restul de 3% este reprezentat de diferite alte substanţe ca hormoni, vitamine, lipoproteine, ioni, diferiţi metaboliţi.
Celulele sângelui Hematiile Hematiile sau eritrocitele sunt corpusculi anucleaţi ce dau culoare roşie sângelui. Sunt cele mai numeroase celule ale sângelui: 4-5 milioane/ml. Îşi au originea în măduva osoasă (MO) din celula stem multipotentă mieloidă (CSM), unde hematiile se prezintă ca celule adevărate, nucleate. Înainte de a intra în circulaţie, ele îşi extrudează nucleul, pierzându-şi capacitatea de sinteză proteică dirijată prin ADN. În condiţiile în care ele sunt celule anucleate, este mai corect să le numim hematii decât eritrocite. În acelaşi timp îşi pierd şi mitocondriile şi celelalte organite citoplasmatice, dar acumulează în schimb un pigment respirator bogat în fier, hemoglobina (Hb). Hematia apare în sânge sub formă de reticulocit, un corpuscul delimitat de o membrană şi a cărui citoplasmă conţine hemoglobină, câteva enzime necesare menţinerii integrităţii celulare şi transportului de gaze şi câţiva ribozomi ce se pot evidenţia pe frotiul sanguin prin coloraţii speciale, sub forma unei reţele delicate, bazofile. Numele de reticulocit se datorează prezenţei acestei reţele. În cel mult 24 de ore această reţea dispare. Numărul reticulocitelor este sub 1% din numărul total de hematii. Determinarea numărului de reticulocite este foarte important, deoarece exprimă rata producerii de eritrocite în MO. Creşterea numărului de reticulocite în sângele periferic este un indice bun al eficacităţii terapeutice al unei anemii.
Tip celular Talie
Hematie 6,7-7,7 µ 3,9-6,5 x Număr/litru 109 Procentaj leucocitar Durata de 5-7 zile maturare 120 zile Durata de viaţă
Limfocit 6-18 µ 0-0,1 x 109 20-50%
Neutrofil 12-14 µ 2-7,5 x 109 40-75%
Eozinofil 12-17 µ 1,3-3,5 x 109 2-5%
Bazofil 10-14 µ 0-0,44 x 109 0,5-1%
Monocit 16-20 µ 0,2-0,8 x 109 1-5%
Trombocit 2-3 µ 150-400 x 109 -
1-2 zile
6-9 zile
6-9 zile
3-7 zile
2-3 zile
4-5 zile
Variabilă
6 ore – câteva zile
8-12 zile
Luni - ani
8-12 zile
-
Tabel 1. Celulele sanguine şi trombocitele.
Aspectul morfologic al hematiei Funcţia principală a hematiei este transportul de oxigen şi dioxid de carbon. Pentru realizarea acestei funcţii, hematia are o formă şi o structură particulară.
85 Sângele
Hematia are diametrul mediu de 7,5 μ şi o grosime de 1,9 μ. Privită de sus este mai palidă în centru şi mai intens colorată la periferie. Privită din profil are formă de pişcot sau de disc biconcav. Această formă realizează cea mai mare suprafaţă pentru acelaşi volum. Această formă favorizează saturaţia imediată a hemoglobinei cu oxigen, pe măsură ce hematia trece prin capilarele pulmonare, deoarece moleculele de hemoglobină sunt mai aproape de membrana plasmatică. Hematiile au o mare plasticitate, fiind capabile să-şi schimbe forma când trec prin capilarele mici de 3-4 μ diametru. Această deformare e posibilă datorită forţelor hidrodinamice şi altor mecanisme fizice ce nu influenţează schimburile de gaze. Forma hematiilor este influenţată şi de osmolaritatea mediului: în soluţii hipotone se umflă (macrocite, megalocite), iar în soluţii hipertone se rup, proces numit hemoliză. În diferite boli, hematiile au forme patologice: - eliptocite în eritrocitoza ereditară - stomatocite sau drepanocite în hemoglobinopatii - acantocite în diverse afecţiuni hepatice. Ultrastructura hematiei Membrana plasmatică are două straturi lipidice ce încorporează proteine într-un strat discontinuu. Ea este în continuare obiect de studiu pentru înţelegerea mecanismelor de menţinere a formei hematiilor. Imediat sub membrana plasmatică există o reţea bidimensională de filamente scurte, ancorate la membrana celulară. Ele formează un citoschelet membranar ce este compus în principal din spectrină, actină eritrocitară, ankirină, tropomiozină. Rolul lui este de a menţine forma hematiei şi explică unele anomalii congenitale de formă: sferocitoza şi eliptocitoza. Citoplasma este lipsită de organite. Cu toate acestea, este o celulă activă metabolic, fiind capabilă să obţină energie din glucoză prin metabolism anaerob. Cea mai mare parte a celulei este ocupată de hemoglobină, o proteină capabilă să lege oxigenul sau dioxidul de carbon. Hemoglobina este alcătuită dintr-o grupare HEM ce conţine fier şi globină, formată din 4 lanţuri polipeptidice (combinaţii de lanţuri α, β, γ sau δ). Hemoglobina adultului este formată din trei tipuri de hemoglobină: 96% este HbA (formată din 2 lanţuri α şi două lanţuri β), 2% este HbA2 (formată din 2 lanţuri α şi două lanţuri δ) iar restul de 2% este hemoglobină fetală HbF (formată din 2 lanţuri α şi două lanţuri γ). HbF predomină în viaţa fetală, cantitatea ei scade brusc după naştere, fiind înlocuită cu HbA. Ea poate persista în cantităţi anormal de mari în două forme de anemie: talasemia şi anemia „sickle cell”. Antigenele de suprafaţă Membrana citoplasmatică are un număr foarte mare (de ordinul trilioanelor) de antigene de suprafaţă. Două dintre aceste tipuri de antigene au semnificaţie clinică în relaţie cu transfuzia sanguină şi stau la baza sistemului de grup sanguin ABO. Astfel, unii indivizi au pe suprafaţa hematiilor antigene A, alţii antigene B, alţii atât antigene A cât şi B, iar alţii nu au nici antigene A şi nici B. Se pot stabili astfel patru mari grupe sanguine: grupa A, B, AB şi O. Din motive necunoscute, aproape toţi indivizii au în plasma lor anticorpi împotriva unor anumite antigene ce nu sunt prezente pe eritrocitele lor, numite aglutinine. Înainte de orice transfuzie este important să determinăm grupa de sânge şi aglutininele donorului şi primitorului, pentru a evita reacţii antigen-anticorp între antigenele şi aglutininele donorului şi primitorului. Consecinţa unei incompatibilităţi de grup sanguin ar fi hemaglutinarea sau liza intravasculară a hematiilor, cu efecte fatale. Alt antigen important de pe suprafaţa hematiilor este antigenul Rh. Majoritatea indivizilor îl au şi sunt Rh+, alţii nu-l au şi sunt Rh-. Împotriva acestui antigen nu se dezvoltă anticorpi în mod
86 Sângele
spontan, doar în caz de izoimunizare post-transfuzională sau post-partum. Astfel, dacă un individ Rh- primeşte o transfuzie cu sânge Rh+, o a doua transfuzie cu sânge Rh+ poate determina hemoliză. La fel în sarcină, dacă mama este Rh-, iar fătul Rh+ , mama va dezvolta anticorpi antiRh, care la o a doua sarcină cu făt Rh+ vor traversa bariera placentară şi vor cauza hemoliză. Implicaţii în patologie: anemiile Anemiile sunt boli care rezultă în urma scăderii numărului de hematii circulante sau a hemoglobinei, a căror consecinţă este hipoxia şi care pot fi detectate prin analiza sângelui periferic şi a măduvei hematogene. Există mai multe tipuri de anemii, de diferite cauze: deficit de fier (anemia feriprivă), deficit de vitamina B12 şi acid folic (anemia megaloblastică), anomalii structurale ale hematiei precum şi prin distrugerea prematură a hematiilor (anemii hemolitice) etc. Cea mai frecventă este anemia feriprivă, a cărei cauză majoră este lipsa de fier rezultată dintr-o alimentaţie deficitară, pierderi cronice de sânge, malabsorbţie intestinală, sau necesităţile crescute în cursul sarcinii şi alăptării. Persoanele anemice prezintă o paloare caracteristică, senzaţie de slăbiciune, ameţeli, oboseală cronică, iar în formele severe chiar insuficienţă cardiacă. În această formă de anemie, eritrocitele sunt mai mici (microcite) şi mai palide (hipocrome), de aceea se mai numeşte şi anemie microcitară sau hipocromă. În anemia megaloblastică eritrocitele sunt de dimensiunui foarte mari (megaloblaşti). Distrugerea prematură a hematiilor din anemiile hemolitice se datorează pe de o parte unor defecte structurale, iar pe de altă parte unei incompatibilităţi de grup sanguin (Rh) între mamă şi făt (eritroblastoza fetală). Defectele citoscheletului hematiei determină modificări de formă ale acesteia ce duc la apariţia eliptocitozei şi sferocitozei, în care anemia este însoţită de icter şi splenomegalie, datorită distrucţiei masive în splină a acestor hematii anormale. O serie de alte afecţiuni hematologice au la bază defecte structurale ereditare ale hemoglobinei: talasemia, prin sinteza anormală a unuia sau mai multor lanţuri de hemoglobină, şi anemia falciformă (eritrocite în formă de seceră).
Leucocitele Leucocitele, sau globulele albe, se găsesc în proporţie de mai puţin de 1% din numărul total de celule sanguine. Proporţia diferitelor tipuri de leucocite realizează formula leucocitară: - neutrofilele 40-75% - eozinofilele 2-5% - bazofilele 0,5-1% - monocitele 1-5% - limfocitele 20-50% Neutrofilele, eozinofilele şi bazofilele sunt leucocite granulare, deoarece conţin în citoplasma lor granule de sinteză, specifice. Neutrofilele se mai numesc şi polimorfonucleare datorită variabilităţii formei nucleului. Limfocitele şi monocitele sunt leucocite agranulare, deoarece nu conţin în citoplasmă granulaţii specifice. Creşterea numărului de leucocite se numeşte leucocitoză, iar scăderea leucopenie. Există variaţii diurne ale numărului de leucocite: cel mai mic număr este dimineaţa, după repaus. Numărul leucocitelor creşte postprandial, în stări de stres, după efort fizic.
Neutrofilul Neutrofilele sunt cele mai numeroase leucocite circulante. În sânge ele se găsesc într-o formă inactivă, dar sub acţiunea unor stimuli adecvaţi, ele părăsesc sângele, intră în ţesutul conjunctiv unde devin celule foarte mobile şi avide de fagocitoză. Ele constituie prima linie de apărare a
87 Sângele
organismului în faţa invaziei microbiene, rolul lor principal fiind de a fagocita bacterii. De asemenea, ele intervin în fazele iniţiale ale inflamaţiei, ca răspuns al organismului la o agresiune. Aspectul morfologic Dimensiunea neutrofilului este de 12-14 µ pe frotiu şi 9-10 µ în sânge. Membrana celulară este lipoproteică şi acoperită cu glicocalix. Spre deosebire de alte membrane celulare, conţine actină, miozină, tubulină şi alte proteine contractile asociate microtubulilor. Prezenţa acestor proteine contractile asigură o mobilitate deosebită neutrofilului, atât în sânge cât şi în ţesuturi. Nucleul neutrofilului este format din doi sau mai mulţi lobi (sau segmente), uniţi între ei prin punţi fine de cromatină (fig. 80). La eliberarea în sânge din MO, nucleul are o formă simplă, ovoidă sau alungită, celula numindu-se din acest motiv „band cell”. Constricţiile se dezvoltă ulterior, iar neutrofilele bătrâne ajung să aibă 5 sau mai mulţi lobi. Numărarea formelor nesegmentate este un indice al pătrunderii neutrofilelor din MO în sângele periferic. Formula Arneth exprimă procentual numărul de neutrofile nesegmentate şi numărul de neutrofile segmentate în funcţie de numărul de segmente nucleare. O formulă Arneth normală are următorul aspect: - neutrofile nesegmentate 0-5% - neutrofile cu nucleu cu 2 lobi 14-30% - neutrofile cu nucleu cu 3 lobi 40-50% - neutrofile cu nucleu cu 4 lobi – restul până la 100%. Anomaliile neutrofilelor se apreciază prin deplasarea la dreapta sau la stânga a acestei curbe. 6 5
1
7 4
2
8
A
3
B
Figura 80. Neutrofil segmentat. A: Reprezentare schematică: 1 – nucleu, 2 – aparat Golgi, 3 – mitocondrie, 4 – RER, 5 – granulaţii specifice, 6 – granulaţii azurofile, 7 – granulaţii terţiare, 8 – centriol (modificat după Poirier, 2002); B: Imagine histologică, frotiu periferic.
Cromatina nucleară este condensată, nucleolul invizibil. La femei, cromatina, reprezentând condensarea cromozomului X (inactiv), poate forma o prelungire a lobului nuclear sub forma unui băţ de tobă, numit corpusculul Barr. La bărbaţi, cromozomul Y este mult mai mic şi nu se poate observa. Este posibilă deci determinarea sexului pe frotiul periferic. Citoplasma este acidofilă şi conţine puţine organite: RER, complex Golgi, centrioli, microtubuli (fig. 80 A). Caracteristică este prezenţa în citoplasma neutrofilelor a granulelor specifice şi nespecifice sau azurofile. Numărul lor este de 50-200, variind de la o celulă la alta. Fiecare granulă este înconjurată de o membrană proprie (endomembrană). Granulele nu sunt statice, ele sunt într-o permanentă mişcare browniană, fie în grup, fie izolat. Ele sunt de trei tipuri (fig. 80 A):
88 Sângele
- granulaţii azurofile sau primare corespund lizozomilor altor celule. Ele se colorează metacromatic în roşu, dar de obicei sunt greu vizibile fiind mascate de granulaţiile specifice. Granulaţiile azurofile conţin mieloperoxidază, hidrolaze acide şi proteine cationice numite defensine cu acţiune similară anticorpilor. - granulaţii secundare sau specifice sunt fine, pulverulente dând tentă albăstruie citoplasmei. Nu se pot individualiza la microscopul optic. La microscopul electronic ele au formă alungită semănând cu boabele de orez. Conţin diferite enzime cu efect litic: colagenaze, fosfolipaze, lactoferine, substanţe cu efect bactericid (lizozimul) şi activatori ai complementului. - granulaţii terţiare, care au fost descoperite mai recent; ele conţin fosfataze (fosfataza alcalină) şi metaloproteinaze (gelatinaze şi colagenaze), al căror rol este de a facilita deplasarea neutrofilului prin ţesutul conjunctiv. Rolul neutrofilului Fagocitoza este funcţia principală a neutrofilului, pe care o îndeplineşte în ţesutul conjunctiv. Neutrofilul reprezintă prima linie de apărare a organismului în faţa invaziei bacteriene. Mecanismul prin care distruge bacteriile se numeşte fagocitoză. Există două tipuri de fagocitoză: nespecifică şi specifică sau imună. Fagocitoză nespecifică. La locul invaziei microbiene, în ţesuturi, se eliberează mediatori chimici (citokine, limfokine, fracţiunea C5 a complementului ce are rol în chemotaxie) ce vor fi purtaţi de curentul sanguin până la MO; efectul va fi, pe de o parte, creşterea producţiei de neutrofile, pe de altă parte, eliberarea lor în sânge şi orientarea lor spre ţesuturile infectate. În acelaşi timp are loc şi mobilizarea neutrofilelor marginate, de pe peretele vaselor. La locul infecţiei, neutrofilele aderă de peretele venulelor postcapilare şi migrează printre celulele endoteliale în ţesutul conjunctiv perivascular. Aderenţa neutrofilelor de peretele capilar se face prin mecanisme imunologice, prin intermediul unei proteine din membrana lor celulară: Leucocyte Cell Adhesion Molecule 1 (L-CAM 1), precum şi a altor mediatori, eliberaţi de diferite celule la locul invaziei microbiene: interleukina 1 (IL1), Tumor Necrosis Factor α (TNF α), care stimulează celula endotelială să atragă L-CAM-ul din membrana celulară a neutrofilelor. Odată adeziunea realizată, neutrofilul emite pseudopode în spaţiul intercelular al endoteliului venulelor postcapilare. Pasajul neutrofilelor spre ţesutul conjunctiv va fi facilitat de histamina şi heparina eliberate din mastocitele perivasculare de la locul invaziei microbiene. În ţesutul conjunctiv perivascular are loc reorganizarea citoscheletului neutrofilului, care devine polarizat pentru migrare în funcţie de gradientul de concentraţie a chemotactantului (mediatorii chimici). Această proprietate a neutrofilului de a migra spre chemotactant, de la concentraţii mici spre concentraţii mari, poartă numele de chemotaxie. Când ajung în regiunea concentraţiei maxime, în imediata apropiere a bacteriilor, neutrofilele nu mai migrează ci devin avide de fagocitoză: emit pseudopode, care se întind în jurul bacteriei pe care o înglobează în citoplasmă, într-o vacuolă mare numită fagozom. Granulaţiile neutrofilului (cele specifice şi cele azurofile) îşi descarcă enzimele în fagozom şi distrug bacteria. Resturile bacteriene se pot regăsi în citoplasmă sub forma corpilor reziduali, sau pot fi eliminate din celulă prin exocitoză. În această bătălie mor mii de neutrofile şi alte leucocite, care împreună cu bacteriile moarte şi ţesuturile distruse formează puroiul. Fagocitoza imună. Ingestia şi distrucţia bacteriilor de către neutrofile este mult mai eficientă dacă individul a avut un contact prealabil cu aceeaşi bacterie. În cursul acestui prim contact, are loc, pe lângă distrucţia bacteriană prin fagocitoză nespecifică, şi secreţia unor anticorpi specifici la antigenele de pe suprafaţa bacteriei. Aceşti anticorpi sunt IgG secretate de plasmocite, care vor circula prin sânge în permanenta căutare a antigenelor. La al doilea contact cu bacteria, IgG se leagă pe antigenele de pe suprafaţa bacteriei, la acest complex antigen-anticorp adăugându-se şi fracţiunea C3 a complementului. Componentele plasmatice, IgG, C3
89 Sângele
şi C5, ce acoperă bacteria şi cresc eficienţa fagocitozei se numesc opsonine, iar procesul de acoperire al bacteriei se numeşte opsonizare. Membrana celulară a neutrofilului conţine receptori pentru IgG şi C3, care vor atrage cu mare viteză bacteria opsonizată. Are loc o fagocitoză imună, bazată pe reacţia antigen-anticorp. Acest tip de fagocitoză este mult mai rapidă şi mai specifică. Funcţie secretorie. Neutrofilele, ca şi alte celule fagocitare, sunt capabile să sintetizeze anumiţi mediatori care intervin în diferite momente ale procesului inflamator. Aceşti mediatori se numesc leucotriene, identificate cu litere din alfabet şi numere: LTA4, LTB4, LTC4, LTD4, LTE4 etc. Rolul lor este diferit, astfel: - LTA4 este un precursor în formarea leucotrienelor bioactive, sintetizat de neutrofile, eozinofile și mastocite, fiind rapid metabolizat și transformat în LTB4 sau LTC4 - LTB4 promovează aderarea neutrofilelor la endoteliu şi migrarea lor în ţesuturi. Este de asemenea chemotactant pentru eozinofile, monocite şi alte neutrofile, participând în felul acesta la recrutarea acestor celule la locul infecţiei. - LTC4, LTD4, LTE4 cresc permeabilitatea capilarelor şi a venulelor postcapilare contribuind la apariţia edemului de la locul inflamaţiei. De asemenea, produc vasoconstricţie (sau bronhoconstricţie) la bolnavii cu astm bronşic. Drogurile care blochează acţiunea sau sinteza acestor leucotriene împiedică constricţia bronşică la astmatici. Neutrofilele mai secretă şi interleukina 1 (IL1), o substanţă pirogenă, adică o substanţă care induce febra. Febra este o consecinţă a inflamaţiei acute în care sunt implicate neutrofilele. După unii autori ar mai secreta şi molecule de adeziune celulară, pe care le pot insera în membrana celulară, facilitând aderarea neutrofilului la peretele venulelor postcapilare.
Eozinofilul Eozinofilele sunt mult mai puţin numeroase decât neutrofilele, ele reprezentând doar 2-5% din leucocitele sanguine. Numărul lor are o mare variabilitate pe parcursul zilei: este mai mare dimineaţa şi mai mic seara. Se estimează că pentru fiecare eozinofil circulant, există 300 de eozinofile în ţesuturi. Numărul eozinofilelor creşte în infestaţii parazitare, reacţii alergice, reacţii adverse medicamentoase sau infecţii cronice. După expulzarea din MO, ele rămân doar câteva ore în circulaţie, după care intră în ţesuturi: piele, plămân, tub digestiv, unde durata lor de viaţă este de câteva zile. Aspectul morfologic Dimensiunea eozinofilului este de 9 μ în sânge şi de 12-17 μ pe frotiul sanguin, fiind mai mare decât neutrofilul. Se identifică imediat prin două caractere morfologice: aspectul nucleului şi al granulaţiilor. Nucleul eozinofilului este bilobat, cu formă de desagă. Cei doi lobi sunt uniţi printr-o punte fină de cromatină (fig. 81). În general este mai puţin condensat decât nucleul neutrofilului. Citoplasma conţine granulaţii specifice şi nespecifice (fig. 81): - granulaţiile specifice ale eozinofilului sunt cele mai mari şi se colorează portocaliu în coloraţia May-Grünwald-Giemsa. În microscopia electronică ele sunt ovoide, având în centru un miez cu structură cristalină, electronodens la fluxul de electroni, înconjurat de o matrice mai puţin densă. Granulele conţin patru proteine majore cu efect citotoxic şi neurotoxic asupra paraziţilor: proteoglican 2 (PRG2), o proteină ce conferă culoarea specifică granulaţiilor, Eosinophil Cationic Protein (ECP), Eosinophil Peroxidase (EPO), Eosinophil-Derived Neurotoxin (EDN), ce are efecte neurotoxice asupra helminţilor. Mai conţin: histaminază, arilsulfatază cu rol de a inactiva SRS-A sau leucotriena 3 secretată de mastocite, precum şi colagenaze şi catepsine. Cu excepţia PRG2, care este conţinută în miezul electronodens, toate celelalte substanţe se găsesc în matricea granulaţiei.
90 Sângele
- granulaţiile azurofile sunt mai mici decât cele specifice. Ele sunt lizozomii eozinofilului care conţin hidrolaze acide şi alte enzime litice implicate în distrucţia paraziţilor şi a complexelor antigen-anticorp incluse în citoplasma eozinofilului. Pe lângă granulaţii, citoplasma eozinofilului conţine organite slab dezvoltate (fig. 81). 4
1
3
5
6 2
A
B
Figura 81. Eozinofil. A: Reprezentare schematică: 1 – nucleu, 2 – aparat Golgi, 3 – mitocondrie, 4 – RER, 5 – granulaţii specifice, 6 – granulaţii azurofile (modificat după Poirier, 2002); B: Imagine histologică, frotiu periferic.
Rolul eozinofilului Fagocitoza. Eozinofilele sunt şi ele celule fagocitare, dar cu o capacitate oxidativă mai mare decât a neutrofilelor. Membrana celulară are receptori pentru alte Ig decât neutrofilul: IgE, cu acţiune specifică în distrugerea paraziţilor. Eozinofilele au şi ele chemotactism, deplasându-se în ţesuturi ca răspuns la: - produşi parazitari şi complement - histamină şi factorul chemotactic pentru eozinofile eliberate de bazofile şi mastocite - IL secretate de limfocitele activate. Distrugerea parazitului se face fie prin fagocitoză obişnuită, fie prin eliberarea conţinutului granulaţiilor în cazul în care parazitul este prea mare (de exemplu Schistosoma haematobium). Modularea reacţiilor alergice şi inflamatoare. Eozinofilul are rol în ameliorarea reacţiilor de hipersensibilitate, deoarece prin enzimele sale inhibă degranularea mastocitelor sau neutralizează o serie de substanţe vasoactive secretate de acestea: histamina şi SRS-A (sau leucotriena 3). Numărul eozinofilelor este de asemenea crescut în ţesuturile ce prezintă o inflamaţie cronică.
Bazofilul Sunt cele mai puţin numeroase (0,5-1%) şi cele mai mici leucocite, de aceea se găsesc cu mare dificultate pe frotiu. Aspectul morfologic Dimensiunea bazofilului este de aproximativ 5-6 μ în sânge şi 10-14 μ pe frotiu. Membrana celulară conţine receptori Fc (fragment cristalizabil) pentru IgE. Nucleul celulei are forma literei U sau J sau poate fi chiar bi-/trilobat, iar citoplasma conţine două tipuri de granulaţii (fig. 82): - granulaţiile specifice sunt mai mari dar în număr mai mic decât în eozinofil şi sunt colorate puternic bazofil cu coloraţia MGG. În microscopia electronică ele sunt rotunde sau ovalare, conţin o particulă densă, înconjurată de o masă mai puţin densă, matrix. Ele conţin 4 substanţe principale: histamina, heparan- şi condroitin-sulfat, SRS-A (sau leucotriena 3) şi factorul chemotactic pentru eozinofile.
91 Sângele
- granulaţiile azurofile sau nespecifice sunt lizozomii bazofilului şi conţin, ca şi în celelalte leucocite, hidrolaze acide. 5 6
1
2
4 3
A
B
Figura 82. Bazofil. A: Reprezentare schematică: 1 – nucleu, 2 – aparat Golgi, 3 – mitocondrie, 4 – RER, 5 – granulaţii specifice, 6 – granulaţii azurofile (modificat după Poirier, 2002); B: Imagine histologică, frotiu periferic.
Rolul bazofilului Funcţia bazofilului este foarte asemănătoare, dar, după unii autori, nu identică cu a mastocitului. Ambele celule au pe suprafaţă receptori Fc pentru IgE, produse de plasmocite ca răspuns la diferiţi alergeni. Degranularea se produce prin aceleaşi mecanisme ca şi în cazul mastocitelor, fiind urmată de tulburări vasculare severe, reacţii de hipersensibilitate ca cele din urticarie, atacul astmatic sau alte manifestări cutanate ale hipersensibilităţii; degranularea masivă poate produce chiar şoc anafilactic şi moarte. Relaţia bazofil-mastocit este foarte controversată. După unii autori, ar fi una şi aceeaşi celulă aflată în compartimente diferite: în circulaţia sanguină şi în ţesuturi. Aceşti autori au ca argument faptul că cele două celule au aceeaşi compoziţie a granulaţiilor, aceleaşi mecanisme de degranulare, aceiaşi receptori pe suprafaţă. Alţi autori consideră că sunt celule diferite, dar cu origine comună în CSM. Argumentele în favoarea acestei teorii sunt: - bazofilul este mult mai mic decât mastocitul (10-14 μ faţă de 20-30 μ) - nucleul este segmentat la bazofil şi rotund la mastocit - granulaţiile sunt puţine, mici şi bazofile la bazofil, şi numeroase, mari şi metacromatice la mastocit - bazofilul nu se divide, în vreme ce mastocitul se poate divide. Există şi alte teorii conform cărora mastocitul s-ar putea diferenţia şi direct din celula mezenchimatoasă.
Monocitele Monocitele sunt cele mai mari leucocite, se găsesc în sânge în proporţie de aproximativ 1-5% şi provin, ca şi celelalte leucocite, din celula stem pluripotentă (CSP) din MO. Monocitele rămân în circulaţia sanguină 1-2 zile, după care intră în ţesuturi devenind precursorii celulelor ce aparţin sistemului monocitar macrofagic. Aspectul morfologic Dimensiunea monocitelor este de 9-12 μ în sânge şi 16-20 μ pe frotiul periferic. Nucleul este situat excentric în celulă, are aspect reniform şi este incizurat (fig. 83). Este eucrom şi conţine 1-2 nucleoli, care sunt greu vizibili în coloraţia MGG.
92 Sângele
Citoplasma are doar câteva granulaţii azurofile, care sunt lizozomii monocitelor şi câteva organite citoplasmatice: complex Golgi, REN, RER şi microtubuli. Nu conţine granulaţii specifice şi de aceea se numesc leucocite agranulare (fig. 83 A). Pe frotiu pot fi confundate cu limfocitele mari, dar au dimensiuni ceva mai mari; în jurul nucleului, care este mai incizurat, se găseşte o cantitate mai abundentă de citoplasmă, care se colorează gri-albăstrui şi nu albastru ca cea a limfocitelor. 6
3
1
8 4 7 5
2
A
B
Figura 83. Monocit. A: Reprezentare schematică: 1 – nucleu, 2 – aparat Golgi, 3 – mitocondrie, 4 – RER, 5 – REN, 6 – granulaţii azurofile, 7 – glicogen, 8 – centriol (modificat după Poirier, 2002); B: Imagine histologică, frotiu periferic.
Rolul monocitelor În sânge nu au decât rolul unor celule mobile de rezervă, capabile să migreze în ţesuturi şi să-şi îndeplinească funcţiile ca macrofage. Rolul macrofagelor în ţesuturi a fost descris pe larg în capitolul „Ţesutul conjunctiv”.
Limfocitele Ca şi monocitele, sunt leucocite agranulare. În sângele periferic se găsesc în proporţie de 2050%. Numărul lor creşte în infecţii virale (de exemplu în mononucleoză) şi scade în imunodeficienţe (de exemplu în SIDA). Provin din CSM limfoidă, se diferenţiază şi se maturează în diferite organe limfoide (timus şi echivalentele bursei lui Fabricius), sângele fiind folosit doar ca mijloc de locomoţie între organele limfoide şi celelalte ţesuturi ale organismului. Aspect morfologic În sângele periferic, limfocitele se găsesc sub trei aspecte morfologice: limfocitul mic, mijlociu şi mare. Limfocitele mici au pe frotiu aproximativ 6-9 μ diametru. Sunt celule inactive. Nucleul este foarte condensat, uşor incizurat şi ocupă 90% din volumul celular (fig. 84 B). Conţine un nucleol, vizibil în coloraţia cu verde-metil-pironină. Citoplasma este în cantitate foarte mică, formează o semilună în jurul nucleului şi este bazofilă, deoarece conţine un număr mare de ribozomi liberi. Conţine câteva granulaţii azurofile şi alte organite citoplasmatice rudimentare (fig. 84 A). Limfocitele mari au diametrul între 12-18 μ şi reprezintă fie limfocite activate (B sau T) în drum spre ţesuturile unde-şi îndeplinesc funcţia, fie, în proporţie mică, limfocite NK. Nucleul lor este mai mare şi palid colorat, hipocrom (celule activate) cu 1-2 nucleoli vizibili. Citoplasma este abundentă, colorată bazofil şi conţine mai multe organite decât limfocitele mici, mai ales granulaţii azurofile şi RER. Aceste organite sunt implicate în sinteza diferiţilor mediatori implicaţi în mecanismul de apărare imună. Limfocitele medii au dimensiuni intermediare între celelalte două tipuri de limfocite.
93 Sângele
5 3 1
2 4
A
B
Figura 84. Frotiu periferic. Limfocit mic. A: Reprezentare schematică: 1 – nucleu, 2 – aparat Golgi, 3 – mitocondrie, 4 – RER, 5 – granulaţii azurofile (modificat după Poirier, 2002); B: Imagine histologică, frotiu periferic.
Membrana citoplasmatică a limfocitelor are structura tipică a oricărei membrane. În microscopia optică cu baleiaj se observă că atât limfocitele mici, cât mai ales cele mari, emit prelungiri asemănătoare microvilozităţilor. Ele sunt mai numeroase pe limfocitele B şi înaintea erei imunohistochimiei evidenţierea lor era singura modalitate de a diferenţia tipurile de limfocite. Funcţional, limfocitele se pot clasifica în trei mari categorii: - limfocitele NK (Natural Killer) - limfocitele B (LB) - limfocitele T (LT). Identificarea lor se face prin imunohistochimie, fiecare tip de limfocit având pe suprafaţă antigene specifice. Rolul limfocitelor va fi descris pe larg în subcapitolul „Sistemul limfatic (imun)”.
Plachetele sanguine Plachetele sanguine sunt particule anucleate ce se găsesc în sângele mamiferelor, cu rolul de a coagula sângele la locul unei agresiuni şi de a proteja organismul împotriva pierderii de sânge. Se mai numesc trombocite, dar fiind particule anucleate, mai corect este să le numim plachete sanguine. Numărul lor normal este de 150.000-300.000/mm3. Aspectul morfologic Pe frotiul periferic se găsesc aglomerate mai multe la un loc, sub formă de agregate trombocitare. Sunt particule rotunde sau ovoide, măsoară 2-3 μ în diametru (fig. 85), iar în coloraţia MGG prezintă două zone concentrice: - o zonă periferică colorată albastru palid, numită hialomer - o zonă centrală mai eozinofilă, numită granulomer. Hialomerul nu conţine organite citoplasmatice ci doar câţiva microtubuli, aşezaţi sub formă de inel, imediat sub membrana celulară, cu rol în menţinerea formei discoidale. În plus, hialomerul plachetelor conţine, după ţesutul muscular, cea mai mare cantitate de actină şi miozină sub formă de monomeri, care se pot însă polimeriza în filamente necesare contracţiei (fig. 85 A). Aceste proteine contractile sunt responsabile de retracţia cheagului sanguin. Granulomerul are în schimb o structură complexă. El conţine organitele citoplasmatice (mitocondrii, resturi golgiene, ribozomi), granule de glicogen, enzime necesare respiraţiei aerobe şi anaerobe, sistemul tubular dens (STD), un sistem de tubi ce conţin o izoenzimă a peroxidazei,
94 Sângele
cu rolul probabil de a secreta prostaglandine, un sistem de canalicule ce se deschid la suprafaţă şi au rolul de a elibera produşii de secreţie, granulele plachetare, care sunt de fapt cele mai importante structuri ale granulomerului (fig. 85 A). Ele sunt de patru tipuri: - granulele α, care conţin două proteine exclusiv plachetare: β tromboglobulina, a cărei funcţie nu este cunoscută, dar al cărei nivel controlează activarea plachetară şi factorul IV plachetar (antagonistul heparinei) al cărui rol major este cel de a regla permeabilitatea vasculară. Aceste granule mai conţin factori de coagulare ca fibrinogen, factorul V, factorul VIII von Willebrand (ce facilitează aderarea plachetelor de peretele vascular) precum şi alte proteine ca fibronectina (care este o moleculă de adeziune celulară), trombospondina, factorul de creştere derivat din plachete (PDGF - Platelet-Derived Growth Factor) implicat în repararea vaselor lezate şi alţi factori de creştere. - granulele dense, numite astfel datorită aspectului electronomicroscopic (sunt foarte dense la fluxul de electroni). Ele conţin serotonină, care a fost absorbită din plasmă şi secretată de celulele enterocromafine ale intestinului. - granulaţii azurofile sau lizozomii plachetelor care sunt delimitate de o membrană proprie şi conţin enzime lizozomale - microperoxizomi cu activitate peroxidazică, în număr mic în plachete. 1 4
6
2
5 7 3
A
B
Figura 85. Frotiu periferic. Trombocite. A: Reprezentare schematică: 1 – microtubuli, 2 – microfilamente de actină şi miozină, 3 – mitocondrie, 4 – granulaţii dense, 5 – granule α, 6 – granulaţii azurofile, 7 - glicogen (modificat după Poirier, 2002); B: Imagine histologică, frotiu periferic.
Rolul plachetelor sanguine Plachetele sanguine au rol esenţial în coagularea sângelui, un proces complex în care intervin o mulţime de factori. Ele intervin în coagulare prin: - formarea cheagului ce obstruează locul leziunii vasculare - favorizează formarea cheagului furnizând un suport pentru asamblarea proteinelor coagulării responsabile de formarea trombinei - secretă factori implicaţi în procesul de reparare a vaselor. Implicaţii în patologie Anomalia congenitală a plachetelor şi a factorilor plasmatici se numeşte hemofilie. Defectele de structură şi de funcţie a trombocitelor se numesc trombocitopatii. Purpura trombocitopenică este un defect în producerea plachetelor asociat cu o fragilitate vasculară crescută şi implicit sângerări spontane.
95 Sângele
Măduva osoasă Principalul rol al măduvei osoase (MO) este hematopoieza, adică formarea şi eliberarea în sânge a diferitelor tipuri de celule sanguine. În plus, în MO sunt fagocitate şi degradate microorganisme sau celule sanguine anormale şi de asemenea se produc anticorpi (Ig). Măduva osoasă ocupă toate cavităţile scheletului. Dacă o considerăm în totalitate, ea constituie un organ relativ voluminos, reprezentând aproximativ 5% din greutatea corpului. În funcţie de aceasta, greutatea ei este cuprinsă între 1500 şi 3500 g. Există două tipuri de măduvă osoasă: măduva roşie (sau ţesutul mieloid) şi măduva galbenă. Proporţia dintre cele două tipuri variază considerabil pe parcursul vieţii. În viaţa fetală şi la naştere toate cavităţile oaselor conţin măduvă roşie (cavităţile oaselor lungi şi scurte sau spaţiile osului spongios). Treptat, măduva roşie este înlocuită de măduvă galbenă, astfel încât la adult, măduva roşie este prezentă mai mult în oasele late: coaste, vertebre, stern, pelvis, epifizele unor oase lungi.
Structura măduvei osoase Capsula Măduva osoasă nu are o capsulă proprie, ci este înconjurată de ţesutul osos compact sau de traveele osului spongios, tapetate de endoos (celule periostale sau osteoprogenitoare), pe alocuri de osteoblaste sau chiar de osteoclaste (fig. 86). Atât măduva roşie cât şi cea galbenă sunt foarte bogat vascularizate, sunt inervate, dar nu au vase limfatice. Vascularizaţia MO este esenţială pentru îndeplinirea funcţiei hematopoietice. Ca structură, MO este formată din stromă, parenchim (cordoane de celule hematopoietice) şi un sistem complex de vase sanguine numite sinusoide.
Figura 86. Măduva osoasă.
Stroma Măduva osoasă are o stromă formată din celule reticulare şi matrice extracelulară (fibre de reticulină şi substanţă fundamentală). Poate să conţină un număr variabil de celule adipoase, al căror număr creşte cu vârsta. Celulele reticulare, prin numeroasele prelungiri citoplasmatice ce se anastomozează, formează o reţea, o plasă, dublată de reţeaua fină a fibrelor de reticulină pe care le secretă. Reţeaua fibrelor de reticulină este mai condensată în jurul pereţilor arterelor mari. Această dublă plasă conferă un suport morfologic celulelor sanguine pe cale de maturare. În spaţiile rămase libere se află celelalte componente ale matricei extracelulare, secretate tot de celulele reticulare:
96 Sângele
fibronectina, heparan-sulfaţii, vitronectina, V-CAM (Vascular-Cell Adhesion Molecule), o moleculă ce facilitează aderarea diferitelor celule mature la peretele endotelial, trombospondina şi alţii. Pe lângă rolul de suport, celulele reticulare au şi rol în reglarea hematopoiezei, prin secreţia unor factori de creştere (CSFs – Colony Stimulating Factors) ce stimulează diferenţierea celulelor stem şi a celulelor progenitoare.
Cordoanele de celule hematopoietice Cordoanele de celule hematopoietice sunt aşezate fie printre sinusoide, fie între sinusoide şi os. Structura lor histologică este diferită în măduva roşie şi galbenă. Astfel măduva roşie, fiind activă hematopoietic, conţine precursorii tuturor celulelor sanguine, iar măduva galbenă conţine preponderent celule adipoase. Între aceste două tipuri de celule există totdeauna un echilibru perfect: dacă scade numărul celulelor hematopoietice, creşte numărul celor adipoase şi invers, astfel încât, în mod normal, spaţiul dintre sinusoide este totdeauna ocupat de celule. Mecanismul prin care se reglează acest fenomen este necunoscut. Cordoanele măduvei roşii conţin foarte multe celule. Culoarea roşie este dată de predominanţa celulelor din seria eritrocitară. Celulele ce formează aceste cordoane sunt imposibil de identificat morfologic în coloraţia uzuală cu HE. Singurele celule identificabile pe secţiuni la parafină sunt megacariocitul, datorită dimensiunii sale mari şi a cantităţii abundente de citoplasmă, și adipocitul, datorită aspectului său univacuolar. Pentru identificarea celorlalte tipuri celulare se folosesc coloraţii speciale, ca May-Grünwald-Giemsa (MGG), Romanowsky sau imunohistochimia pentru o identificare mai exactă. În tabelul 2 sunt enumeraţi câţiva anticorpi și celulele pe care le identifică. Anticorpi Anti-CD34 Anti-CD15 Anti-CD68 Anti-hemoglobina A Anti-factor VIII Anti-CD45 Anti-CD3 Anti-CD2 (pan T) Anti-CD20 Anti-CD19 (pan B) Anti-Ig Anti- CD41 şi CD42 AA1 CD57
Celule hematopoietice din MO Celule stem, celule progenitoare şi celule endoteliale Neutrofile şi monocite Monocite, macrofage Celulele seriei eritroide Megacariocite, celule endoteliale Limfocite T, limfocite B, macrofage, granulocite Limfocite T Limfocite T Limfocite B Limfocite B Plasmocite, imunoblaşti Celulele liniei megacariocitare Mastocite Celule NK
Tabel 2. Anticorpi monoclonali sau policlonali folosiţi pentru identificarea diferitelor celule din măduva osoasă hematogenă normală (după Mills).
Identificate astfel, celulele din cordoanele măduvei roşii sunt: - celule hematopoietice, care includ celulele stem hematopoietice şi toate celulele sanguine care derivă din acestea, aflate în diferite stadii de maturare - macrofage (celule fagocitare şi secretoare ai unor factori de reglare a hematopoiezei) - un număr variabil de adipocite. Aparent, celulele sunt aşezate foarte dezordonat în aceste cordoane. În realitate există o organizare foarte precisă, dezvoltarea fiecărei linii celulare făcându-se în cuiburi sau clone cu o
97 Sângele
localizare exactă. Astfel eritrocitele şi megacariocitele se dezvoltă în cuiburi (clone) situate lângă sinusoide, linia eritrocitară conţinând obligatoriu un macrofag. În contrast, cuiburile de granulocite sunt situate în centrul cordoanelor, departe de sinusoide. Cercetări recente au demonstrat că în măduvă se mai găsesc şi celule stem mezenchimatoase, capabile să se diferenţieze spre variate tipuri de celule conjunctive (adipocite, osteoblaste şi osteoclaste situate pe marginea lamelelor osoase, condrocite etc.) sau chiar spre alte tipuri de celule (celule musculare, hepatocite etc.), dar aceste descoperiri sunt încă în curs de validare. Celulele hematopoietice se găsesc în patru compartimente funcţionale ale măduvei osoase (tabelul 3): compartimentul celulelor stem, compartimentul celulelor progenitoare, compartimentul celulelor identificabile morfologic şi compartimentul celulelor mature. Compartimentul celulelor stem Celulele stem, conform definiţiei, sunt capabile pe de o parte de autoreplicare, mecanism prin care menţin constant numărul acestor celule în măduvă, pe de altă parte de diferenţiere dând naştere unor celule sanguine din ce în ce mai diferenţiate. Celula stem pluripotentă (CSP) ia naştere în sacul vitelin, în faza prehepatică a hematopoiezei, şi de acolo este purtată de curentul sanguin în diversele localizări ale hematopoiezei. CSP nu se poate identifica la examenul microscopic obişnuit, fiind similară limfocitului. Recunoaşterea ei este posibilă imunohistochimic, datorită antigenelor specifice pe care le are pe suprafaţă (exemplu CD34) sau prin tehnici de biologie moleculară. Din CSP, prin diviziune şi diferenţiere, ia naştere celula stem multipotentă (CSM) mieloidă şi celula stem multipotentă limfoidă, care sunt şi ele capabile de autoreplicare (pentru menţinerea constantă a numărului) şi de diferenţiere. Potenţialul CSM este mai limitat decât al CSP, ea fiind deja angajată pe o anumită linie de diferenţiere. Astfel, CSM mieloidă poate da naştere majorităţii celulelor sanguine, cu excepţia limfocitelor, care iau naştere din CSM limfoidă. Compartimentul celulelor stem
Compartimentul celulelor progenitoare (angajate)
Compartimentul celulelor identificabile morfologic
CFU-G, Mo
Precursorii N
N mature
Precursorii Mo
Mo mature
CFU-Eo
Precursorii Eo
Eo mature
CFU-Ba
Precursorii Ba
Ba mature
CFU-Mega
Precursorii Mega
Mega mature
CFU-E
Precursorii E
E mature
CFU-Mo
CSM mieloidă
CSP
CFU-G
Compartimentul celulelor mature
CFU-LT
LT mature
CFU-LB
LB mature
CSM limfoidă
Tabel 3. Compartimentele celulare ale măduvei osoase.
98 Sângele
Compartimentul celulelor progenitoare Celulele progenitoare au o capacitate mult redusă atât de autoreplicare cât şi de diferenţiere, comparativ cu celulele stem. Astfel, dintr-o celulă progenitoare angajată pe o anumită linie de diferenţiere pot lua naştere doar 1-2 tipuri de celule sanguine, pe când din CSM mieloidă, toate tipurile amintite mai sus. Celulele progenitoare au fost identificate şi caracterizate datorită capacităţii lor de a forma colonii ce conţin celulele uneia sau mai multor linii celulare, şi de aceea se numesc unităţi formatoare de colonii (CFU – Colony Forming Units). Din compartimentul celulelor progenitoare fac parte: a. celulele provenite din CSM mieloidă: - unităţile formatoare de colonii eritroide sau CFU-E - unităţile formatoare de colonii de neutrofile şi monocite, CFU-G,Mo şi care vor da naştere la câte o colonie specifică fiecărei celule, adică CFU-G şi CFU-Mo - unităţile formatoare de colonii de eozinofile sau CFU-Eo - unităţile formatoare de colonii de megacariocite sau CFU-Mega - unităţile formatoare de colonii de bazofile sau CFU-Ba. b. celulele provenite din CSM limfoidă: - CFU (sau celula progenitoare) a limfocitelor T - CFU (sau celula progenitoare) a limfocitelor B. Compartimentul celulelor identificabile morfologic Prin diferenţiere şi maturare, din unităţile formatoare de colonii iau naştere celule sanguine, care se pot identifica morfologic: precursorii neutrofilelor, bazofilelor, eozinofilelor, monocitelor, eritrocitelor şi a megacariocitelor. Ele nu mai sunt capabile de autoreplicare şi se pot diferenţia numai spre linia celulară spre care au fost angajate. Compartimentul celulelor mature Cel de-al patrulea compartiment cuprinde celule mature, care vor fi eliberate în fluxul sanguin. Remarcă practică Cunoştinţele actuale despre celula stem şi diferitele compartimente celulare ale măduvei osoase hematogene se bazează pe experimentul splenic, efectuat în 1960. Splina este un organ mult mai accesibil studiului histologic decât măduva osoasă hematopoietică. În plus, celulele stromale splenice pot realiza un micromediu asemănător cu cel al măduvei, permiţând proliferarea şi dezvoltarea celulelor hematopoietice. Experimentul splenic s-a efectuat pe şobolani de la care s-a recoltat măduvă osoasă hematogenă, şi care au fost apoi iradiaţi şi aduşi într-o stare de aplazie medulară, stare în care măduva nu mai produce celule sanguine. Apoi, li s-a injectat o suspensie din celulele recoltate înainte de iradiere. Aceste celule au fost purtate de curentul sanguin şi, în acele micromedii care erau propice hematopoiezei (măduvă osoasă hematogenă, splină), au început să prolifereze şi să se diferenţieze. Animalele au fost sacrificate după câteva zile. S-a observat că în splină au apărut mici colonii monoclonale de celule hematopoietice, fiecare dezvoltate prin proliferarea unei singure celule. Potenţialul de dezvoltare al fiecărei colonii se poate studia prin identificarea celulelor mature ce sunt prezente în colonia respectivă. Dacă sunt prezente toate celulele sanguine, se poate trage concluzia că celula de origine a coloniei a fost CSP. Dacă sunt prezente toate celulele mieloide, celula de origine este CSM mieloidă. Dacă sunt prezente doar neutrofile şi monocite, colonia s-a dezvoltat din CFU-G,Mo şi aşa mai departe. Cordoanele măduvei galbene. Măduva galbenă este inactivă hematopoietic. Cordoanele de celule hematopoietice sunt înlocuite total cu celule adipoase ce dau măduvei un aspect similar unui ţesut adipos. Mai persistă doar mici focare hematopoietice, de dimensiuni microscopice, ce conţin mai ales celulele liniei granulocitare.
99 Sângele
Celulele adipoase sunt univacuolare şi sunt cele mai mari celule ale măduvei galbene. Se pare că ele nu sunt totuşi adevărate celule adipoase, ci se formează prin acumularea de lipide în celulele reticulare şi în celulele endoteliale ale sinusoidelor. Măduva galbenă este doar temporar inactivă şi, deoarece nu-şi pierde niciodată potenţialul hematoformator, ea poate redeveni hematopoietică în caz de nevoi majore: de exemplu în cazul unor anemii grave prin pierderi masive de sânge. Redobândirea potenţialului hematoformator se face prin două mecanisme: fie prin popularea măduvei cu celule stem circulante, fie prin extensia ţesutului hematopoietic în măduva galbenă.
Sinusoidele Sinusoidele măduvei sunt structuri vasculare specializate, ce formează o reţea complexă interpusă între arterele şi venele măduvei osoase. Ele iau naştere totdeauna din arterele care au vascularizat mai întâi osul. Unele studii au arătat că acest sânge aduce anumiţi factori de creştere secretaţi în os sau în celulele endoosului, cu efect asupra hematopoiezei. Sinusoidele sunt vase cu pereţii foarte subţiri, formaţi din celule endoteliale turtite, cu o MB discontinuă foarte fină, dublată la exterior de prelungirile celulelor reticulare ale stromei şi de câteva fibre de reticulină. Când MO este activă, celulele reticulare şi MB se retrag şi sunt înlocuite de celule sanguine mature ce se aglomerează spre peretele sinusoidelor, pregătindu-se să intre în circulaţie. Migrarea celulelor se face transendotelial, un mod de transport specific ţesutului hematopoietic, ea putând fi bidirecţională. Traversarea se face prin mecanisme complexe, care implică molecule de adeziune celulară specifice, unirea membranelor celor două celule (celula endotelială şi celula sanguină), crearea unei breşe (apertură) în celula endotelială, care se repară instantaneu după trecerea celulei. Celulele endoteliale ale sinusoidelor sunt profund implicate şi în reglarea hematopoiezei, prin secreţia unor citokine: IL6, G,Mo - CSF (Colony Stimulating Factor), IL1α, G-CSF. Adiacent vaselor, adică arterelor mici şi sinusoidelor se pot întâlni mastocite mature.
Hematopoieza Celulele sanguine au o durată scurtă de viaţă, de la câteva zile la câteva luni şi de aceea necesită înlocuire continuă. Zilnic se formează 200x109 eritrocite şi 10x109 neutrofile. Celulele sanguine se formează în măduva osoasă, iar procesul poartă numele de hematopoieză şi cuprinde eritropoieza, leucopoieza şi trombopoieza. Hematopoieza are două etape: o etapă prenatală şi o etapă postnatală.
Hematopoieza prenatală Hematopoieza prenatală debutează foarte precoce în viaţa embrionară şi pe parcursul ei, locul hematopoiezei se schimbă de la o regiune la alta în trei faze succesive: - faza prehepatică sau mezoblastică începe în săptămâna a doua de gestaţie (ziua 19), când embrionul este doar de câţiva milimetri. Ea se desfăşoară în anumite zone din sacul vitelin în care mezenchimul primordial formează aşa numitele „blood islands”, din care se pare că iau naştere celulele stem şi endoteliile vasculare. În aceste zone se diferenţiază pentru prima dată eritroblaşti primitivi, care se transformă apoi în eritrocite primitive (megaloblaşti sau eritrocite cu nucleu). - faza hepatică începe aproximativ în săptămâna a 6-a de gestaţie şi se desfăşoară în principal în ficat, şi în mai mică măsură în splină şi timus, acestea fiind organe secundare de hematopoieză - faza mieloidă coincide cu mineralizarea scheletului cartilaginos al embrionului, formarea cavităţilor osului şi formarea celulelor reticulare destinate să formeze stroma măduvei osoase hematogene. Ea începe în luna a 4-a de viaţă intrauterină şi continuă şi după naştere. Treptat hematopoieza din ficat şi splină scade, iar măduva osoasă hematogenă rămâne locul principal al hematopoiezei. La sfârşitul perioadei prenatale zonele extramedulare (ficatul, splina şi timusul)
100 Sângele
îşi încetează activitatea hematopoietică. Ele nu îşi pierd însă niciodată capacitatea hematoformatoare, fiind capabile să îşi reia această funcţie în diferite situaţii patologice: hemoragii masive, boli ale sângelui.
Hematopoieza postnatală În perioada postnatală hematopoieza are loc exclusiv în măduva osoasă şi în ţesutul limfatic (timusul pentru limfocitele T). Teoria unicistă sau monofiletică defineşte concepţia actuală a hematopoiezei. Conform acestei teorii, toate celulele sanguine iau naştere dintr-o singură celulă, celula stem pluripotentă. Ea înlocuieşte teoria mai veche, conform căreia fiecare celulă sanguină ar avea un precursor propriu.
Reglarea hematopoiezei Proliferarea şi dezvoltarea celulelor sanguine în MO se face sub influenţa factorilor umorali şi a micromediului hematopoietic, ce presupune contactul intim al celulelor cu stroma MO. Reglarea umorală se face prin factori de creştere ce modulează proliferarea, diferenţierea şi maturarea celulară. Factorii umorali de creştere sunt sistemici sau locali şi sunt sintetizaţi de diferite celule: - eritropoietina în rinichi - IL (interleukinele) sunt secretate de limfocite (IL3), celulele endoteliale (IL6), celulele reticulare din MO (IL7) etc. - CSF sunt secretaţi de macrofag, celule endoteliale şi celule stromale activate prin intermediul unor citokine. Foarte mulţi dintre aceşti factori de creştere au fost identificaţi şi sintetizaţi în laborator prin metode de biotehnologie şi sunt deja folosiţi în practica clinică. Ei acţionează specific asupra unei anumite celule: - Stem Cell Factor (factorul de stimulare al celulelor stem) stimulează CSP - IL3 şi CSF stimulează CSM - factori de creştere specifici pentru celulele progenitoare: G-CSF pentru neutrofile, Mo-CSF şi IL9 pentru monocite, Eo-CSF pentru eozinofile, eritropoietina şi IL5 pentru eritrocite şi megacariocite - IL2, IL4, IL5, IL6, IL7 pentru celula progenitoare şi precursorii LB - IL2, IL3, IL4, IL7, IL10 pentru celula progenitoare şi precursorii LT. Pe lângă factorii umorali de creştere, în măduvă se pot produce şi factori cu efect inhibitor asupra hematopoiezei. Ei sunt produşi de macrofage, de celule endoteliale sau de fibroblaste şi includ TGFβ1 (Transforming Growth Factor), o proteină ce inhibă proliferarea celulelor progenitoare în general, TNFα ce inhibă proliferarea precursorilor granulocitelor, interferonul α ce inhibă celulele progenitoare ale megacariocitelor etc. Micromediul hematopoietic. Influenţa micromediului asupra hematopoiezei este mai puţin înţeleasă, dar este certă. Deşi CSP este purtată de curentul sanguin în tot organismul, hematopieza are loc doar în anumite locuri, capabile să susţină proliferarea celulară. În crearea acestui micromediu, propice hematopoiezei, sunt implicate atât celulele stromale cât şi elementele matricei extracelulare. Celulele stromale ale MO controlează diferenţierea şi maturarea celulelor sanguine, prin intermediul unor semnale care sunt necunoscute încă. De asemenea, formarea unei anumite linii celulare depinde de numărul relativ de celule reticulare şi de macrofage din stromă (formarea eritrocitelor este legată de numărul de macrofage, iar a granulocitelor de numărul de celule reticulare). Celulele stromale nu sunt suficiente pentru crearea micromediului, fapt demonstrat în culturile celulare, în care hematopoieza nu a fost posibilă numai în prezenţa celulelor reticulare. Componentele matricei extracelulare, de exemplu glicozaminoglicanii sau moleculele de
101 Sângele
adeziune celulară specifice măduvei joacă şi ele, probabil, un rol tot atât de important ca şi celulele reticulare.
Eritropoieza Hematiile (eritrocitele) se dezvoltă din CSM mieloidă sub influenţa unor factori de creştere specifici: eritropoietina, G,Mo-CSF, IL3 şi IL4. CSM mieloidă dă naştere celulelor progenitoare angajate pe linia de diferenţiere eritrocitară (CFU-E), prima celulă identificabilă morfologic fiind proeritroblastul. Procesul de diferenţiere până la hematia adultă implică: - micşorarea celulei - producţia treptată de hemoglobină - scăderea treptată, până la pierderea organitelor citoplasmatice - modificarea culorii citoplasmei, de la bazofil (culoare dată de prezenţa ribozomilor) la eozinofil (culoare datorată prezenţei hemoglobinei) - condensarea şi eliminarea nucleului. Precursorii hematiilor sunt: - proeritroblastul este prima celulă identificabilă morfologic a eritropoiezei. Este o celulă de 1220 μ, nucleată, cu citoplasma bazofilă (conţine mulţi ribozomi). - eritroblastul bazofil este o celulă mai mică, cu citoplasma încă bazofilă, dar care treptat începe să se coloreze şi cu eozină pe măsură ce în citoplasmă se acumulează hemoglobină - eritroblastul policromatofil are citoplasma colorată inomogen, cu zone distincte eozinofile şi bazofile. Nucleul este mai mic şi are cromatina granulară. - eritrocitul ortocromatofil este doar cu puţin mai mare decât hematia. Are citoplasma în totalitate eozinofilă şi un nucleu mic, compact, hipercrom. Din acest stadiu de dezvoltare, celulele nu mai sunt capabile să se dividă. - eritrocitul policromatofil (normoblastul) şi-a pierdut nucleul, care a fost extrudat din celulă. În această fază, celula nu mai are organite citoplasmatice, pe care le-a pierdut pe parcursul diferenţierii. Mai poate persista puţin ARN şi câţiva poliribozomi ce se pot pune în evidenţă prin coloraţii speciale (violet de Cresyl) sub forma unei reţele bazofile. Din această cauză eritroblastul policromatofil se mai numeşte şi reticulocit. Reticulocitul intră în circulaţia periferică, unde se poate identifica printre hematiile mature. Locul de formare al hematiilor Eritropoieza se desfăşoară adiacent sinusurilor medulare, în mici insule eritroblastice. Aceste insule sunt formate din una sau două macrofage specializate, înconjurate de celulele progenitoare ale hematiilor. Macrofagele au prelungiri citoplasmatice lungi şi invaginaţii ale membranei celulare, asigurând un contact intim cu celulele progenitoare. Acestea, pe parcursul diferenţierii, migrează celulifug, de-a lungul prelungirilor citoplasmatice ale macrofagelor. Când ajung la maturitate, traversează imediat sinusurile medulare prin pori transendoteliali şi ajung în fluxul sanguin. MO nu reprezintă un loc de stocaj al hematiilor. Reglarea eritropoiezei Cel mai important factor care reglează diferenţierea hematiilor dar şi funcţia hematiilor adulte este eritropoietina, un factor de creştere sintetizat de rinichi (la adult, dar şi de ficat la făt) ca răspuns la scăderea concentraţiei de oxigen din sânge. Ea controlează numărul de hematii produse de MO în funcţie de necesităţile de oxigen ale organismului. În reglarea eritropoiezei intervin şi factori de creştere mai puţin specifici ca: G,Mo-CSF, IL3 şi IL4. De asemenea sunt absolut necesari o serie de alţi factori, în lipsa cărora hematiile se dezvoltă anormal şi apare anemia. Aceşti factori sunt: fierul, vitamina B12, acidul folic.
102 Sângele
Granulopoieza Prin granulopoieză se înţelege formarea leucocitelor granulare: neutrofilul, eozinofilul şi bazofilul. Ele se dezvoltă din CSM mieloidă, în clone situate la distanţă de sinusurile medulare, sub influenţa unor factori de creştere (citokine): G,Mo-CSF, G-CSF, IL3 şi IL5 (pentru eozinofile). Precursorii neutrofilelor Neutrofilele sanguine se formează fie dintr-o celulă bipotenţială (CFU-G,Mo) împreună cu monocitele sanguine, fie dintr-un precursor unipotent care se poate diferenţia fie în monocit fie în neutrofil, în funcţie de citokinele care stimulează CFU. De la CFU-G până la stadiul final de maturare, neutrofilul parcurge 6 stadii: - mieloblastul este prima celulă identificabilă morfologic din seria neutrofilului. Este de talie mare (până la 20 μ), are un nucleu mare eucrom cu 3-5 nucleoli şi o cantitate mică de citoplasmă intens bazofilă, fără granulaţii. Se presupune că unele mieloblaste se maturează spre promielocitul neutrofil, iar altele spre promielocitul eozinofil sau bazofil. - promielocitul are deja în citoplasmă granulaţii azurofile (primare). Granulaţiile azurofile sunt produse numai de promielocit şi de aceea numărul lor scade cu fiecare diviziune de maturare a celulei. - mielocitul este prima celulă în care încep să apară granulaţii specifice (secundare şi terţiare). Ele sunt produse de aparatul Golgi. În această fază, nucleul celulei începe să devină reniform. - metamielocitul conţine deja un număr foarte mare de granulaţii specifice, număr ce îl întrece pe cel al granulaţiilor azurofile. În această fază este posibilă identificarea morfologică a celor trei tipuri de granulocite. Stadiul următor de dezvoltare este stadiul de „band cell”, stadiu care este prezent numai în dezvoltarea neutrofilului. Eozinofilul şi bazofilul se transformă direct în celule adulte. - în stadiul de „band cell” nucleul celulei are formă de potcoavă, cu o grosime uniformă pe toată lungimea sa. Începe apoi constricţia nucleului cu formarea de lobi, uniţi prin punţi fine de cromatină, stadiu în care celula se numeşte neutrofil segmentat. Segmentarea nucleului se poate produce atât în MO cât şi în sângele periferic. Majoritatea neutrofilelor au între 2 şi 5 segmente nucleare. - neutrofilul matur a cărui descriere a fost făcută la sânge. Cinetica neutrofilelor Maturarea mieloblastului în neutrofil durează 7-8 zile şi implică cinci diviziuni celulare, până în stadiul de metamielocit, după care celula nu se mai divide. Neutrofilele mature rămân în MO aproximativ cinci zile, după care sunt eliberate în fluxul sanguin unde circulă doar câteva ore (aproximativ 6 ore). După acest interval, neutrofilele migrează în ţesutul conjunctiv unde supravieţuiesc 2-5 zile, după care mor prin apoptoză. Dacă sunt implicate într-un proces de fagocitoză, ele pot muri mai repede. În MO există în permanenţă un compartiment cu neutrofile de rezervă, al căror număr este de aproximativ 5 ori mai mare decât al celor care se pierd în mod normal. Ele sunt eliberate în sânge pe măsură ce neutrofilele mor, sau ca răspuns la inflamaţii acute şi cronice sau infecţii. Un alt rezervor de neutrofile există în vasele sanguine, unde pe lângă neutrofilele circulante există neutrofile aderente de endoteliul vaselor, aşa numitele neutrofile marginate. Ele sunt întrun perfect echilibru cu neutrofilele circulante. Precursorii eozinofilelor şi ai bazofilelor parcurg aceleaşi etape de dezvoltare. Eozinofilele se dezvoltă din CFU-Eo, iar bazofilele din CFU-Ba. Granulaţiile specifice apar în stadiul de mielocit. Doar după acest stadiu celulele pot fi identificate morfologic.
103 Sângele
Monocitopoieza Precursorii monocitelor din MO sunt monoblastul şi promonocitul. Se descriu două populaţii egale ca număr de promonocite: una care se divide rapid şi dă naştere celulelor mature, alta care se divide lent şi constituie celule progenitoare de rezervă, având în vedere că MO nu depozitează monocite adulte. Maturarea monocitelor în MO durează ceva mai mult de 2 zile, după care monocitul rămâne în circulaţie circa 16 ore, înainte de a migra în ţesuturi şi a se transforma în macrofag.
Trombopoieza Trombocitele (plachetele sanguine) sunt fragmente citoplasmatice desprinse din megacariocit în fluxul sanguin. Megacariocitul se dezvoltă din CSM mieloidă, care sub acţiunea unor citokine specifice se diferenţiază într-o celulă unipotentă: CFU-Mega, angajată să se diferenţieze în megacarioblast şi apoi megacariocit. Megacarioblastul este o celulă mare (aproximativ 30 μ) cu nucleu unic. Sub acţiunea trombopoietinei, nucleul suferă o serie de endomitoze, care au ca rezultat creşterea ploidiei ADN-ului nuclear, până la 64n. În aceast moment megacarioblastul devine megacariocit şi poate forma plachete sanguine. Pe măsură ce creşte ploidia, creşte şi dimensiunea celulei. Megacariocitul este o celulă foarte mare (50-70 μ), cu citoplasmă eozinofilă, cu câteva granulaţii azurofile şi nucleu polilobat. La microscopia electronică, citoplasma megacariocitului apare compartimentată prin invaginaţii ale membranei citoplasmatice. Aceste invaginaţii formează canalele de demarcaţie plachetară.
104 Sângele
107 Sistemul limfatic (imun)
Generalităţi Sistemul limfatic sau imun este constituit dintr-o serie de celule şi ţesuturi cu rolul major de a monitoriza permanent organismul, de a detecta prezenţa unor materiale străine (antigene) şi de a le neutraliza sau distruge. Principalele celule implicate în acest proces sunt limfocitele, ele fiind celulele efectoare ale mecanismelor de apărare ale organismului. Ţesuturile sistemului limfatic sunt foarte variate. Ele formează organe limfoide (timusul, nodulul limfatic, splina) sau doar ţesuturi limfoide, dispuse fie difuz, sub epiteliul diferitelor organe, fie sub formă de agregate limfoide situate sub diferite mucoase (amigdala palatină, placa Peyer). Acest din urmă ţesut limfoid, poartă numele de Ţesutul Limfoid Asociat Mucoaselor sau MALT (Mucosa-Associated Lymphoid Tissue). Organele şi ţesuturile limfoide sunt locuri în care limfocitele proliferează, se maturează şi se diferenţiază, dar şi locuri în care ele îşi îndeplinesc o parte din funcţii.
Mecanismele de apărare ale organismului Organismul este în permanenţă ameninţat de invazia unor organisme patogene (bacterii, viruşi, ciuperci, paraziţi), a unor toxine sau celule străine, a căror prezenţă îl poate distruge. Împotriva acestor agresiuni organismul reacţionează prin mecanisme de apărare nespecifice şi specifice. Mecanismele de apărare nespecifice constau din: - variate bariere fizice, ce până la un moment dat previn agresiunile externe. Exemple de astfel de bariere: substanţele antibacteriene secretate pe suprafaţa mucoaselor (lizozimul), stratul de mucus de pe suprafaţa epiteliului respirator, aciditatea sucului gastric etc. Când aceste mecanisme de apărare sunt depăşite, intră în funcţiune alte mecanisme. - inflamaţia, ce constă în distrugerea ţesutului mort şi a materialelor exogene şi înlocuirea lui cu un ţesut regenerat sau cu o cicatrice. În acest proces, un rol important joacă complementul (o proteină plasmatică), leucocitele care prin chemotactism sunt activate şi atrase în focarul respectiv, dar şi macrofagele. Fenomenul de opsonizare a microorganismelor (vezi la capitolul „Sângele”, neutrofilul), amplifică fagocitoza. Fagocitarea şi degradarea microorganismelor poate duce şi la declanşarea unui mecanism de apărare specific (imun), dacă o fracţiune din acel microorganism este prezentat limfocitelor. Implicaţii în patologie: imunodeficienţele Imunodeficienţele pot fi congenitale sau dobândite, şi constau dintr-o deficienţă în apărarea imună a organismului. Atunci când sunt marcate şi de durată, ele determină o sensibilitate exagerată a organismului la infecţii, cauzate chiar de germeni care în mod normal sunt inofensivi (infecţii oportuniste). Imunodeficienţele congenitale sunt determinate genetic, şi afecteză atât mecanismele de apărare specifice cât şi pe cele nespecifice (de exemplu sindromul DiGeorge, agamaglobulinemia Bruton). Imunodeficienţele dobândite au cauze multiple. Cea mai frecventă cauză în lume este malnutriţia, alte cauze fiind: bolile renale, care antrenează pierderi masive de proteine, chimioterapia şi radioterapia administrate în tumorile maligne, sau infecţii virale care pot genera o imunodeficienţă trecătoare sau gravă. Cea mai gravă imunodeficienţă virală dobândită este SIDA (AIDS – Acquired Immunodeficiecy Syndrome), datorată infecţiei cu virusul HIV (Human Immunodeficiency Virus). Virusul afectează LTH, care devin nonfuncţionale, iar bolnavii îşi pierd capacitatea de apărare imună faţă de infecţii virale sau bacteriene. Mecanismele de apărare specifice sunt reprezentate de apărarea imună, un mecanism de apărare foarte specific, ţintit, asupra unor anumite materiale străine organismului, numite antigene.
108 Sistemul limfatic (imun)
Antigenele pot fi microorganisme (bacterii, viruşi etc.), diferite substanţe solubile (proteine străine, toxine, polizaharide etc.) sau chiar propriile celule transformate ale organismului (celule tumorale sau celule infectate viral). Există două tipuri de apărare imună: - de tip umoral, care constă în producerea unor proteine (exemplu Ig de către LB) ce marchează antigenele pentru a putea fi distruse de alte celule imune - de tip celular, în care antigenele (în special celulele transformate) sunt distruse direct de limfocite.
Celulele sistemului imun Limfocitele Limfocitele sunt celule imunocompetente, adică: - au capacitatea de a distinge „self”-ul (molecule normal prezente în organism) de „non-self” (adică molecule străine, ce nu sunt prezente în mod normal) - au capacitatea de a distruge sau inactiva organisme străine (viruşi, bacterii), celule proprii transformate (celule tumorale, celule infectate viral) sau substanţe străine (toxinele). Aceste proprietăţi sunt achiziţionate de limfocite pe parcursul dezvoltării lor. Răspunsul protector al sistemului limfatic este cunoscut sub denumirea de imunitate. Există trei categorii de limfocite: LT, LB şi NK, care îndeplinesc funcţii diferite în apărarea imună, şi care pot fi identificate imunohistochimic datorită antigenelor specifice de pe suprafaţă. Marcheri imunohistochimici ai limfocitelor Există patru clase principale de antigene de suprafaţă: - receptorii celulelor T sau TCR (T Cell Receptor), se găsesc numai pe suprafaţa limfocitelor T, fiind molecule asemănătoare imunoglobulinelor - imunoglobulinele (Ig) sunt proteine secretate de limfocitele B şi apoi inserate în membrana lor celulară, jucând în felul acesta şi rol de receptori de antigene - antigenele complexului major de histocompatibilitate (CMH) sunt antigene majore, ce diferenţiază ţesuturile unui individ de al altuia, fiind proprii fiecărui organism. La om acest sistem este denumit HLA (Human Leucocyte Antigen). Există trei clase ale CMH, din care două sunt mai importante: - antigenele clasei I-a a CMH, prezente pe suprafaţa tuturor celulelor organismului, cu excepţia hematiilor - antigenele clasei a II-a a CMH, sunt exprimate în mod normal pe suprafaţa celulelor prezentatoare de antigen , dar şi a LB (adică a acelor celule care prezintă antigenul limfocitelor T); ele sunt molecule esenţiale în interacţiunea imună. - antigenele de suprafaţă definite prin sistemul CD (CD = cluster of differentiation, clonă de diferenţiere), sunt proteine de suprafaţă cu funcţii foarte variate. Sunt caracteristice unei anumite subclase particulare de limfocite T, ce permit diferenţierea diferitelor subpopulaţii funcţionale ale acestora. S-a identificat un număr foarte mare de astfel de antigene incluse în sistemul CD, numerotate cu cifre arabe de la 1 la peste 100. Ele sunt prezente nu numai pe suprafaţa limfocitelor, ci şi a altor celule (exemplu CD34 este exprimat de celulele endoteliale, CD68 de macrofage etc.).
Limfocitele NK Limfocitele NK (Natural Killer) seamănă cu LT, cu care se pare că au o celulă progenitoare comună. Deosebirea esenţială este de ordin funcţional: limfocitul NK este o celulă spontan citotoxică, adică este capabilă să recunoască un anumit antigen (de exemplu celulele infectate viral sau neoplazice) şi să-l distrugă fără intervenţia CPA. Distrugerea celulelor se face prin intermediul substanţelor secretate de limfocitul NK (perforinele şi fragmentinele din granulele mari, specifice), care induc apoptoza, adică moartea celulară.
109 Sistemul limfatic (imun)
Ele nu exprimă pe suprafaţă nici marcherii LT şi nici ai LB, de aceea în literatura mai veche sunt cunoscute ca limfocite „nule” sau „0”. Sunt singurele limfocite care se pot recunoaşte pe frotiuri datorită dimensiunii lor mari, formei nucleului şi prezenţei în citoplasmă a numeroase granule de talie mare (ce conţin perforine, fragmentine), specifice. De aceea se mai numesc şi limfocite granulare mari. Pentru identificarea lor se folosesc anticorpi monoclonali: CD16, CD57, CD94.
Limfocitele T Limfocitele T sau timodependente, sunt limfocite cu o durată lungă de viaţă. Ele provin din CSM şi celula progenitoare a limfocitelor T, celule care migrează în timus unde se multiplică, se maturează şi se diferenţiază. Maturarea constă în primul rând în achiziţionarea pe suprafaţa LT a antigenelor specifice, limfocitele devenind mature, dar naive, deoarece nu au avut niciodată contact cu antigenele (vezi şi subcapitolul „Timusul”). Pe parcursul acestui proces, LT capabile să reacţioneze cu constituenţi normali ai organismului (deci cu celule sau substanţe normal prezente în organism) sunt distruse sau reprimate. Se dezvoltă astfel ceea ce se numeşte „self tolerance” sau toleranţa faţă de sine. Clonele de LT mature sunt eliberate din timus şi populează organele limfoide periferice în zonele specifice pentru LT: zona paracorticală din nodulii limfatici, tecile periarteriale din splină, ţesutul limfoid difuz din MALT. Ele sunt celule responsabile de imunitatea mediată celular, adică distrug antigenele prin citotoxicitate. Consecutiv contactului cu antigenele se dezvoltă LT cu memorie, capabile de o reacţie mai rapidă şi mai specifică la un al doilea contact cu aceleaşi antigene. LT au mai multe subpopulaţii funcţionale: LT helper sau auxiliare (LTH) sunt CD4 şi panT pozitive. Antigenele panT cuprind, la rândul lor, două antigene CD (CD2 şi CD3), şi TCR. LTH ajută celelalte limfocite să-şi îndeplinească funcţia: rolul lor major este să recunoască antigenele străine prezentate de CPA. În urma acestui contact, ele se activează şi secretă interleukine (IL). IL activează alte categorii de limfocite şi alte celule implicate în apărarea imună, cu scopul de a distruge antigenele: celelalte subclase de LT (LTC şi LTS), LB care vor secreta Ig şi macrofagele care vor deveni avide de fagocitoză. LTH nu este capabil să recunoască singur antigenul, numai dacă acesta îi este prezentat de CPA. Mecanismul de activare al LTH este complex. Iniţial, CD4 se leagă de moleculele CMH clasa II de pe suprafaţa CPA (ce conţin şi particule parţial digerate ale unor substanţe străine organismului), ceea ce constituie un semnal de activare a LTH (fig. 87). TCR-ul fixează şi el aceste particule străine prezentate de CPA. Consecutiv acestor procese, CD3, care este strâns legat de TCR, declanşează un mecanism suplimentar de activare a LTH. LT citotoxice (LTC) sunt CD8 şi TCR pozitive. Funcţia lor este de a distruge celule infectate cu viruşi, celule maligne sau alte celule care nu mai sunt recunoscute ca fiind „self”. Activarea LTC se face prin intermediul IL secretate de LTH sau prin fixarea directă la moleculele CMH clasa I ale CPA (ce conţin antigene sintetizate de o celulă proprie organismului, de exemplu o celulă tumorală) (fig. 87). LTC activat aderă la celulele „non-self” şi secretă anumite citokine (perforine, fragmentine) care activează apoptoza sau mecanisme de liză a celulei respective. Acest proces de distrugere a fost numit, foarte plastic, „sărutul mortal”. LT supresoare (LTS) sunt CD8 pozitive. Ele supraveghează răspunsul imunologic, având funcţii multiple: - opresc răspunsul imun în momentul dispariţiei stimulului declanşator - modulează răspunsul imun în aşa fel încât el să fie adaptat stimulului declanşator, iar reacţia imunologică să nu fie nici prea slabă (caz în care nu ar distruge antigenul în totalitate), dar nici prea puternică (ar distruge şi ţesuturi proprii) - suprimă răspunsul imun vis à vis de autoantigene, contribuind la menţinerea toleranţei faţă de sine („self tolerance”).
110 Sistemul limfatic (imun)
Limfocitele B Limfocitele B sau burso-dependente derivă din CSM limfoidă şi celula progenitoare angajată pentru LB, care migrează în măduvă şi în ţesutul limfoid asociat mucoaselor de la nivelul intestinului, numit GALT (Gut-Associated Lymphoid Tissue), considerat echivalent al bursei lui Fabricius de la păsări, unde se înmulţesc, se maturează şi se diferenţiază devenind celule imunocompetente. Maturarea, adică dobândirea competenţei imunitare, constă în inserarea Iglor în membrana celulară, Ig devenind în acest fel receptori antigenici ai LB. Marcherii CD ai limfocitelor B sunt: CD9, CD19, CD20 şi CD24. Imunoglobulinele limfocitelor B Prima imunoglobulină de suprafaţă a limfocitelor B este IgM. Limfocitele B care exprimă pe suprafaţa lor numai molecule IgM sunt considerate imature. Alături de IgM pot să coexiste IgA sau IgG. Pe măsură ce diferenţierea limfocitelor B progresează, alături de IgM apare IgD, care treptat devine dominantă cantitativ. Limfocitele B mature în repaus (neangajate) au pe suprafaţa lor nivele mai înalte de IgD decât IgM. Acestea sunt adevăratele celule imunocompetente. Din echivalentele bursei lui Fabricius, limfocitele B mature dar naive migrează în organele limfoide, în zone specifice LB. Expunerea la antigene antrenează o proliferare clonală şi activarea LB, care se transformă în plasmoblast şi apoi în plasmocit. Plasmoblastul va da naştere pe de o parte LB cu memorie, iar pe de altă parte plasmocitului care va secreta IgM, IgG (una din subclase), IgA sau IgE. Ig secretate de LB activate sunt anticorpi specifici, care au rolul de a neutraliza antigenele împotriva cărora au fost secretate. LB sunt astfel, celule responsabile de imunitatea mediată umoral. La primul contact cu antigenul se produce un răspuns imunitar primar. În urma lui, un număr mic de LB devin LB cu memorie, cu o durată mai lungă de viaţă şi care sunt capabile să răspundă imediat prin secreţie de Ig la o nouă întâlnire cu acelaşi antigen. Acest răspuns, la a doua întâlnire cu antigenul, este un răspuns imunitar secundar, care este mult mai rapid, mai pronunţat şi mai specific. Aceste fenomene explică faptul că, după anumite infecţii, imunitatea poate persista foarte mult timp, uneori chiar toată viaţa. Este de asemenea principiul general pe care se bazează vaccinarea: se injectează o suspensie de microbi sau viruşi cu patogenitate atenuată, împotriva cărora se secretă anticorpi specifici, care dau imunitate. La un nou contact, aceşti anticorpi specifici vor inactiva microbi sau viruşi cu adevărat patogeni. Bursa lui Fabricius Este un organ limfoepitelial ce se dezvoltă ca un diverticul dorsal al intestinului terminal al păsărilor, situat lângă cloacă. În acest organ are loc proliferarea clonală şi diferenţierea LB la păsări. Acest rol este mediat de factori umorali, ca de exemplu, bursopoetina, un polipeptid mic, capabil să inducă diferenţierea limfocitelor B in vitro.
Celulele prezentatoare de antigen (CPA) Cel de-al doilea tip de celule implicate în procesul imun sunt CPA sau celulele imunitare accesorii. Ele au rolul de a capta şi de a reţine sau fagocita antigenele (materiale străine organismului) şi de a le prezenta pe suprafaţa lor, legate de o moleculă a CMH clasa II, formă sub care sunt recunoscute de LTH. Acest proces este esenţial pentru iniţierea răspunsului imun. Celulele prezentatoare de antigen sunt macrofagele tipice, celulele Kupffer din ficat, celulele Langerhans din piele, celulele interdigitate din nodulul limfatic. Celulele dendritice din nodulul limfatic se pare că nu sunt adevărate celule prezentatoare de antigen, deoarece nu au pe suprafaţă molecule ale CMH clasa II.
111 Sistemul limfatic (imun)
Mecanisme de activare a limfocitelor Activarea limfocitelor T: antigenele transformate (AT) prezentate de macrofage, legate de CMH clasa II, sunt recunoscute de LTH, care se activează şi suferă o proliferare clonală. Ele secretă IL determinând activarea şi proliferarea clonală a LTC, care prin citotoxicitate distrug celulele antigenice (fig. 87).
Figura 87. Mecanismele de activare imună (modificat după Wheater, 2001).
112 Sistemul limfatic (imun)
Activarea limfocitelor B: LB se activează fie la contactul direct cu antigenele, fie prin intermediul IL secretate de LTH, fie prin contact direct cu LTH. Consecutiv activării, ele proliferează clonal şi se tranformă în plasmocite, care secretă Ig specifice antigenului care le-a determinat activarea. Aceste Ig (anticorpi) distrug bacteria (fig. 87). Implicaţii în patologie: boli autoimune Există situaţii în care constituenţi normali ai organismului nu mai sunt recunoscuţi ca „self”, ci sunt consideraţi antigene de către limfocite, şi împotriva lor se dezvoltă reacţii autoimune. Lupusul este o boala autoimună sistemică (adică care interesează întregul organism) în care din motive neelucidate, celulele sistemului imunitar atacă ţesuturile propriului organism. Se manifestă ca o boală inflamatorie cronică ce poate afecta articulaţiile, pielea, rinichii, celulele sanguine, inima şi plămânii. În majoritatea cazurilor sunt interesate femeile. Tiroidita cronică limfocitară este o boală autoimună în care limfocitele se înmulţesc şi distrug propriile celule tiroidiene. Scade în acest fel producţia de hormoni tiroidieni, iar bolnavii prezintă diferite grade de insuficienţă tiroidiană.
Organele şi ţesuturile limfoide Din punct de vedere embriologic şi funcţional, organele limfoide se pot împărţi în organe limfoide primare şi secundare. Organele limfoide primare sunt cele care „educă” diferitele categorii de limfocite să recunoască şi să distrugă antigenele. Aici, limfocitele devin celule imunocompetente. Funcţia acestor organe este condiţionată de popularea cu celule progenitoare provenite din ficat sau din măduva osoasă, în funcţie de etapa hematopoiezei. Absenţa sau incompleta dezvoltare a acestor organe e urmată de dereglări cantitative şi calitative ale funcţiei imune. Organe limfoide primare sunt considerate timusul, măduva osoasă şi MALT din intestinul subţire, numit şi GALT (GutAssociated Lymphoid Tissue). Organele limfoide secundare sunt cele în care limfocitele maturate în organele primare devin celule efectoare în realizarea răspunsului imun. Cea mai mare parte a activităţii limfocitelor se desfăşoară în aceste organe. Ablaţia sau alterarea funcţională a unuia dintre ele, nu influenţează funcţia imună. Organe limfoide secundare sunt nodulul limfatic, splina, MALT şi ţesutul limfoid difuz.
Timusul Timusul este primul organ limfoid care se dezvoltă în viaţa embrionară. Este localizat în partea anterioară şi superioară a gâtului, la emergenţa vaselor mari ale inimii. Anatomic este constituit din doi lobi ce iau naştere din primordii diferite (arcul branhial III drept şi stâng împreună cu paratiroida superioară) şi care devin apoi strâns unite prin ţesut conjunctiv. El atinge greutatea maximă relativă la sfârşitul vieţii intrauterine, dar greutatea absolută continuă să crească până la pubertate. Apoi suferă un proces de involuţie, astfel încât la adult este înlocuit cu un ţesut fibro-adipos. Timusul este locul în care celulele stem limfoide multipotente proliferează şi se diferenţiază în limfocite T imunocompetente (capabile să distingă selful de non-self, să distrugă non-selful şi să dezvolte toleranţa faţă de sine). În acelaşi timp timusul este şi un organ endocrin. El secretă o serie de hormoni care controlează proliferarea, diferenţierea, maturarea şi funcţia LT.
Organizare histologică Timusul respectă planul general de organizare al organelor limfoide: capsulă la periferie, septe, stromă şi parenchim (fig. 88).
113 Sistemul limfatic (imun)
A
B
Figura 88. Timusul. A. Reprezentare schematică: 1 – capsulă, 2 – septe (trabecule), 3 – lobuli timici, 4 – zona corticală, 5 – zona medulară, 6 – corpusculi Hassall (modificat după Baumhoer, 2000); B. Imagine histologică.
Capsula este de natură conjunctivă; ea trimite septe (trabecule) în parenchim, compartimentând organul în lobuli timici. Compartimentarea este doar parţială, deoarece ea interesează mai ales zona corticală (externă) a timusului, zona medulară (profundă) fiind comună mai multor lobuli (fig. 88). Pe lângă ţesut conjunctiv, capsula şi trabeculele conţin vase de sânge, vase limfatice eferente, nervi, celule adipoase şi o serie de celule migrate din sânge. Din trabeculele groase se desprind fine septe secundare care intră în lobuli însoţiţi de o mică cantitate de ţesut conjunctiv şi fine ramificaţii vasculare. Stroma timusului este diferită de a celorlalte organe limfoide, fiind formată din celule epiteliale. Limfocitele T se aranjează şi se multiplică printre aceste celule epiteliale, distanţându-le şi determinând forma lor stelată. Ele posedă joncţiuni intercelulare, specifice celulelor epiteliale şi CK în filamentele intermediare. Sunt considerate echivalentul celulelor reticulare din celelalte organe limfoide, de unde şi denumirea lor de celule epitelioreticulare (fig. 89), dar sunt de fapt, adevărate celule epiteliale. Ele nu secretă fibre de reticulină, timusul fiind singurul organ sau ţesut limfoid care nu are asemenea fibre în stroma sa. În schimb, celulele epitelioreticulare sunt implicate în procesele de proliferare, diferenţiere şi maturare a limfocitelor prin diferitele substanţe pe care le secretă: interleukine, factori de stimulare a creşterii celulare, timulina, timopoietina, timozina. Pe baza localizării şi funcţiei, se descriu 6 tipuri de celule epitelioreticulare, desemnate prin cifre romane. Trei sunt localizate în corticală, trei în medulară. Celulele epitelioreticulare tip I tapetează partea internă a capsulei şi a trabeculelor, izolând parenchimul timusului de ţesutul conjunctiv şi de vasele care se găsec în aceste structuri. Ele joacă un rol important în realizarea barierei sânge-timus. Celulele epitelioreticulare tip II se găsesc în corticala timică, sunt în contact intim cu limfocitele, şi funcţional sunt implicate în educarea lor, adică în achiziţionarea pe suprafaţă a antigenelor specifice limfocitelor T imunocompetente. Spre deosebire de cele de tip I, exprimă pe suprafaţă moleculele CMH clasa I şi II. Celulele epitelioreticulare tip III şi de tip IV se găsesc între corticală şi medulară, unde formează o barieră funcţională. Şi ele exprimă pe suprafaţă moleculele CMH clasa I şi II.
114 Sistemul limfatic (imun)
Celulele epitelioreticulare tip V sunt similare celor de tip II, dar sunt localizate în medulară, având şi ele rol în maturarea limfocitelor. Celulele epitelioreticulare tip VI formează corpusculii Hassall, structuri foarte caracteristice zonei medulare a timusului (fig. 89 A și B). Pe secţiunile histologice corpusculii Hassall au aspectul unui bulb de ceapă, fiind formaţi din celule epiteliale răsucite concentric, strâns împachetate, cu aspect lamelar. Din loc în loc se mai observă nucleii celulelor epiteliale. În centru, corpusculii se pot cheratiniza, fenomen ce nu este surprinzător pentru celulele epiteliale. Numărul corpusculilor Hassall creşte treptat până la pubertate când începe procesul de involuţie al timusului. Nu se cunoaşte încă în totalitate rolul lor în timus, dar unele studii histochimice indică clar faptul că celulele epitelioreticulare tip VI din care sunt compuşi, produc unii hormoni ai timusului cu rol în maturarea limfocitelor T. Parenchimul timusului este format în totalitate din limfocite T, în diferite stadii de maturare, şi din macrofage. Pentru limfocitele incomplet maturate se mai foloseşte termenul de timocite. Pe secţiunile histologice, în timus se pot identifica două zone distincte: zona corticală, situată periferic, închisă la culoare şi zona medulară, situată mai profund şi mai deschisă la culoare. Această colorabilitate diferită se datorează faptului că zona medulară este formată preponderent din limfocite mari, care au un nucleu hipocrom şi multă citoplasmă în jur, în vreme ce zona corticală este formată din limfocite mici cu nucleul condensat şi cu citoplasmă puţină.
A
B
Figura 89. Timusul. A. Reprezentare schematică detaliată: 1 – capsulă, 2 – septe (trabecule), 3 – celule epitelioreticulare, 4 – timocite, 5 – macrofage, 6 – vas sanguin, 7 – corpusculi Hassall (modificat după Baumhoer, 2000); B. Imaginea microscopică a unui corpuscul Hassall din zona medulară.
Maturarea şi diferenţierea limfocitelor T Limfocitele T se formează din celulele stem limfoide pluripotente ce provin din măduva osoasă şi care populează timusul încă din viaţa intrauterină. Aceste celule se înmulţesc foarte mult prin mitoze repetate (proliferare clonală) în partea externă a corticalei şi încep să migreze spre medulară. Pe măsură ce migrează spre medulară, ele se maturează şi se diferenţiază, adică achiziţionează pe suprafaţă antigene specifice (din categoria CD). Rol esenţial în acest proces au celulele epitelioreticulare. Procesul de maturare al limfocitelor T este foarte complex. Astfel, în stadiile incipiente de dezvoltare, pe suprafaţa limfocitelor T se pot identifica anumite antigene: CD2, CD7 şi apoi CD1. Pe măsură ce maturarea continuă, ele achiziţionează pe suprafaţă antigene mai specifice: TCR,
115 Sistemul limfatic (imun)
CD3, CD4 şi CD8. În acest stadiu de dezvoltare, limfocitele T exprimă ambele clase de antigene. Ele sunt apoi prezentate celulelor epitelioreticulare tip II şi III, care au pe suprafaţă molecule ale CMH clasa I şi II. Dacă limfocitele sunt capabile să recunoască aceste molecule, vor supravieţui. Dacă nu, vor muri prin apoptoză şi vor fi fagocitate de macrofage. Acest proces poartă numele de „selecţie pozitivă”. Limfocitele T ajung apoi în medulară, unde vor suferi un nou proces de selecţie, de această dată de „selecţie negativă”. Prin acest proces vor fi eliminate acele limfocite care sunt capabile să recunoască şi să se activeze în prezenţa antigenelor „self”. Rezultatul este dezvoltarea toleranţei imunologice „faţă de sine” (immunologic self tolerance). Un număr foarte mare de limfocite mor pe parcursul acestei diferenţieri şi vor fi fagocitate de macrofage, prezente în număr mare în corticală. Limfocitele restante vor pierde fie antigenele CD8, fie pe cele CD4 şi vor deveni limfocite T helper, CD4+, sau citotoxice, CD8+. În zona medulară, limfocitele T mature dar naive (căci nu au luat încă contact cu antigenele) intră în circulaţia sistemică fie pe cale limfatică (vase limfatice aferente), fie pe cale sanguină (venule postcapilare) şi consecutiv vor popula organele limfoide secundare, în zone specifice limfocitelor T. Aici ele îşi vor căpăta întreaga maturitate imunologică.
Vascularizaţia timusului Vascularizaţia este foarte abundentă, fapt ce permite migrarea limfocitelor. Vasele de sânge pătrund în timus prin intermediul trabeculelor. Cele mai fine ramificaţii intră în parenchimul timusului însoţite de o mică cantitate de ţesut conjunctiv. Capilarele corticalei au peretele continuu, iar cele din medulară sunt fenestrate. La nivelul joncţiunii cortico-medulare se găsesc venulele postcapilare, venule cu endoteliul înalt, prin care are loc migrarea limfocitelor în şi din timus. Sistemul venos este tributar celui arterial. Timusul nu are vase limfatice aferente, doar vase limfatice eferente, care iau naştere în zona joncţiunii cortico-medulare şi în medulară. Bariera sânge-timus este o adaptare morfologică şi funcţională care permite limfocitelor să se dezvolte fără să ia contact cu antigenele. Această barieră se interpune între limfocitele T şi lumenul vaselor sanguine. Elementele componente ale barierei, enumerate dinspre timus spre vase, sunt: - celulele epitelioreticulare tip I strâns unite prin desmozomi - membrana lor bazală - ţesutul conjunctiv din septuri (sau care însoţeşte vasele sanguine) - membrana bazală a capilarelor - celulele endoteliale ale capilarelor.
Rolul timusului - dezvoltarea de LT imunocompetente (LTH, LTC, LTS) provenite din celulele precursoare limfocitelor T din măduva osoasă - proliferarea clonelor de LT pentru a asigura necesarul de LT din sânge şi din organele limfoide secundare - dezvoltarea toleranţei faţă de propriile antigene (toleranţa faţă de sine) - rol endocrin: hormonii timici (timulina, timozina şi timopoietina) sunt secretaţi de celulele epitelioreticulare.
Involuţia timusului Timusul atinge greutatea maximă la pubertate, perioadă după care suferă un proces de involuţie treptată, astfel încât la bătrâneţe, uneori cu greu mai poate fi recunoscut.
116 Sistemul limfatic (imun)
Involuţia timusului se face prin depleţie limfocitară şi acumulare de ţesut adipos. Depleţia limfocitară constă în scăderea treptată a numărului de limfocite, în aşa fel încât, la un moment dat celulele epitelioreticulare devin vizibile în coloraţia cu HE. Depleţia limfocitară nu este totdeauna completă. În resturile timusului involuat, rămâne totuşi un mic număr de limfocite care continuă să se diferenţieze şi să prolifereze, furnizând limfocite T organismului. Acumularea de grăsime în timus începe imediat după naştere şi se accelerează dramatic după pubertate. Mai întâi involuează corticala, apoi medulara. Celulele epitelioreticulare secretă hormoni timici toată viaţa.
Nodulul limfatic Nodulii limfatici sunt structuri reniforme, de culoare cenuşie, dispuse în grupuri sau lanţuri pe traiectul vaselor limfatice, la nivelul liniilor de flexiune ale membrelor, la rădăcina mezenterului şi în hilul unor organe. Nodulii inactivi au un diametru de câţiva mm, dar pot creşte până la 1-2 cm atunci când sunt sediul unui răspuns imunitar. Pe suprafaţa lor, prezintă o mică scobitură, hilul nodulului, prin care intră şi ies vasele şi nervii. Nodulii limfatici sunt organe limfoide secundare şi îndeplinesc două funcţii principale: - filtrează limfa, reţinând şi inactivând diferite particule străine organismului (microorganisme, alte particule antigenice) - conferă un loc ideal unde limfocitele pot interacţiona cu antigenele sau cu celulele prezentatoare de antigen, se activează, proliferează clonal şi distrug antigenele.
A
B
Figura 90. Nodulul limfatic. A. Reprezentare schematică: 1 – capsulă, 2 – sept (trabeculă), 3 – vase limfatice aferente, 4 – vas limfatic eferent, 5 – zonă corticală superficială (foliculi limfoizi), 6 – zonă corticală profundă (paracorticală), 7 – zonă medulară (cordoane de limfocite), 8 – sinus subcapsular (marginal), 9 – sinus paratrabecular, 10 – sinus medular (modificat după Stevens, 1997); B. Imagine histologică de ansamblu.
Organizare histologică Nodulul limfatic prezintă capsulă conjunctivă la periferie, stromă şi parenchim (fig. 90). Capsula are structura obişnuită, conjunctivă, cu vase de sânge, limfatice, nervi. Din ea se extind spre parenchim trabecule, fără să compartimenteze nodulul în lobi sau lobuli. Stroma nodulului limfatic este constituită din ţesut conjunctiv reticular: celule de origine mezenchimatoasă, stelate, cu prelungiri care anastomozându-se formează o plasă, dublată de plasa fibrelor de reticulină, secretate de aceste celule. În ochiurile acestei duble plase sunt aşezate celulele parenchimului.
117 Sistemul limfatic (imun)
Electronomicroscopic şi IHC, în limfonodul s-au identificat 2 tipuri de celule stromale: - celule reticulare tipice, asemănătoare fibroblastului, ce secretă fibrele de reticulină şi care prin prelungirile lor învelesc în totalitate fibrele, izolându-le de parenchimul nodulului - celule dendritice foliculare, localizate în centrul germinal, celule ce au numeroase prelungiri filiforme insinuate printre limfocitele B situate în această zonă; datorită proprietăţilor lor, ele mai sunt numite şi celule imunitare accesorii (vezi mai jos). Parenchimul nodulului limfatic prezintă două zone distincte din punct de vedere morfologic şi funcţional: zona corticală şi zona medulară (fig. 90). Zona corticală la rândul ei este formată dintr-o corticală superficială şi o corticală profundă sau zona paracorticală. Zona corticală superficială este zona cu limfocite B a nodulului limfatic şi este formată din numeroşi foliculi limfatici (fig. 91). Ocazional se pot găsi foliculi şi în zonele mai profunde. Foliculii limfatici sunt structuri rotunde sau ovalare, cu dimensiuni şi aspecte variabile: - înainte de naştere foliculii sunt mici, au un aspect omogen şi se numesc foliculi primari. Ei sunt alcătuiţi din limfocite mici, „naive”, care nu au avut contact cu antigenele. - după naştere şi contactul cu primele antigene, se formează foliculii secundari. Aceştia sunt mai mari şi au o structură foarte caracteristică: o zonă centrală mai palid colorată, numită centru germinativ, înconjurată de o zonă mai închisă la culoare, coroana limfocitară (sau zona de manta). Formarea centrului germinal se datorează apariţiei limfocitelor mijlocii şi mari, numite limfocite centrofoliculare. Ele sunt limfocite activate în urma contactului cu antigenele. Aceste limfocite sunt dispuse mai puţin dens, au nucleul mai mare, palid colorat, nucleolat şi o cantitate abundentă de citoplasmă bazofilă ce înconjoară complet nucleul. Aceste caracteristici explică culoarea mai palidă a centrului germinal (fig. 91). În jurul centrului germinal, celulele reticulare formează o structură similară unei capsule, cu rolul de a controla celulele ce intră şi ies din nodulul limfatic. Aceste celule se numesc celulele bordante ale centrului germinal. Coroana limfocitară este formată din limfocite mici cu nucleul condensat şi citoplasma puţină, aspecte ce dau bazofilia caracteristică acestei zone.
A
B
Figura 91. Zona corticală superficială a nodulului limfatic. A. Reprezentare schematică: 1 – celule reticulare, 2 – limfocite din coroana foliculară, 3 – limfocite din centrul germinal, 4 – macrofage, 5 – celule dendritice (modificat după Baumhoer, 2000); B. Imagine histologică.
În exteriorul coroanei limfocitare există o a treia zonă, care prin analogie cu aceeaşi structură din foliculii splenici, se numeşte zonă marginală. În nodulul limfatic această zonă nu este însă atât de evidentă datorită faptului că foliculii sunt dispuşi foarte dens.
118 Sistemul limfatic (imun)
Celulele zonei corticale: - limfocitele B, cele mai numeroase, sunt de mai multe tipuri. Astfel, în coroana limfocitară se găsesc limfocite B mici naive şi limfocite B cu memorie. Ele exprimă marcheri caracteristici: CD20, CD22 şi CD24, precum şi IgM şi G. În centrul germinal se găsesc limfocite B activate sau celule centrofoliculare. Ele provin din limfocitele mici ale coroanei limfocitare, care în urma contactului cu antigenul se activează. În centrul germinal ele se transformă mai întâi în centrocite (celule clivate mari şi mici), apoi în centroblaste (celule neclivate mari şi mici) care părăsesc centrul germinal sub formă de imunoblaşti. În paracorticală sau în zona medulară, din imunoblaşti iau naştere fie plasmocite secretoare de imunoglobuline, fie limfocitele B cu memorie, care vor păstra amintirea antigenului cu care au venit în contact şi se vor putea activa rapid, la o nouă întâlnire cu acelaşi antigen. Celulele centrului germinal fiind tot limfocite B, exprimă aceeaşi marcheri CD, IgM, dar nu exprimă IgG. - limfocite T helper, localizate în coroana limfocitară, cu rolul de a activa limfocitele B; trecerea lor în centrul germinal este împiedicată de celulele bordante ale centrului germinal - limfocite NK, în număr mic în zona corticală şi în general în nodulul limfatic, au rolul de a identifica şi a distruge celulele maligne şi celulele infectate viral - celule imunitare accesorii, reprezentate de macrofagele clasice sau mai corect macrofagele cu corpi tingibili şi de celulele dendritice (fig. 91 A). Macrofagele clasice sau cu corpi tingibili fagocitează antigenele, le prelucrează şi le prezintă pe suprafaţă într-o formă ce poate fi recunoscută de limfocite. De aici şi denumirea lor de celule prezentatoare de antigen (CPA). Celulele dendritice sunt celule cu numeroase prelungiri filiforme insinuate printre limfocite. Ele nu sunt celule fagocitare, nu au pe suprafaţă antigene ale CMH clasa II, deci nu sunt adevărate celule prezentatoare de antigen. Ele sunt capabile în schimb să păstreze un timp îndelungat antigenele pe suprafaţa lor şi să le prezinte direct limfocitelor B. Originea embriologică a acestor celule este încă controversată. Zona paracorticală sau cortexul profund este o zonă mai puţin bine delimitată, în care se observă vase caracteristice numai acestei zone, venulele postcapilare sau venule cu endoteliul înalt (fig. 92 A). Ea este zona timodependentă a nodulului limfatic şi este formată preponderent din limfocite T, dispuse difuz, fără să formeze centri germinali (fig. 92).
A
B
Figura 92. Zona paracorticală a nodulului limfatic. A. Reprezentare schematică: 1 – limfocite , 2 – celule interdigitate, 3 – celule reticulare, 4 – venule postcapilare (modificat după Baumhoer, 2000); B. Imagine histologică.
119 Sistemul limfatic (imun)
Celulele zonei paracorticale (fig. 92 A): - limfocitele T sunt celulele caracteristice acestei zone; ele pătrund în nodul pe cale sanguină, prin venulele postcapilare şi părăsesc nodulul pe calea limfei eferente. În contact cu CPA, ele se pot activa, se transformă în limfoblaşti, care proliferează mitotic şi dau naştere unei clone expansionate de limfocite T activate. Acestea părăsesc nodulul şi migrează la periferie (de exemplu în ţesutul conjunctiv) unde-şi îndeplinesc funcţiile citotoxice. - limfocite B, doar în trecere prin zona paracorticală, în drumul lor dinspre venulele postcapilare spre corticala superficială, sau imunoblaşti în drum spre zona medulară, unde se vor transforma în plasmocite - celule imunitare accesorii, reprezentate de celule interdigitate, care sunt macrofage tipice (CPA) cu origine în MO. Celulele interdigitate sunt celule cu numeroase prelungiri lungi şi fine, împletite cu prelungirile celulelor reticulate. Suprafaţa lor mare facilitează contactul cu antigenele şi limfocitele. Zona medulară este zona cea mai profundă a nodulului limfatic, formată din cordoane de limfocite separate prin sinusuri limfatice (fig. 93). Celulele zonei medulare (fig. 93 A): - limfocite B activate (imunoblaşti) - plasmocite şi precursorii lor, acestea fiind cele mai numeroase celule ale zonei medulare - limfocite T - celule imunitare accesorii (macrofage clasice).
A
B
Figura 93. Zona medulară a nodulului limfatic. A. Reprezentare schematică: 1 – celule reticulare, 2 – plasmocite, 3 – macrofage, 4 – sinusuri medulare, 5 – endoteliul sinusurilor medulare, 6 - cordoane de limfocite (modificat după Baumhoer, 2000); B. Imagine histologică.
Sinusurile nodulului limfatic Capsula din porţiunea convexă a nodulului este perforată de numeroase vase limfatice aferente, care drenează limfa într-un sistem de sinusuri, care străbat nodulul şi formează apoi, la nivelul zonei medulare, vasele limfatice eferente (fig. 90, 94). Între capsulă şi parenchimul nodulului se află sinusul subcapsular (sau marginal), în care se varsă limfaticele aferente. Sinusurile paratrabeculare sunt situate în corticala superficială şi în
120 Sistemul limfatic (imun)
paracorticală. Din ele limfa se varsă în sinusurile medulare, ce formează o reţea complexă printre cordoanele medulare şi converg în final în vasele limfatice eferente. Sinusurile sunt tapetate cu endoteliu, continuu în zonele adiacente ţesutului conjunctiv, şi discontinuu în zonele în care sinusul este adiacent parenchimului nodulului limfatic. Prin aceste discontinuităţi circulă limfocitele, iar macrofagele îşi întind pseudopodele pentru a monitoriza calitatea limfei, din care detectează şi fagocitează antigenele. Sinusurile limfatice nu sunt spaţii deschise; ele sunt traversate de o reţea de fibre de reticulină, acoperite cu prelungirile celulelor reticulare. Această reţea are rolul de a întârzia curgerea limfei şi de o filtra mai eficient. Materialele şi celulele oprite de acest filtru mecanic sunt apoi fagocitate de macrofage sau se vor ataşa de celelalte celule imunitare accesorii.
Vascularizaţia nodulului limfatic Vasele de sânge reprezintă principala cale prin care limfocitele intră în nodulul limfatic. În acelaşi timp, ele îi asigură necesităţile metabolice. Arterele (una sau două) intră în nodul prin hil şi se capilarizează în corticala superficială şi în paracortex. Capilarele se continuă cu venulele postcapilare sau venulele cu perete înalt, aflate în paracortex. Endoteliul acestor venule este format din celule cubice ce au receptori specializaţi, care fiind recunoscuţi de limfocitele circulante facilitează aderarea şi traversarea peretelui vascular. Venulele postcapilare reprezintă principalul loc prin care limfocitele intră în nodul, dar au rol important şi în recircularea limfocitelor (fenomenul de „homing” – vezi mai jos). Restul vaselor sanguine sunt impermeabile la trecerea limfocitelor. Venele părăsesc nodulul prin hil.
1
2
3
Figura 94. Sinusurile nodulului limfatic. 1 – sinus marginal (subcapsular), 2 – sinus paratrabecular, 3 – sinus medular.
Rolul nodulului limfatic - filtrarea limfei şi reţinerea materialelor antigenice prin activitatea fagocitară a macrofagelor, împiedicând aceste materiale să ajungă în circulaţie - facilitează interacţiunea limfocitelor circulante cu antigenele din limfă ceea ce permite, fie direct, fie indirect prin intermediul celulelor prezentatoare de antigen, declanşarea răspunsului imun - activarea şi proliferarea LB ca răspuns la o stimulare antigenică specifică, având ca rezultat producerea de anticorpi specifici de către plasmocite. Consecutiv iau naştere limfocite B cu afinitate pentru un anumit antigen (LB cu memorie). - activarea şi proliferarea LTH şi a LTC.
121 Sistemul limfatic (imun)
Splina Splina este un organ limfoid voluminos situat în cavitatea abdominală (cadranul superior stâng). Pe faţa mediană prezintă o adâncitură, care constituie hilul splinei sau locul de pasaj al vaselor de sânge, limfaticelor şi nervilor.
Organizare histologică Capsula, stroma şi parenchimul splinei prezintă câteva caractere particulare. Capsula splinei are o structură diferită de a celorlalte organe limfoide, în sensul că în structura ei, pe lângă ţesut conjunctiv, întâlnim şi miofibroblaste, care au atât fenotip contractil cât şi fenotip secretor (secretă matrice extracelulară). La speciile la care splina constituie un rezervor de sânge, numărul celulelor contractile este mare, prin contracţia lor asigurând golirea splinei (de exemplu la cal). Din capsulă pornesc trabecule cu aceeaşi structură histologică cu a capsulei, care nu compartimentează organul în lobi sau lobuli (fig. 95). Stroma este constituită din ţesut conjunctiv reticulat cu structura tipică: celule reticulare şi fibre de reticulină. Parenchimul sau pulpa splinei are două zone distincte din punct de vedere morfologic şi funcţional: pulpa albă şi pulpa roşie (fig. 95 B). Pulpa albă este vizibilă pe secţiunile de splină proaspătă sub forma unor arii rotunjite sau alungite, de culoare alb-cenuşie, iar pe secţiunile histologice ca zone puternic bazofile (datorită hipercromaziei nucleilor limfocitelor). Ea este constituită din ţesutul limfoid al splinei. Acest ţesut limfoid este organizat în jurul unei arteriole ce provine din artera splenică. Există două zone distincte ale pulpei albe, constituite din două tipuri de ţesut limfoid , ce sunt similare morfologic şi funcţional cu ţesutul limfoid al cortexului superficial şi al paracortexului din nodulul limfatic. Aceste zone sunt tecile periarteriale şi nodulii splenici sau corpusculii Malpighi (fig . 95 A).
A
B
Figura 95. Splina. A. Reprezentare schematică: 1 – capsulă conjunctivo-musculară, 2 – miofibroblaste, 3 – septe, 4 – sinusuri splenice, 5 – corpusculi Malpighi, 6 – teci periarteriale (modificat după Baumhoer, 2000); B. Imagine histologică.
Tecile periarteriale sunt constituite din manşoane sau teci de limfocite aşezate simetric în jurul unei arteriole centrale (fig. 96). Pe secţiuni longitudinale au aspect cilindric, conform traiectului arterial. Pe secţiuni transversale apar ca arii circulare aşezate simetric în jurul arteriolei. Tecile periarteriale sunt teritorii timo-
122 Sistemul limfatic (imun)
dependente, deci zone de limfocite T şi corespund morfologic şi funcţional zonei paracorticale a nodulului limfatic.
Figura 96. Teacă periarterială.
Nodulii splenici sau corpusculii Malpighi (a nu se confunda cu corpusculul renal Malpighi) sunt constituiţi dintr-un ţesut limfoid ce dezvoltă un centru germinal, înconjurat de o coroană limfocitară (fig. 97). Apariţia centrului germinal are drept consecinţă dislocarea arteriolei, care va lua o poziţie excentrică. La periferia coroanei limfocitare se descrie zona marginală, o zonă de tranziţie între pulpa albă şi cea roşie. Corpusculii Malpighi sunt teritorii de limfocite B şi îndeplinesc aceleaşi funcţii ca şi foliculii limfatici din nodulul limfatic.
Figura 97. Corpusculi Malpighi.
Pulpa roşie este alcătuită dintr-o serie de cordoane celulare, separate între ele prin sinusoide, o reţea de vase încolăcite, ramificate şi anastomozate. Celulele pulpei roşii sunt hematii, macrofage, limfocite, plasmocite şi granulocite.
Vascularizaţia splinei Organizarea şi funcţia pulpei roşii este strâns legată de vascularizaţia splinei (fig. 98). Arterele splinei sunt ramuri ale arterei splenice ce pătrunde în splină prin hil şi se ramifică urmărind traiectul trabeculelor (de aici denumirea lor de arterele trabeculare). La un diametru de aproximativ 0,2 mm părăsesc trabeculele şi devin arteriole centrale. Arteriolele îşi pierd adventiţia, dar sunt înconjurate de un manşon de ţesut limfoid (care alcătuieşte pulpa albă). Ca
123 Sistemul limfatic (imun)
structură, aceste arteriole sunt constituite din endoteliu şi 2-3 rânduri de celule musculare netede. Pe măsură ce arterele străbat pulpa albă, ţesutul limfoid îşi reduce grosimea, devenind din ce în ce mai subţire. Când ajung la un diametru de aproximativ 40-50 µ, arteriolele se divid brusc, în unghi drept, dând naştere la câteva vase mai subţiri, arteriolele penicilate sau peniciliile. Ele sunt încă înconjurate de 1-2 straturi de limfocite, extensie a ţesutului limfoid periarterial. Arteriolele penicilate, prin ramificare dau naştere capilarelor cu manşon, nişte capilare cu perete discontinuu, numite astfel datorită unui strat gros de macrofage agregate ce le înconjoară. Capilarele cu manşon se termină orb în pulpa splenică, fără continuitate cu sistemul venos. Sângele este astfel obligat să iasă în pulpa roşie şi să traverseze manşonul capilarelor. Macrofagele din acest manşon monitorizează calitatea hematiilor din sânge şi le fagocitează pe cele deteriorate sau îmbătânite. Fierul care rezultă din distrugerea hematiilor este reutilizat la formarea de noi hematii. Din pulpa roşie sângele reintră în circulaţie, în sinusurile splenice, primul segment al sistemului venos. Sinusurile splenice sunt şi ele vase cu perete discontinuu (atât endoteliul cât şi membrana bazală), aceste discontinuităţi permiţând sângelui să treacă cu uşurinţă spre sistemul venos. Acest tip de circulaţie, în care nu există continuitate între sistemul arterial şi cel venos, se numeşte circulaţie deschisă şi este singura cale prin care, la om, sângele ajunge în sistemul venos. La alte specii animale, între capilarele cu manşon şi sinusurile splenice există o continuitate, această circulaţie fiind numită circulaţie închisă.
Figura 98. Circulaţia splenică (modificat după Ross, 2002) 1 – arteră trabeculară, 2 – venă trabeculară, 3 – arteră centrală, 4 – corpuscul Malpighi, 5 – teacă periarterială, 6 – arteriole penicilate, 7 – capilare cu manşon, 8 – circulaţia deschisă, 9 – circulaţia închisă, 10 – sinus splenic.
Rolul splinei Principalul rol al splinei este de a monitoriza şi de a filtra sângele. Pe lângă acesta, îndeplineşte şi alte funcţii: - iniţiază un răspuns imun la antigenele vehiculate de sânge; structura sa permite un contact intim între sânge şi celulele imunocompetente, tot aşa cum în nodulul limfatic limfa intră în contact cu aceste celule - activarea şi proliferarea limfocitelor B şi T - produce anticorpi faţă de antigenele prezente în circulaţie - distruge celulele sanguine îmbătrânite sau anormale, mai ales hematiile: splina este sediul unei distrucţii masive de hematii prin mecanisme care sunt încă incomplet cunoscute (mecanism pur mecanic, sau probabil prin recunoaştere imunologică)
124 Sistemul limfatic (imun)
- reutilizează fierul rezultat din distrugerea hematiilor la formarea de noi hematii. Ca funcţii secundare: în viaţa intrauterină este, la un moment dat, sediul principal al hematopoiezei (împreună cu ficatul) şi la unele mamifere constituie un depozit important de sânge ce poate fi mobilizat în caz de nevoie.
Ţesutul limfoid asociat mucoaselor (MALT) Ţesutul limfoid asociat mucoaselor sau MALT este ţesutul limfoid localizat în mucoasa diferitelor organe ca: tubul digestiv, aparatul respirator, aparatul genital etc. Spre deosebire de celelalte organe limfoide, acest ţesut limfoid nu este delimitat de o capsulă. MALT reprezintă o cantitate foarte mare de ţesut limfoid şi în prezent este considerat, în totalitatea lui, ca un adevărat organ limfoid. El poate fi denumit în funcţie de regiunea sau organul în care apare: GALT (Gut Associated Lymphoid Tissue) în tubul digestiv, sau BALT (Bronchus Associated Lymphoid Tissue) în aparatul respirator. MALT cuprinde: - agregate limfocitare mari (amigdala palatină, placa Peyer) - ţesut limfoid diseminat în diferitele mucoase amintite mai sus, fie ca foliculi limfatici izolaţi, fie ca ţesut limfoid difuz - limfocitele din grosimea epiteliilor ce acoperă ţesutul MALT, care sunt în majoritate LT citotoxice şi supresoare sau limfocite NK. Foliculii limfatici din MALT au centrii germinali şi reprezintă zonele de LB, inclusiv plasmocite, care secretă toate tipurile de Ig. Între foliculii limfatici se găseşte ţesut limfoid difuz, care reprezintă zonele de LT. Mai sunt prezente şi celule imunitare accesorii necesare pentru preluarea şi prelucrarea antigenelor. Epiteliile care acoperă acest ţesut limfoid sunt specializate în preluarea şi transportul antigenelor spre celulele limfoide, acesta jucând rolul vaselor limfatice aferente din nodulul limfatic (MALT nu are limfatice aferente). Celulele acestui ţesut au o poziţie strategică în mucoasa diferitelor organe; ele interceptează materialul antigenic transportat trans-epitelial şi declanşează un răspuns imun mediat celular sau umoral, în funcţie de necesităţi. Consecutiv contactului cu antigenul, limfocitele stimulate se deplasează pe calea limfaticelor eferente în nodulii limfatici regionali, unde proliferează şi se diferenţiază în LT sau LB active (efectoare). Pe calea canalului toracic sau a circulaţiei sistemice ele se reîntorc în mucoasa din care au plecat sau în alte mucoase. Fenomenul de reîntoarcere a limfocitelor în mucoasa din care au plecat poartă denumirea de „homing” sau recirculaţia limfocitelor. LB active reîntoarse în mucoasă suferă un proces de maturare finală şi se transformă în plasmocite, care secretă toate categoriile de Ig, dar mai ales IgA. IgA este transportată activ în lumenul organului respectiv unde acţionează împotriva antigenelor (de exemplu microorganisme), înainte ca acestea să intre în ţesuturi (fig. 100). IgG şi IgM sunt secretate în corion pentru combaterea antigenelor care au scăpat de mecanismele de apărare de la suprafaţă. IgE, prezentă tot în corion, reglează eliberarea histaminei din mastocitele corionului.
Amigdalele Sunt mase voluminoase de ţesut limfoid situate la intrarea în orofaringe, organizat sub forma unui inel, inelul Waldeyer, care cuprinde mai multe amigdale: amigdala palatină, amigdala linguală situată la baza limbii, amigdala faringiană şi amigdala tubară. Amigdalele palatine sunt cele mai voluminoase. Sunt situate în pereţii laterali ai orofaringelui, fiind alcătuite din agregate de ţesut limfoid neîncapsulat acoperit de mucoasa cavităţii bucale. Epiteliul de suprafaţă (epiteliu pavimentos stratificat necheratinizat) se invaginează în profunzimea amigdalelor şi formează 10-12 cripte adânci. Foliculii limfoizi cu centrii germinali (zone de LB) sunt aşezaţi de o parte şi de alta a acestor invaginaţii (fig. 99). Ţesutul limfoid difuz dintre foliculi (zone de LT) conţine venule postcapilare (venule cu perete înalt).
125 Sistemul limfatic (imun)
A
B
Figura 99. Amigdala palatină. A. Reprezentare schematică: 1 – epiteliul mucoasei bucale, 2 – corion,3 – cripte amigdaliene, 4 – foliculi limfoizi secundari, 5 – infiltrat limfoid difuz, 6 – detritusuri situate în fundul criptelor (modificat după Junqueira, 2002); B. Imagine histologică.
Antigenele (inclusiv bacterii) care se găsesc la suprafaţa epiteliului sau care pătrund în adânciturile criptelor sunt transportate trans-epitelial, printr-un fenomen de fagocitoză, la ţesutul limfoid care iniţiază un răspuns imun. Limfocitele activate sunt transportate pe calea limfaticelor eferente până la lanţul limfonodulilor cervicali profunzi. Limfocitele efectoare, după cum a fost explicat mai sus, se întorc în epiteliul din care au plecat (fenomenul de „homing”) sau în alte epitelii pentru îndeplinirea funcţiilor.
Plăcile Peyer Sunt agregate limfocitare din intestinul subţire, mai rare în duoden şi mai frecvente în ileonul terminal. Ca şi în amigdale, agregatele de limfocite sunt alcătuite din foliculi limfatici cu centri germinali (zone de LB) şi ţesut limfoid difuz (zone de LT), care conţin şi macrofage şi venule postcapilare. Prezenţa lor bombează mucoasa în lumenul intestinului, formând un fel de dom.
Figura 100. Mecanismul reacţiei imune la nivelul mucoasei intestinale (modificat după Junqueira, 2002) 1 – enterocit, 2 – celulă M cu invaginaţii profunde ale membranei celulare în care se găsesc limfocite B şi macrofage, 3 – macrofag, 4 – membrană bazală, 5 – celulă dendritică, 6 – antigene, 7 – limfocite B, 8 – limfocite TH, 9 – plasmocite secretoare de imunoglobuline.
126 Sistemul limfatic (imun)
Epiteliul de suprafaţă este epiteliul polimorf al intestinului subţire, specializat în captarea antigenelor prin prezenţa unor celule specializate, celulele M și declanșarea unei reacţii imune (fig. 100). Aceste celule nu prezintă microvilozităţi, dar prezintă la polul bazal nişte invaginaţii profunde ale membranei celulare. Celulele M nu sunt adevărate celule prezentatoare de antigen; ele fagocitează antigenele şi doar le transportă transcelular la ţesutul limfoid, fără să le prelucreze şi fără să le exprime pe suprafaţă. Antigenele sunt preluate de macrofagele din placa Peyer şi sunt prezentate LT sau determină activarea LB şi secreţia de Ig. Se pare că în placa Peyer nu se secretă cantităţi mari de IgA. Limfocitele B activate prin contactul cu antigenele migrează însă în limfonodulii mezenterici, unde răspunsul imun este amplificat. De aici, pe calea canalului toracic, limfocitele ajung în corionul intestinului unde se transformă în plasmocite. Acesta este locul în care se secretă de fapt IgA în cantităţi mari. Imunoglobulinele sunt trasportate apoi transcelular în lumenul intestinal (fig. 100). În timpul alăptării limfocitele migrează în sân, unde secretă Ig în lapte, protejând astfel nou-născutul de agenţii patogeni la care mama a fost expusă.
Apendicele vermiform Este un organ tubular anexat cecului, cu o structură similară intestinului subţire. La copii şi tineri prezintă o abundenţă de agregate limfocitare cu aceeaşi organizare morfologică ca şi a plăcii Peyer. Odată cu înaintarea în vârstă, cantitatea de ţesut limfatic scade şi organul regresează.
129 Ţesutul muscular
Generalităţi Ţesutul muscular este un ţesut înalt specializat, de origine mezenchimatoasă, format din celule alungite, dotate cu proprietăţi contractile, numite şi fibre musculare sau miocite. Aceste celule (fibre) îşi exercită funcţia prin conversia energiei chimice în energie mecanică. Ele sunt solidarizate prin intermediul ţesutului conjunctiv în structuri organizate numite muşchi şi sunt controlate de sistemul nervos. Tipuri de ţesut muscular Există 2 tipuri de ţesut muscular: ţesut muscular striat şi ţesut muscular neted. Ţesutul muscular striat, la rândul lui, cuprinde mai multe categorii: - ţesutul muscular scheletic, format din fibre musculare lungi, cilindrice, cu striaţii în citoplasmă şi cu numeroşi nuclei situaţi periferic (tabel 4). El alcătuieşte în esenţă muşchii ataşaţi scheletului. Realizează contracţii puternice, rapide, discontinue şi voluntare, asigurând mişcările voluntare ale corpului şi menţinerea posturii, sub controlul sistemului nervos central. - ţesutul muscular cardiac, ale cărui fibre sunt dreptunghiulare, bifurcate, au câteva striaţii în citoplasmă şi un singur nucleu situat central (tabel 4). Intră în structura miocardului şi a bazei venelor mari care ajung la cord. Realizează contracţii puternice, rapide, ritmice, involuntare şi permanente, sub controlul sistemului nervos autonom. - ţesut muscular din muşchii viscerali, ale căror fibre musculare sunt identice cu cele scheletice, dar care sunt ataşaţi ţesuturilor moi (de exemplu muşchii faringelui, limbii, diafragma, partea superioară a esofagului) şi intervin în realizarea funcţiei acestora. Ţesutul muscular neted, format din fibre musculare fusiforme, fără striaţii citoplasmatice, cu un singur nucleu dispus central. El formează tunicile musculare ale unor organe interne (cavitare). Realizează contracţii slabe, lente şi involuntare, sub controlul sistemului nervos autonom sau vegetativ. Remarcă practică În ţesutul muscular noţiunea de fibră musculară este sinonimă cu aceea de celulă musculară. Fibrele musculare nu trebuie confundate cu fibrele conjunctive, care sunt componente ale matricei extracelulare, secretate de fibroblast. Caracteristici comune În ţesutul muscular, pentru descrierea diferitelor componente celulare se foloseşte o terminologie particulară: sarcolemă pentru membrana celulară, sarcoplasmă pentru citoplasmă, reticul sarcoplasmic pentru reticulul endoplasmatic neted etc. De asemenea, la nivel ultrastructural fibrele musculare prezintă o serie de caractere comune: - sarcoplasma conţine două tipuri de proteine contractile: miofilamente de actină şi de miozină - sarcolema conţine numeroşi receptori şi transportori, mai ales de glucoză - fiecare fibră musculară este înconjurată de o membrană bazală (lamina basalis şi câteva fibre de reticulină) - miofilamentele de actină sunt ancorate la laminina membranei bazale printr-un complex de proteine transmembranare reprezentate, printre altele, de distrofină. Alte celule cu proprietăţi contractile În afară de fibrele musculare, în organism există încă 3 tipuri de celule ce posedă, pe lângă alte caractere, şi proprietăţi contractile: - celula mioepitelială, ce se găseşte în jurul unităţilor secretorii şi în porţiunea iniţială a canalelor de excreţie a anumitor glande exocrine; ea are pe lângă caracterele comune celulelor epiteliale şi proprietăţi contractile (rol de a asigura eliminarea produsului de secreţie) - miofibroblastul, se găseşte în ţesutul conjunctiv, şi are un dublu fenotip, contractil şi secretor de colagen, descris deja în capitolul „Ţesutul conjunctiv”
130 Ţesutul muscular
- pericitul, o mică celulă contractilă, slab diferenţiată, ce se găseşte în jurul vaselor mici (capilare şi venule postcapilare). Marcheri imunohistochimici ai ţesutului muscular Pentru identificarea imunohistochimică a ţesutului muscular se folosesc următorii anticorpi: - anticorpi anti-desmină, o proteină conţinută în filamentele intermediare din citoplasma fibrelor musculare netede şi striate. În fibrele musculare netede se găseşte în ariile dense şi corpii denşi, iar în fibrele musculare striate se găseşte în membrana Z. Desmina este un marcher specific al diferenţierii miogene, nu numai a fibrelor musculare, ci şi a tumorilor provenite din aceste celule (rabdomioame, rabdomiosarcoame, leiomioame, leiomiosarcoame). - anticorpi anti-actină, o proteină contractilă prezentă în toate tipurile de fibre musculare. Ea reprezintă, alături de desmină, unul dintre cei mai importanţi marcheri citoplasmatici ai ţesutului muscular. - anticorpi anti-mioglobină, o proteină care se găseşte exclusiv în muşchii scheletici, mai ales în cei cu contracţie susţinută. Deoarece apare târziu în procesul de maturare musculară, ea nu este prezentă în tumorile embrionare, ci doar în muşchii striaţi şi în tumorile de tip adult ale muşchilor striaţi (rabdomiosarcoame şi rabdomioame). - anticorpi anti-caldesmonă, o proteină citoplasmatică ce se găseşte predominant în fibrele musculare netede şi în alte tipuri celulare cu diferenţiere parţial miogenă. Ea este folosită ca marcher specific pentru fibrele musculare netede, miofibroblaste şi celule mioepiteliale.
Ţesutul muscular scheletic Generalităţi Ţesutul muscular scheletic este format din celule sau fibre musculare cilindrice, multinucleate, dispuse paralel între ele, în fascicule. Fibrele musculare striate sunt numite şi rabdomiocite. Mai multe fascicule de fibre musculare scheletice alcătuiesc un muşchi scheletic. Mărimea fasciculelor musculare reflectă funcţia diferitelor tipuri de muşchi. Astfel, muşchii responsabili de mişcările de mare fineţe (de exemplu muşchii externi ai globului ocular) prezintă fascicule musculare mici şi o cantitate relativ mare de ţesut conjunctiv. În contrast, muşchii responsabili de mişcările ample, grosiere, prezintă fascicule musculare mari şi o cantitate mică de ţesut conjunctiv. Muşchii scheletici formează cel mai mare organ al corpului prin greutate şi volum. Ei sunt ataşaţi oaselor şi cuprind muşchii posturali, precum şi muşchii responsabili de mişcarea scheletului şi a globilor oculari.
Organizarea muşchilor scheletici În muşchiul scheletic fibrele musculare sunt unite între ele printr-un ţesut conjunctiv bogat în vase şi nervi (fig. 101). Ţesutul conjunctiv al muşchiului formează mai multe tunici, ce poartă diferite denumiri, în funcţie de localizare: - endomisium, o lamă delicată de ţesut conjunctiv ce înconjoară fiecare fibră musculară - perimisium, un ţesut conjunctiv mai consistent, care poate să conţină şi câteva celule adipoase, ce înconjoară mai multe fibre musculare şi le solidarizează formând fascicule - epimisium, ţesut conjunctiv dens ce înconjoară şi uneşte mai multe fascicule şi formează muşchiul propriu-zis. Endomisiumul şi perimisiumul au, pe lângă rol de susţinere şi nutritiv, şi rol în transmiterea mecanică a forţelor generate de celula musculară. Acest lucru este necesar deoarece în general celulele musculare individuale nu se extind de la un capăt la celălalt al muşchiului.
131 Ţesutul muscular
Figura 101. Fibre musculare striate scheletice şi ţesutul conjunctiv din jurul lor.
Fibrele musculare şi ţesutul conjunctiv sunt ataşate scheletului prin tendoane, structuri alcătuite din ţesut conjunctiv dens ale cărui fibre colagene aderă la toate structurile conjunctive ale muşchiului, de la epimisium până la membrana bazală a fibrei musculare.
Tipuri de fibre musculare scheletice În funcţie de conţinutul în mioglobină (vezi mai jos), de numărul de mitocondrii şi de abundenţa vascularizaţiei, se descriu trei tipuri de fibre musculare scheletice: - fibrele roşii sunt fibre cu un conţinut crescut de mioglobină, numeroase mitocondrii şi o bogată vascularizaţie. Ele sunt adaptate pentru o activitate continuă, se contractă lent, dar puternic şi îndelungat. Le întâlnim ca şi constituenţi principali ai muşchilor posturali, cu rol de susţinere a corpului (de exemplu musculatura spatelui). - fibrele albe sunt fibre mai groase, mai slab vascularizate, cu mai puţine mitocondrii şi mioglobină decât cele roşii. Sunt fibre adaptate pentru contracţii rapide, puternice, dar de scurtă durată şi pentru mişcările de precizie. Au un număr mai mare de joncţiuni neuro-musculare, un sistem T şi un reticul sarcoplasmic mai bine dezvoltate decât cele roşii, ceea ce explică rapiditatea mai mare cu care răspund la excitaţii. Se întâlnesc în număr mare în muşchii oculomotori şi ai degetelor. - fibrele intermediare au o structură şi funcţie intermediară între celelalte două tipuri. În organismul uman, muşchii scheletici sunt alcătuiţi dintr-un amestec, în proporţii variabile, al celor trei tipuri de fibre. La persoanele sedentare există mai multe fibre roşii, iar sportivii au mai multe fibre albe.
Structura şi ultrastructura fibrei musculare scheletice În microscopia optică, fibra musculară scheletică are o formă de panglică (dreptunghiulară) în secţiune longitudinală şi poligonală în secţiune transversală. Lungimea fibrelor este foarte diferită, dar de obicei este de ordinul centimetrilor (1-50 cm), iar grosimea de ordinul micronilor (40-100 µ). Fibra musculară scheletică este o celulă multinucleată (sinciţiu), ce rezultă din fuziunea mai multor mioblaste individuale, mioblastele fiind precursorii miocitelor.
Sarcolema Are structura tipică a unei membrane celulare şi este înconjurată la exterior de o membrană bazală. La nivel molecular, prezintă două proteine transmembranare importante:
132 Ţesutul muscular
- integrinele, care prin receptorii pentru laminină joacă rol în organizarea şi aderarea membranei bazale la celula musculară - complexul distrofină-glicoproteine, cu rol în stabilizarea membranei celulare şi conectarea aparatului contractil la mediul extracelular. Sarcolema se invaginează adânc în interiorul citoplasmei formând, la intervale regulate de-a lungul fibrei musculare, tubii transversali T. Aceştia formează un adevărat sistem, care constituie un component esenţial al contracţiei musculare, motiv pentru care vor fi descrişi mai jos. Celulele satelite sunt celule precursoare (celule stem musculare) situate între sarcolemă şi membrana bazală, ce apar mai ales în apropierea capilarelor şi a plăcii motorii din epimisium. În microscopia optică, celulele satelite sunt greu de identificat. Sunt fusiforme, cu foarte puţine organite citoplasmatice şi un nucleu bogat în heterocromatină (hipercrom). Prin proliferare, permit creşterea, reînnoirea şi regenerarea fibrelor musculare (prin definiţie, celulele stem sunt capabile de reînnoire infinită). Activarea celulelor satelite este determinată de pierderea de fibre musculare, indiferent de cauză (moarte celulară programată, degenerescenţă, traumatism etc.). Celulele satelite activate cresc în volum, îşi înmulţesc organitele citoplasmatice şi dobândesc ramificaţii. Activarea şi proliferarea celulelor satelite determină pe de o parte reînnoirea numărului de celule satelite, şi pe de altă parte diferenţierea lor în celule musculare imature, mioblaste. Mioblastul migrează în interiorul membranei bazele, unde se va diferenţia într-o fibră musculară. Dacă din diferite cauze este distrusă şi membrana bazală, leziunea va fi reparată de miofibroblaste prin formarea unei cicatrici. Fibrele musculare nou formate au ca particularitate aşezarea centrală a nucleilor. Cu timpul, aceştia îşi iau poziţia normală.
Nucleii Sunt numeroşi (sute şi chiar mii, aproximativ 20-40 pe mm), au formă dreptunghiulară, uşor aplatizaţi, mici, hipocromi, cu nucleoli vizibili, dispuşi în şiruri la periferia celulei, sub membrana celulară (fig. 102).
Sarcoplasma Este eozinofilă şi striată atât în sens longitudinal, datorită prezenţei miofibrilelor, cât şi transversal datorită structurii particulare a miofibrilelor, care în microscopia optică prezintă o alternanţă regulată de discuri clare şi discuri întunecate (fig. 102). Citoplasma fibrei musculare striate conţine o serie de organite comune oricărei celule, precum şi organite şi molecule specifice fibrei musculare. Organitele comune mai importante sunt: - mitocondrii voluminoase, dispuse în şiruri paralele de-a lungul miofibrilelor, care furnizează ATP-ul necesar contracţiei - citoscheletul, care asigură coeziunea fasciculelor de miofibrile şi ale cărui filamente intermediare conţin desmină. Organitele specifice sunt reprezentate de: - miofibrile, organite specifice fibrelor musculare, implicate în contracţie - reticulul sarcoplasmic sau sistemul tubular L, care este reticulul endoplasmatic neted specializat al muşchiului. Alte molecule: - mioglobina este o proteină răspândită în toată citoplasma, ce dă culoare roşie muşchilor şi are rolul de a fixa oxigenul şi de a-l transfera mitocondriei - granule de glicogen, ca formă de depozitare a glucozei în muşchi - alte proteine: creatina, creatinfosfokinaza (CPK), care permite catabolizarea creatinei în creatinină (creatininemia este corelată cu masa musculară şi reflectă funcţia renală).
133 Ţesutul muscular
A
B Figura 102. Fibre musculare scheletice. A. Reprezentare schematică; B – Imagine histologică.
Miofibrilele sunt organite specifice cu rol contractil, care ocupă aproximativ 80% din volumul fibrei musculare scheletice (de la câteva sute la câteva mii) (fig. 104). În microscopia optică, în secţiuni longitudinale, apar ca nişte formaţiuni cilindrice, separate între ele prin septe de citoplasmă. Sunt orientate longitudinal, aşezate foarte ordonat, paralele între ele şi paralele cu axul lung al celulei (striaţii longitudinale). Pe secţiuni transversale miofibrilele apar ca nişte puncte fine dispuse în grupuri şi delimitate de septe fine de citoplasmă (câmpurile Cohnheim) (fig. 103).
A
B Figura 103. Fibre musculare striate scheletice. A – striaţii longitudinale; B – câmpurile Cohnheim.
Miofibrilele sunt alcătuite din fascicule de miofilamente cu grosimi diferite. Miofilamentele groase sunt alcătuite din miozină, iar cele subţiri din actină şi proteinele asociate ei. Fiecare miofilament este înconjurat de un reticulul sarcoplasmic dezvoltat (vezi mai jos). Atât în microscopia optică cât şi microscopia electronică, miofibrilele au un aspect striat transversal. Aceste striaţii reprezintă cel mai important aspect histologic al fibrei musculare scheletice. Ele rezultă dintr-o alternanţă regulată de benzi sau discuri clare şi întunecate, aşezate în registru, la acelaşi nivel în toate miofibrilele din celulă (fig. 102, 104). Discurile clare sau discurile I sunt palid colorate cu eozină şi conţin numai miofilamente subţiri, ceea ce le conferă caracter izotrop în lumină polarizată. Ele se scurtează în timpul contracţiei pe când discurile întunecate rămân nemodificate. În mijlocul fiecărui disc clar se găseşte o bandă
134 Ţesutul muscular
îngustă, întunecată, numită linia sau stria Z („Zwischenstreifen”: între discuri, în germană), care-l împarte în două jumătăţi egale (fig. 105). Linia Z este o structură sub formă de zig-zag de care se leagă, de o parte şi de alta, miofilamentele subţiri (miofilamentele subţiri nu trec dintr-un sarcomer în altul ci se termină la nivelul liniei Z). Miofilamentele subţiri se ataşează cu un capăt de linia Z, străbat discul clar şi pătrund pe o mică distanţă şi în discul întunecat adiacent, printre filamentele de miozină, până la limita striei H (fig. 106). Discurile întunecate sau discurile A sunt mai intens colorate cu eozină şi anizotrope în lumină polarizată. Conţin miofilamente groase şi miofilamente subţiri (aspect anizotrop), care se dispun paralel între ele şi paralel cu axul lung al miofibrilei, fiind conectate între ele prin intermediul punţilor de unire. Excepţie face stria H, unde se găsesc numai miofilamente groase (fig. 106).
Figura 104. Structura schematică a unei fibre musculare striate. 1 – nuclei, 2 – miofibrilă cu discuri clare şi întunecate.
Fiecare disc întunecat este şi el divizat în două segmente egale printr-o zonă clară, numită banda sau stria H („Hell”: clar, în germană), care la rândul ei este străbătută de o linie subţire, întunecată, numită linia M („Mittelstreifen”: mijloc, în germană) (fig. 105). Linia M, care împarte în două jumătăţi egale stria H, este formată din miomesină, proteina C şi alte proteine mai puţin cunoscute, care au rolul de a interconecta filamentele groase şi de a le asigura dispoziţia specifică.
S
Figura 105. Miofibrilă: A – disc întunecat (anizotrop), I – disc clar (izotrop), S – sarcomer; 1 – linia Z, 2 – stria H, 3 – linia M.
Sarcomerul este unitatea morfologică şi funcţională a miofibrilei şi reprezintă segmentul unei miofibrile situat între două linii Z, cu o lungime de aproximativ 2,5-3 µ. În consecinţă, sarcomerul este format dintr-un disc întunecat, având de o parte şi de cealaltă câte o jumătate de disc clar. O miofibrilă cuprinde o succesiune de sute sau chiar mii de astfel de sarcomere. În microscopia electronică, un sarcomer este alcătuit din două tipuri de miofilamente aşezate ordonat, paralel cu axul longitudinal (fig. 106): - miofilamentele subţiri (circa 2000 pe sarcomer), cu o grosime de 7 nm şi o lungime de 1 µ, formate din actină, tropomiozină şi troponină - miofilamentele groase (circa 1000 pe sarcomer), cu o grosime de 15 nm şi o lungime de 1,5 µ, formate din miozină. Tot în microscopia electronică, pe secţiuni transversale prin diferite zone ale sarcomerului, se observă mai multe modele de aranjare a miofilamentelor (fig. 106):
135 Ţesutul muscular
- la nivelul discului clar, miofilamentele de actină se vizualizează sub forma unor puncte fine dispuse dens şi ordonat - la nivelul discului întunecat, cu excepţia striei H, se observă ambele tipuri de miofilamente care se interdigitează (fig. 106), astfel încât fiecare miofilament gros de miozină este înconjurat de 6 miofilamente subţiri, şi fiecare miofilament subţire de actină este înconjurat, la rândul său, de 3 miofilamente groase. Se crează astfel structuri hexagonale, care au în centru un miofilament de miozină şi la fiecare vârf 6 miofilamente de actină, distanţa care separă un miofilament subţire de unul gros fiind de circa 13 nm. - la nivelul mijlocului discului întunecat, corespunzător striei H, se observă zone punctiforme mai groase (miofilamente groase) dispuse tot ordonat, dar mai distanţat una faţă de cealaltă, având o distanţă între ele de 30-45 nm (fig. 106).
Figura 106. Structura sarcomerului (modificat după Wheater, 2007). H – stria H, Z – linia Z; 1 – sarcomer, 2 – secţiune la nivelul striei H, 3 – secţiune prin discul întunecat, în afara striei H, 4 – secţiune prin discul clar, 5 – miofilamente groase, 6 – miofilamente subţiri.
Componentele moleculare ale sarcomerelor sunt reprezentate de agregate proteice care cuprind mai multe tipuri de proteine: proteine contractile (actina, miozina, tropomiozina, troponina) şi proteine reglatoare sau accesorii (titina, α-actina, nebulina, tropomodulina, desmina, miomesina, proteina C, distrofina). Proteinele contractile Miozina formează miofilamentele groase şi reprezintă fracţiunea proteică cea mai importantă atât cantitativ cât şi funcţional din muşchi. Filamentele groase se dispun în centrul sarcomerului, în discul A (fig. 105) şi au o lungime de 1,5 µm şi o grosime de 15 nm. Fiecare miofilament gros conţine aproximativ 350 molecule de miozină aliniate cap la cap (fig. 117 B). Remarcă practică Sunt descrise 17 clase de miozină, din care unele funcţionează ca monomeri (miozina I şi XV), altele ca dimeri (miozina V, VI, X). Cea mai studiată este miozina II, cunoscută şi sub denumirea de miozină convenţională. Acest tip de miozină este implicată în contracţia fibrelor musculare. Miozina XV intră în structura stereocililor din urechea internă. La nivel molecular, miozina este formată din 2 lanţuri polipeptidice grele dispuse helicoidal şi 2 perechi de lanţuri polipeptidice uşoare (fig. 107).
136 Ţesutul muscular
Fiecare din cele 2 lanţuri grele au aspectul unei crose de golf, formate dintr-o porţiune cu aspect de bastonaş (coada crosei) şi o zonă globuloasă (capul crosei). Zona dintre capul şi coada crosei este flexibilă, permiţând modificări ale configuraţiei miozinei (regiune articulată a moleculei). Cele 2 crose de golf (respectiv lanţuri polipeptidice grele) sunt încolăcite una în jurul celeilalte într-un α-helix cu 2 capete (fig. 107). Lanţurile grele pot fi clivate de către tripsină în: - meromiozina uşoară, sub forma unui bastonaş neted care formează cea mai mare parte a cozii crosei - meromiozina grea, sub forma a 2 capete globuloase (capetele crosei de golf) legate de un bastonaş neted scurt (restul cozii crosei) printr-o zonă de flexiune (regiunea articulată). Meromiozina grea, la rândul ei, poate fi clivată în 2 segmente cu ajutorul papainei (o enzimă proteolitică prezentă în fructul papaya) (fig. 107): - segmentul S1, care cuprinde cele 2 capete globuloase, ce au rolul de a lega adenozintrifosfatul (ATP) şi de a contribui la formarea punţilor între miofilamentele groase de miozină şi cele subţiri de actină prin intermediul a două situsuri specifice (situsul pentru actină şi situsul pentru ATP) (fig. 107) - segmentul S2 care cuprinde bastonaşul scurt (face parte din coadă). Lanţurile uşoare (a nu se confunda cu meromiozina uşoară) sunt de 2 tipuri (unele reglatoare şi unele esenţiale) şi sunt ataşate de capetele globuloase ale lanţurilor grele, în aşa fel încât pentru fiecare lanţ greu există 2 lanţuri uşoare (fig. 107).
A
B
Figura 107. Structura miozinei (modificat după Wheater, 2007). A – molecula de miozină: 1 – lanţuri uşoare, 2 – lanţuri grele, 3 – meromiozina grea, 4 – meromiozina uşoară, 5 – situsuri de legare a actinei şi a ATP-ului; B – filament gros; M – linia M.
În miofilamentul gros, moleculele de miozină se aşează paralel între ele, după tipul margine la margine, în aşa fel încât porţiunile liniare ale moleculelor (bastonaşele croselor de golf) sunt agregate laolaltă în mijlocul miofilamentului, iar porţiunile globuloase (capetele crosei) proemină în mod regulat, în unghi drept, în afara miofilamentului, având dispoziţie helicoidală şi formând punţile transversale. Aceste proiecţii sunt punţi de legătură cu miofilamentele subţiri, de o parte şi de alta a striei H, în hemidiscurile întunecate. Moleculele de miozină din cele două jumătăţi ale filamentului gros sunt dispuse în două seturi antiparalele, cu o reversie a direcţiei de aşezare a
137 Ţesutul muscular
lor, la mijlocul filamentului, zonă ce corespunde liniei M. De aceea, zona mijlocie a filamentului gros (linia M) cuprinde numai porţiuni liniare ale moleculei de miozină, nu şi punţi transversale (fig. 107 B). Actina, alături de alte proteine, intră în structura miofilamentelor subţiri care au o lungime de 1 µ şi o grosime de 5-7 nm, şi se găseşte atât în discurile clare, cât şi în cele întunecate (fig. 106). Molecula de actină este un complex polipeptidic ce se prezintă sub două forme (fig. 108): - actina globulară (actina G), un monomer globular - actina fibrilară (actina F), un polimer format prin polimerizarea monomerilor de actină G. Actina G este o moleculă sferică (globuloasă). Fiecare moleculă de actină G conţine un situs activ de care se leagă capul moleculei de miozină (subfragmentul S1) (fig. 108). Actina F este formată din mai multe molecule de actină G dispuse sub forma a două lanţuri (filamente) neramificate, împletite helicoidal unul în jurul celuilalt, cu perioade repetitive de circa 35 nm între două helixuri (fig. 108). Pentru fiecare tur de helix există 13,5 unităţi de actină G. Capetele terminale ale lanţurilor au dispoziţie diferită: un capăt este liber şi este situat între filamentele groase de miozină în discul A, spre linia M, iar celălalt este ancorat în banda Z prin intermediul α-actinei. Miofilamentele subţiri sunt formate din 2 lanţuri de actină F, încolăcite unul în jurul celuilalt, şi din 2 proteine contractile asociate, troponina şi tropomiozina. Organizarea miofilamentelor subţiri se face astfel: o porţiune axială (filamentul propriu-zis), formată din două lanţuri de actină F (fibrilară) care se încolăcesc helicoidal (dublu helix) unul în jurul celuilalt. În jgheabul miofilamentului subţire se aşează filamentele tropomiozinei, încolăcite şi ele în dublu helix. Pe acest traiect, la intervale regulate se dispun molecule de troponină (fig. 108).
Figura 108. Actina. 1 – actina G, 2 – actina F, 3 – tropomiozina, 4 – troponina (I, C, T), 5 – miofilament subţire.
Tropomiozina este alcătuită din 2 lanţuri polipeptidice cu aspectul a 2 structuri filamentare împletite una în jurul celeilalte sub formă de dublu-helix, aşezate într-un jgheab al moleculei de actină F. Astfel, o moleculă de tropomiozină este în contact cu 7 monomeri de actină G de pe fiecare din cele două lanţuri de actină F ce formează filamentul subţire (fig. 108). În stare de repaus, tropomiozina blochează situsul de legătură al miozinei cu actina.
138 Ţesutul muscular
Troponina este dispusă de-a lungul moleculei de tropomiozină la intervale regulate de 25-30 nm (fig. 108) şi este formată dintr-un complex de 3 subunităţi peptidice globulare: - troponina C (TnC), cu mare afinitate faţă de ionii de calciu. Legarea ionilor de calciu de troponina C induce modificări conformaţionale ale moleculei de tropomiozină, deblocând astfel situsurile de legătură cu miozina de pe actina G. Se permite astfel moleculei de miozină să se flecteze şi să se formeze punţi de legătură între subfragmentele S1 ale miozinei şi situsurile active de pe actina G. - troponina T (TnT), care are rolul de a lega complexul de troponină de tropomiozină - troponina I (TnI) se leagă de actină, împiedicând interacţiunea dintre actină şi miozină în perioadele de relaxare musculară. Proteinele accesorii α actinina este proteina cea mai importantă a liniei Z, organizată sub formă de filamente subţiri, cu mare afinitate faţă de actină. Ea determină aşezarea paralelă a miofilamentelor subţiri. Titina face parte din citoscheletul intrasarcomeric şi este o proteină ce ancoreză miofilamentele groase de miozină de membrana Z. Ea conferă elasticitate miofibrilelor, menţine aliniamentul filamentelor de miozină şi împiedică întinderea excesivă a sarcomerului. Nebulina este tot o componentă a citoscheletului intrasarcomeric. Este o proteină fără elasticitate, care însoţeşte şi înveleşte miofilamentele subţiri de actină şi le ataşează de linia Z; se crede că pe parcursul embriogenezei ea determină lungimea miofilamentului subţire (este un ghid pentru gradul de polimerizare al actinei). Tropomodulina, componentă a citoscheletului intrasarcomeric, este o proteină foarte mică, ataşată de capătul liber al miofilamentelor subţiri, cu rolul de regla lungimea acestora (previne adăugarea sau pierderea de molecule de actină G din filamentul subţire). Desmina este componenta cea mai importantă a citoscheletului extrasarcomeric. Ea formează filamentele intermediare, care încercuiesc miofibrilele şi asigură legături între miofibrilele adiacente, menţinându-le aranjamentul în registru. De asemenea, ea leagă miofibrilele de membrana celulară. Proteina C şi miomezina formează linia M şi ataşează miofilamentele groase de miozină, asigurându-le dispoziţia în registru. Distrofina este o proteină ce aparţine citoscheletului subsarcolemic. La o extremitate ea se leagă de actina F, iar la cealaltă, prin intermediul unui complex glicoproteic de laminina din membrana bazală a sarcolemei. Implicaţii în patologie Distrofia musculară Duchenne este o boală genetică cu transmitere recesivă, legată de cromozomul X, şi de aceea, afectează doar băieţii. Ea se datorează unei deleţii parţiale a genei ce codează distrofina, această genă fiind cea mai lungă genă a genomului uman. Boala se manifestă prin apariţia distrofiei musculare. La copii, fibrele musculare distrofice sunt înlocuite cu altele noi prin diferenţierea celulelor satelite dar, odată cu epuizarea acestora, locul fibrelor musculare este luat de ţesut conjunctiv şi adipos. Progresiv se instalează astenia, având drept consecinţă la început tulburări ale mersului şi apoi tulburări cardiace şi de respiraţie. Sistemul tubular T şi reticulul sarcoplasmic Sistemul tubular T şi reticulul sarcoplasmic sunt componente esenţiale ale fibrei musculare scheletice implicate în contracţie. Sistemul tubular T este alcătuit din numeroase canale tubulare transmembranare (fiecare canal tubular formează un tub T), care se formează prin invaginarea digitiformă a sarcolemei, adânc în interiorul fibrei musculare, la nivelul joncţiunii dintre discul clar şi discul întunecat. Lumenul acestor invaginaţii comunică liber cu spaţiul extracelular.
139 Ţesutul muscular
Tubii T iau naştere din loc în loc pe întreaga lungime a fibrei musculare, au o direcţie transversală în raport cu sarcolema şi prezintă numeroase ramificaţii ce formează o adevărată reţea în jurul fiecărei miofibrile. Reticulul sarcoplasmic (RS) sau sistemul longitudinal L este un exemplu tipic de adaptare funcţională a REN pentru funcţia de contracţie. El reglează contracţia sau relaxarea musculară, controlând sechestrarea sau eliberarea ionilor de Ca în sarcoplasmă. Eliberarea ionilor de Ca se face sub acţiunea undei de depolarizare transmise prin tubii T. RS este format dintr-o reţea de canalicule şi saci anastomozaţi, dispuşi longitudinal, care înconjoară fiecare miofibrilă şi se termină sub forma unor dilatări numite cisterne terminale, situate la nivelul fiecărei joncţiuni dintre discurile A şi I. În structura lui intră două porţiuni: reticulul sarcoplasmic joncţional şi reticulul sarcoplasmic liber. Reticulul sarcoplasmic joncţional este reprezentat de cisternele terminale, care stabilesc contacte cu sistemul T. Două asemenea cisterne, situate de o parte şi de alta a unui tub T, formează împreună cu acesta o triadă. Cisternele terminale au ca funcţie principală stocarea ionilor de calciu care urmează să fie eliberaţi în sarcoplasmă, prin canale de Ca2+, pentru declanşarea contracţiei. Reticulul sarcoplasmic liber este format din tubi longitudinali care fac legătura între cisternele terminale şi nu stabilesc contacte cu sistemele T. Şi el are capacitatea de a stoca ioni de calciu. Reticulul sarcoplasmatic şi sistemul tubular T sunt esenţial implicate în contracţia musculară. Această dispoziţie particulară a sistemului tubular T şi a reticulului sarcoplasmic permite undei de depolarizare să se răspândească aproape instantaneu de la suprafaţa sarcolemei, prin celulă, până la cisternele terminale, care conţin în membrana lor canale de Ca2+ voltaj dependente. Deschiderea acestor canale determină eliberarea Ca2+ din cisternele terminale în apropierea miofibrilelor.
Mecanismul contracţiei fibrelor musculare scheletice În stare de relaxare musculară, concentraţia Ca2+ liber din sarcoplasmă este foarte mică. Ca urmare, troponina C nu poate lega Ca2+ şi în consecinţă tropomiozina ocupă o poziţie de blocare a situsurilor de interacţiune dintre actină şi miozină. În timpul contracţiei se produc mai multe fenomene, în etape succesive : - în momentul în care un impuls nervos ajunge la nivelul plăcii motorii, în urma eliberării neurotransmiţătorilor (acetilcolinei), se generează un potenţial de acţiune, cu apariţia unei unde de depolarizare, care se transmite în întreaga sarcoplasmă prin intermediul sistemului tubular T şi ajunge la cisternele terminale ale RS joncţional - Ca2+ depozitat la acest nivel este eliberat masiv prin canalele de calciu în sarcoplasma dintre miofibrile - Ca2+ eliberat se leagă de troponina C, determinând modificarea conformaţiei complexului troponinic; această modificare determină eliberarea troponinei I din legătura sa cu actina. Situsul de legătură al actinei rămâne liber, permiţând legarea punţilor transversale (zonele globulare) ale miozinei de actină. - concomitent are loc activarea ATP-azei şi hidroliza ATP-ului cu producerea de ADP (adenozin difosfat) şi fosfat anorganic, declanşându-se astfel eliberarea de energie necesară contracţiei - contracţia se realizează prin scurtarea sarcomerului, prin apropierea celor două linii Z. Discul A rămâne nemodificat ca lungime, în timp ce hemidiscurile I se scurtează. Acest fenomen se realizează prin mecanismul de glisare a miofilamentelor subţiri de actină printre miofilamentele groase de miozină, până când capetele libere ale miofilamentelor de actină ajung în apropierea liniei M. - scurtarea sarcomerului şi deci contracţia musculară, se realizează prin cicluri succesive de cuplare şi decuplare ale miozinei de actină, determinând înaintarea miofilamentelor subţiri de actină între cele groase de miozină - reintrarea ionilor de Ca în RS determină o scădere a concentraţiei sarcoplasmatice a Ca2+ şi implicit relaxarea musculară.
140 Ţesutul muscular
Hipertrofia, hipotrofia şi regenerarea fibrelor musculare scheletice Forţa de contracţie a unei fibre musculare nu depinde de mărimea fibrei, ci de conţinutul în miofibrile. Suprasolicitarea musculaturii (de exemplu prin antrenament) duce la o hipertrofie (creştere în volum) a anumitor grupe musculare prin creşterea conţinutului în proteine contractile şi prin înmulţirea miofibrilelor, dar şi prin declanşarea activităţii mitotice a celulelor satelite şi înmulţirea fibrelor musculare. Lipsa folosirii anumitor grupe musculare (de exemplu prin repaus prelungit la pat) duce la hipotrofia muşchilor scheletici prin scăderea numărului de miofibrile şi scăderea volumului celular. Între celulele musculare se va acumula ţesut adipos. Porţiuni de ţesut muscular neutilizat mult timp se pot transforma în ţesut conjunctiv. Regenerarea fibrelor musculare se realizează nu prin diviziunea lor (ele sunt celule care nu se mai divid) ci prin intermediul celulelor satelite, după cum a fost menţionat mai sus. Dacă traumatismele musculare sunt masive, formarea de fibre musculare noi prin intermediul celulelor satelite nu este suficientă şi, de regulă, ţesutul muscular distrus este înlocuit de ţesut conjunctiv cicatricial.
Vascularizaţia şi inervaţia muşchilor striaţi scheletici Vasele sanguine pătrund în muşchi împreună cu ţesutul conjuntiv al septelor şi formează o bogată reţea capilară. Muşchii conţin şi vase limfatice dispuse de asemenea în ţesutul conjunctiv. Inervaţia este esenţială pentru realizarea funcţiei şi pentru menţinerea integrităţii funcţionale a muşchilor. Inervaţia, cea motorie mai ales, are o influenţă trofică asupra fibrei musculare. Dacă continuitatea nervului ce deserveşte muşchiul respectiv este întreruptă, muşchiul suferă procese de atrofie. Revenirea la normal este posibilă numai prin restabilirea continuităţii fibrei nervoase prin procedee chirurgicale sau prin regenerarea nervului. Inervaţia muşchilor este de două tipuri, motorie şi senzitivă. Inervaţia motorie: un motoneuron alfa localizat în coarnele anterioare ale măduvei spinării inervează mai multe fibre musculare datorită arborizaţiei terminale a axonului. Ansamblul fibrelor musculare controlate de acelaşi motoneuron formează o unitate motorie. În apropierea fibrei musculare, axonul îşi pierde teaca de mielină şi se termină sub forma unei zone dilatate numită buton terminal, care se plasează într-o depresiune de pe suprafaţa sarcolemei. Această joncţiune neuromusculară este numită placă motorie. La acest nivel, nervul este acoperit numai de o foiţă citoplasmatică subţire aparţinând celulei Schwann. Butonul terminal (componenta presinaptică) conţine numeroase mitocondrii şi vezicule sinaptice în care se găseşte neurotransmiţătorul plăcii motorii, acetilcolina. Între axon şi fibra musculară se găseşte un spaţiu, spaţiul sau fanta sinaptică, care conţine o substanţă fundamentală amorfă. Membrana celulară a fibrei musculare (componenta postsinaptică) conţine receptorii acetilcolinei. Când un potenţial de acţiune ajunge la nivelul plăcii motorii, are loc eliberarea acetilcolinei, care traversează spaţiul sinaptic şi se fixează de receptorii acetilcolinei de pe sarcolemă, determinând o depolarizare a membranei. Acetilcolina în exces este degradată de acetilcolin-esterază. Depolarizarea realizată la nivelul plăcii motorii se propagă de-a lungul suprafeţei fibrei musculare şi adânc în interiorul acesteia pe calea sistemului tubular transvers, până la nivelul triadelor. Remarcă practică Numărul de fibre musculare inervate de un singur motoneuron variază în funcţie de tipul de muşchi. Cu cât mişcările executate de muşchi sunt mai fine, cu atât numărul de fibre musculare inervate de un singur neuron este mai mic şi invers (de exemplu, în muşchii oculari un neuron inervează o singură fibră musculară, iar în muşchii membrelor un neuron inervează aproximativ 1500-2000 de fibre musculare).
141 Ţesutul muscular
Inervaţia senzitivă: muşchii scheletici conţin şi terminaţii senzitive, care fac sinapsă în două structuri ale muşchiului, echipate cu mecanoreceptori: fusurile neuromusculare şi organele neuro-tendinoase Golgi. Fusurile neuromusculare. Toţi muşchii scheletici conţin proprioreceptori încapsulaţi (receptori de întindere) numiţi fusuri neuromusculare. Ele monitorizeză lungimea şi modificările de lungime ale muşchilor. Fusurile neuromusculare sunt formaţiuni ovalare situate în endomisium, alcătuite din 8-10 fibre musculare foarte scurte şi modificate morfologic, numite fibre intrafusale, dispuse într-o substanţă fundamentală fluidă şi delimitate de o capsulă subţire conjunctivă. Alte fibre musculare, foarte asemănătoare cu cele scheletice, înconjoară fusul şi sunt numite fibre extrafusale. Câteva fibre nervoase senzitive cu origine în ganglionul spinal pătrund în fusul neuromuscular şi se dispun spiralat în jurul fibrelor intrafusale. La acest nivel există şi câteva fibre nervoase motorii, terminaţii ale axonilor neuronilor gamma din coarnele anterioare ale măduvei spinării. Fibrele motorii sunt responsabile de starea de întindere normală a fibrelor musculare şi au rolul de a regla sensibilitatea fusului neuromuscular la întindere. Fibrele nervoase senzitive detectează modificările apărute în lungimea (distensia) fibrelor musculare extrafusale şi transmit aceste informaţii măduvei spinării, unde se activează o serie de reflexe complexe, care duc la menţinerea posturii şi la reglarea activităţii grupurilor musculare contralaterale, implicate în activităţi motorii cum ar fi mersul. Numărul de fusuri neuromusculare variază de la un muşchi la altul. Muşchii care efectuează mişcări fine (muşchii oculari, muşchii mici ai mâinii) conţin multe fusuri, pe când în muşchii toracali acestea sunt în număr mai mic. Organele neuro-tendinoase Golgi monitorizeză intensitatea contracţiei musculare. Ele se dispun în tendoane, la nivelul locului de inserţie a fibrelor musculare. Sunt formate din câteva mănunchiuri de fibre de colagen ce continuă fibrele de colagen de la nivelul joncţiunii miotendinoase, înconjurate de o capsulă conjunctivă fină. În interiorul lor pătrund fibre nervoase senzitive. Ele au funcţie de receptori proprioceptivi prin detectarea diferenţelor de tensiune de la nivelul tendoanelor, ajutând astfel la reglarea şi dozarea nivelului de efort necesar pentru realizarea unor mişcări ce necesită o forţă de contracţie variabilă. Implicaţii în patologie Botulismul este o boală provocată de un microb (Clostridium botulinum) ce se dezvoltă în alimente conservate în condiţii improprii. Toxina acestui microb inhibă eliberarea acetilcolinei, având ca rezultat paralizia întregii musculaturi. În absenţa tratamentului, poate duce la deces. Miastenia gravis este o boală autoimună ai cărei autoanticorpi blochează receptorii de acetilcolină. Consecutiv, se formează noi receptori ce sunt şi ei inactivaţi, ceea ce cu timpul duce la scăderea capacităţii de a iniţia unda de depolarizare. Acest fapt are drept consecinţă întreruperea transmiterii influxului nervos spre fibra musculară. Boala se manifestă prin slăbiciune musculară progresivă, mai ales la nivelul muşchilor extremităţii craniale a corpului, şi poate fi ameliorată prin administrarea de droguri colinergice.
Ţesutul muscular cardiac Generalităţi Ţesutul muscular cardiac sau miocardul este o formă specială de ţesut muscular format din fibre musculare striate, cu miofibrile, dar cu nucleu unic, numite cardiomiocite, a căror caracteristică esenţială este aceea de a se contracta spontan, ritmic şi permanent în absenţa unui stimul nervos. Este un muşchi care nu oboseşte niciodată.
142 Ţesutul muscular
El se găseşte la nivelul muşchiului cardiac şi în porţiunea proximală a venelor pulmonare. Fibrele musculare de la nivelul atriilor sunt mai mici decât cele de la nivelul ventriculilor.
Structura şi ultrastructura fibrei musculare cardiace În microscopia optică, aspectul morfologic al fibrelor musculare cardiace diferă de cel al fibrelor musculare scheletice prin următoarele caracteristici (fig. 109, tabel 4): - sunt celule cilindrice scurte - au un singur nucleu, ovalar, situat în centrul celulei, cu axul mare paralel cu axul lung al celulei, înconjurat de o porţiune de citoplasmă lipsită de striaţii - au capetele bifurcate (sau trifurcate, în coadă de peşte) - prezintă un număr mare de joncţiuni intercelulare, vizibile sub forma discurilor intercalare sau striilor scalariforme Eberth, structuri specifice fibrei musculare cardiace - sunt dispuse în fascicule cu aspectul unei reţele plexiforme, în care fibrele musculare sunt dispuse cap la cap, în coloane anastomozate - între fascicule se găseşte o lamă fină de ţesut conjunctiv care conţine numeroase vase de sânge, nervi şi fascicule care aparţin sistemului excito-conductor cardiac - ţesutul muscular cardiac nu conţine celule satelite şi, ca urmare, fibrele musculare cardiace nu se pot regenera.
Sarcolema Are o structură diferită de cea a fibrei musculare striate scheletice, prin absenţa plăcilor motorii şi a joncţiunilor neuromusculare, şi prin prezenţa a numeroase sisteme joncţionale intercelulare. Sarcolema are o porţiune periferică, la nivelul căreia se formează discurile intercalare, şi una internă de unde iau naştere tubii transversali T. Discurile intercalare (striile scalariforme Eberth) sunt joncţiuni intercelulare dispuse la extremităţile fibrelor musculare (joncţiuni cap la cap). În această zonă, sarcolemele celor două fibre musculare se interdigitează, prezentând o succesiune de porţiuni transversale şi longitudinale în raport cu axul lung al fibrei, ceea ce conferă joncţiunii un aspect caracteristic în zig-zag (sau de scară). Porţiunea transversală poate fi considerată echivalentul unei linii Z. La acest nivel, miofibrilele se inclavează într-un material electronodens, format din vinculină (o proteină care are capacitatea de a ataşa filamentele de actină). Porţiunea transversală are rolul de a solidariza celulele între ele. La nivelul ei există două tipuri de joncţiuni, dispuse alăturat: - zonula adherens, care realizează conexiunea dintre capetele celulelor şi ancorează filamentele subţiri de actină din sarcomerele terminale de membrana celulară - desmozomi, care solidarizează celulele între ele întărind astfel zonula adherens. Porţiunea longitudinală are rolul de a asigura conducerea intercelulară şi cuplarea electrică; este paralelă cu miofibrilele şi prezintă, la rândul ei, două tipuri de joncţiuni: - desmozomi, care solidarizează şi în acest plan extremităţile celulelor musculare - nexus-uri sau joncţiuni de tip gap, ce conţin conexina 43. Acestea sunt cele mai importante joncţiuni ale discului intercalar. Ele permit comunicarea intercelulară: pasajul ionilor şi a moleculelor semnalizatoare. Sistemul tubular transversal (sistemul T) este format din invaginări tubulare ale sarcolemei, în dreptul liniilor Z, care se extind transversal în interiorul fibrei. Lumenul tubilor se continuă cu spaţiul extracelular. Tubii prezintă numeroase ramificaţii în unghi drept, dispuse în lungul celulei, care leagă sistemele T între ele. Au un diametru mai mare decât tubii T din fibra musculară scheletică şi sunt mai numeroşi la nivelul ventriculilor faţă de atrii.
Nucleul Fibra musculară cardiacă are un nucleu unic, alungit, eucrom, situat central, cu nucleol evident.
143 Ţesutul muscular
Sarcoplasma Este acidofilă, cu o zonă periferică unde se evidenţiază striaţiile transversale şi o zonă centrală, perinucleară, fără striaţii, cu incluzii lipidice şi organite comune. Caracteristicile sarcoplasmei fibrei musculare cardiace sunt: - numărul mare de mitocondrii (aproximativ jumătate din volumul fibrei musculare este ocupat de mitocondrii), localizate în apropierea nucleului şi printre miofibrile; acestea din urmă sunt numite mitocondrii mari, ele putând atinge dimensiunea unui sarcomer. Prezenţa lor în număr atât de mare denotă un consum ridicat de energie la nivelul fibrei musculare cardiace. - cantitate mare de granule de glicogen, ce reprezintă o altă sursă de energie a celulei - o cantitate mare de mioglobină, ca urmare a necesarului mare de oxigen a fibrei musculare cardiace - lipsa RER.
A
B
Figura 109. Fibre musculare cardiace. A. Reprezentare schematică: 1 – fibre musculare cardiace, 2 – strii scalariforme Eberth, 3 – ţesut conjunctiv; B. Imagine histologică, miocard.
Aparatul contractil Structura şi funcţia miofibrilelor la nivelul fibrelor musculare cardiace sunt asemănătoare cu a fibrelor musculare scheletice. De asemenea, structura sarcomerului cu alternanţa de benzi clare şi întunecate, complexul distrofină-proteine la nivelul muşchiului cardiac, nu sunt diferite ca structură de cele de la nivelul muşchiului scheletic. Diferenţe există la nivelul sistemului tubular T şi al reticulului sarcoplasmic (sistemul L), al aprovizionării cu ioni de Ca, al canalelor de ioni de la nivelul sarcolemei, şi în privinţa duratei potenţialului de acţiune. Sistemele tubulare T şi L nu sunt la fel de ordonat distribuite şi organizate ca în muşchiul scheletic. Cisternele terminale ale reticulului sarcoplasmic sunt de talie mult mai mică decît în muşchiul scheletic. Ele se termină tot în proximitatea tubului T, dar numai pe o parte a acestuia, formând aşa numitele diade, localizate în apropierea liniei Z, spre deosebire de fibra musculară scheletică, în cazul căreia se află la interfaţa dintre discurile A şi I. Deoarece reticulul sarcoplasmic este relativ slab reprezentat, el nu poate stoca suficienţi ioni de Ca, necesari declanşării unei contracţii puternice. Ca urmare, în muşchiul cardiac există surse adiţionale de Ca2+ (de exemplu, Ca2+ din spaţiul extracelular), care asigură un influx suplimentar de Ca2+ în timpul depolarizării. Din aceste surse, Ca2+ intră în celulă prin intermediul tubilor T, care comunică larg cu acest spaţiu. Există, de asemenea, şi mecanisme adiţionale de pătrundere a Ca2+ în fibra musculară cardiacă, reprezentate de canale largi Na+/Ca2+.
144 Ţesutul muscular
Celulele mioendocrine La nivelul atriului drept se găsesc câteva celule musculare cardiace modificate, sărace în miofibrile, cu rol endocrin, numite celule mioendocrine. Aceste celule conţin vezicule de secreţie cu factor natriuretic atrial (hormonul cardiac, cardionatrina sau cardiodilatina), hormon peptidic secretat în sânge atunci când celula suferă o alungire excesivă. El este responsabil de scăderea presiunii arteriale (prin vasodilataţie, creşterea eliminării de sodiu şi a diurezei).
Inervaţia ţesutului muscular cardiac Contracţia musculară cardiacă, ritmică şi autonomă (frecvenţa cardiacă), este determinată de activitatea intrinsecă a nodului sino-atrial, care are rol de pacemaker. Sistemul nervos influenţează totuşi activitatea contractilă a miocardului: inervaţia parasimpatică (având ca neurotransmiţător acetilcolina) încetineşte ritmul cardiac, iar cea simpatică (având ca neurotransmiţător noradrenalina) accelerează ritmul cardiac.
Regenerarea miocardului În mod normal fibrele miocardice nu se regenerează, deci fibrele distruse nu pot fi înlocuite prin altele noi. Locul lor este ocupat de o cicatrice fibroasă, nefuncţională. Implicaţii în patologie Infarctul miocardic este o zonă de necroză musculară apărută în urma obstrucţiei unei ramuri arteriale a miocardului. Repararea miocardului lezat se face de către miofibroblaste printr-o cicatrice de ţesut conjunctiv. Cardiomiopatia hipertrofică este o boală genetică ce constă în îngroşarea peretelui ventriculului drept prin hipertrofia fibrelor musculare. În aceste situaţii apare un deficit de oxigenare a fibrelor deoarece numărul capilarelor sanguine care le irigă nu creşte. Această boală este cauza principală a morţii subite la persoane tinere şi la atleţi.
Sistemul excitoconductor cardiac Funcţionarea şi contracţia ritmică a miocardului contractil este coordonată de sistemul excitoconductor. Este format din celule musculare cardiace modificate, care formează sistemul de conducere al miocardului. Celulele acestui sistem sunt de trei tipuri: -celule nodale sau celule P -celule T -celule Purkinje. Celulele nodale (celulele P) sunt situate în nodul sinoatrial, atrioventricular şi în trunchiul fasciculului His. Sunt celule mult mai mici decât celulele musculare cardiace, sărace în miofibrile şi bogate în glicogen şi mitocondrii. Aspectul lor fusiform şi dispoziţia lor în interiorul unui ţesut conjunctiv abundent şi dens pot să facă dificilă diferenţierea lor de fibroblastele din jur, dar o examinare atentă descoperă striaţiile transversale. Ele stabilesc joncţiuni de tip desmozomal între ele sau cu celulele T. Celulele P sunt celule cu funcţie de pacemaker. Celulele T au formă alungită şi o structură şi organizare celulară intermediară între celulele P şi celulele musculare cardiace convenţionale (contractile). Ele conţin mai multe miofibrile şi mitocondrii decât celulele P, şi nu prezintă sistem T. Celulele T au rolul de a conduce impulsul cu origine în celulele P şi de a opri accesul impulsurilor ectopice premature. Ele stabilesc joncţiuni cu celulele P şi cu celulele cardiace contractile. Celulele Purkinje sunt situate în ramificaţiile fasciculului His şi în reţeaua Purkinje. Globuloase şi mult mai mari decât fibrele musculare cardiace lucrătoare, ele prezintă unul sau mai mulţi nuclei situaţi în centrul unei mase de citoplasmă abundentă, clară, eozinofilă, bogată în glicogen şi mitocondrii, săracă în miofibrile.
145 Ţesutul muscular
Organizarea histologică a sistemului excitoconductor cardiac Frecvenţa cardiacă este controlată şi iniţiată de nodul sinoatrial (pacemaker) localizat la joncţiunea venei cave superioare cu atriul drept. Celulele specializate din acest nod se pot depolariza spontan de 70 ori pe minut, creând un impuls care trece prin pereţii atriali, printr-o reţea internodală, spre nodul atrioventricular localizat în peretele septal, aproape de valva tricuspidă. Celule cardiace modificate din nodul atrioventricular, reglate prin impulsuri venite de la nodul sinoatrial, transmit semnale de la atrii spre miocard, via fasciculul atrioventricular His. Fibre din fasciculul His coboară prin septul interventricular pentru a conduce impulsul mai departe la ventriculi, declanşând o contracţie ritmică. Celulele P sunt aşezate la nivelul nodului sino-atrial şi atrio-ventricular sub formă de grupuri localizate central, printre acestea şi la periferia nodului aflându-se celulele T. Celulele Purkinje formează corpul principal al fasciculului His, ramurile sale şi ramificaţiile sale terminale subendocardice. Fasciculul His se dispune în ţesutul conjunctiv subendocardial are o structură asemănătoare unui cablu, cu celulele Purkinje aşezate una în continuarea celeilalte, în lanţ. Celulele Purkinje transmit impulsurile mai departe celulelor miocardice prin intermediul joncţiunilor de tip gap. Implicaţii în patologie În patologia cardiacă se cunosc mai multe tipuri de tulburări de ritm cardiac care sunt produse de funcţionarea defectuoasă a unor porţiuni din sistemul excitoconductor cardiac. În cazul întreruperii activităţii nodului sinoatrial, nodul atrioventricular preia funcţia de pacemaker, dar cu o frecvenţă proprie mai mică, de numai 40 bătăi cardiace pe minut. Datorită faptului că în acest caz atriile vor fi stimulate retrograd, se va produce contracţia simultană a atriilor şi ventriculilor, cu scăderea performanţei pompei cardiace. În cazurile grave se poate apela la implantarea unor stimulatoare cardiace (pacemaker), care au rolul de a prelua funcţia nodului sinusal.
Ţesutul muscular neted Generalităţi Ţesutul muscular neted este format din fibre (celule) a căror funcţie principală este contracţia. Ele sunt numite fibre musculare netede sau leiomiocite deoarece nu au striaţii în citoplasmă. Pe lângă funcţia de contracţie, unele fibre musculare netede sunt capabile şi de sinteză proteică: colagen, elastină, glicozaminoglicani, proteoglicani şi factori de creştere.
Organizarea muşchilor netezi Muşchii netezi nu formează organe anatomic individualizate, ţesutul muscular neted reprezentând doar o parte integrantă, alături de alte ţesuturi, în alcătuirea diverselor organe. Fibrele musculare netede se găsesc în organism fie izolate, fie grupate în tunici musculare sau muşchi individualizaţi. Fibrele izolate se întâlnesc în capsula sau stroma diferitelor organe (de exemplu, prostata şi splina), în ţesutul conjunctiv subcutanat (la nivelul scrotului, areolei mamare şi a mamelonului), în ţesutul erectil penian şi în centrul vilozităţilor intestinale (muşchiul Brücke). Cel mai frecvent, fibrele musculare netede formează straturi musculare suprapuse în cadrul tunicilor musculare ale organelor cavitare din: - tubul digestiv, de la treimea mijlocie a esofagului până la sfincterul anal extern - structura canalelor excretoare ale glandelor anexe ale tubului digestiv - arborele respirator, de la trahee până în apropierea alveolelor - diferitele părţi componente ale aparatului uro-genital - tunica medie a arterelor şi venelor etc.
146 Ţesutul muscular
Rareori, fibrele musculare netede se grupează pentru a forma muşchi individualizaţi, ca de exemplu muşchii erectori ai firului de păr, muşchiul constrictor şi dilatator al irisului, muşchii ciliari şi muşchiul traheal.
Structura şi ultrastructura fibrei musculare netede În microscopia optică, fibrele musculare netede sunt celule fără striaţii, alungite, fusiforme, cu o parte centrală mai bombată şi extremităţi alungite. În interiorul fasciculului muscular aceste fibre sunt aşezate paralel între ele, în aşa fel încât porţiunea centrală, mai bombată, a unei fibre vine în contact cu extremităţile subţiate ale fibrelor vecine. Solidarizarea fibrelor în cadrul fasciculului se realizează prin ţesut conjunctiv (fig. 110).
A
B
Figura 110. Ţesutul muscular neted. A. Reprezentare schematică: 1 – fibre musculare netede dispuse în fascicule, 2 – ţesut conjunctiv; B. Imagine histologică, vezica urinară.
Lungimea fibrelor musculare netede este variabilă, fiind cuprinsă între 20 µ la nivelul pereţilor vaselor mici până la 500 µ în uterul gravid. Celula prezintă un singur nucleu situat central, iar sarcoplasma prezintă două zone: una centrală, omogenă , în care se găsesc organitele, şi una periferică, inomogenă ce conţine aparatul contractil.
Sarcolema Este alcătuită din membrana celulară şi membrana bazală ce înconjoară fiecare fibră şi conţine câteva fibre de reticulină. Spre deosebire de fibrele musculare scheletice, membrana celulară nu prezintă tubi T, dar la nivelul ei există specializări caracteristice acestui tip de fibră musculară: caveolele şi ariile dense. Caveolele sunt invaginări de formă veziculară ale sarcolemei, care comunică liber cu spaţiul extracelular. Acestea sunt dispuse în şiruri paralele cu axul lung al fibrei şi din loc în loc se alipesc de membrana plasmatică a fibrelor musculare adiacente pentru a forma nexus-uri (joncţiuni comunicante sau gap), care permit difuzarea excitaţiei de la o celulă la alta. Sub caveole se găsesc vezicule aparţinând REN. Se crede că invaginările sarcolemei şi aceste vezicule ale REN funcţionează într-un mod similar sistemului tubular T din muşchiul striat: sechestrează Ca2+ din sarcoplasmă în repaus şi-l eliberează în momentul depolarizării. Ariile dense sunt situate pe versantul intern al membranei celulare, în spaţiile dintre caveole şi sunt asemănătoare corpilor denşi din sarcoplasmă. În microscopia electronică ele sunt zone de material electronoopac, ce conţin α-actinină şi complexe moleculare cu receptori pentru laminine care asigură legătura cu matricea extracelulară.
147 Ţesutul muscular
Nucleul Este unic, eucrom, fusiform, situat central, cu axul lung paralel cu axul lung al celulei. În fibra contractată nucleul se scurtează şi devine spiralat.
Sarcoplasma Este omogenă, fără striaţii, eozinofilă. Ea conţine organite comune, dispuse spre centrul celulei, şi organite specifice (aparatul contractil) la periferie. Organite comune şi incluzii - mitocondrii dispuse printre miofibrile, unde asigură energia necesară contracţiei, în axul celulei furnizând energia necesară diferitelor procese de sinteză, şi lângă membrana celulară, unde furnizează ATP-ul necesar pompelor ionice (exemplu pompa de Ca2+) - RER, aparat Golgi mai bine dezvoltat decât în fibra musculară scheletică, fibra musculară netedă având şi un fenotip secretor. Astfel, celula poate sintetiza componenţi ai membranei bazale, ca laminina şi colagenul IV, precum şi alţi componenţi ai matricei extracelulare ca proteoglicani, colagen de tip III, elastină. - incluziuni de glicogen şi de lipide, care reprezintă rezerve energetice - filamente intermediare, care formează citoscheletul celulei şi conţin desmină în muşchii viscerali, respectiv vimentină şi desmină în muşchii netezi ai vaselor de sânge. Ele se inseră pe corpii denşi din sarcoplasmă sau în ariile dense sarcolemice. - corpi denşi, care aparţin citoscheletului şi sunt vizibili numai în microscopia electronică. Ei sunt structuri echivalente liniei Z din muşchiul scheletic (fibra musculară netedă nu conţine linii Z), conţin α-actinină, şi au rolul de a ancora filamentele intermediare şi miofilamentele subţiri de actină. Aparatul contractil La fel ca şi în fibra musculară scheletică, în fibra musculară netedă există miofilamente subţiri şi groase dispuse sub formă de reţea, fără a forma însă miofibrile. Raportul actină-miozină este de 12-14 la 1. Miofilamentele subţiri conţin actină, tropomiozină şi caldesmonă şi sunt aşezate paralel cu axul lung al celulei, dar dispuse neregulat. Nu conţin troponină, aceasta fiind înlocuită de caldesmonă, care are rolul de a împiedica interacţiunea actină-miozină în perioadele de relaxare musculară şi de a fixa ionii de calciu, declanşând astfel contracţia. Miofilamentele subţiri se inseră pe ariile dense sarcolemice şi traseul lor este presărat cu corpi denşi sarcoplasmatici situaţi la intersecţia dintre miofilamente şi filamentele intermediare. Miofilamentele groase de miozină au aproximativ aceeaşi structură cu cea din fibrele musculare scheletice, prezentând molecule de miozină formate din cele 2 lanţuri grele şi 4 lanţuri uşoare. Moleculele de miozină sunt astfel aranjate încât subfragmentele S1 (capetele moleculei) să se proiecteaze spre filamentele subţiri pe toată lungimea filamentului (chiar şi în mijlocul miofilamentului gros). Datorită acestei structuri particulare, contactul dintre miozină şi actină se realizează pe o suprafaţă mai mare, creând astfel posibilitatea ca muşchiul neted să realizeze contracţii prelungite, spre deosebire de muşchiul scheletic. Alte proteine implicate în contracţie sunt: α-actinina, calmodulina, kinaza lanţurilor uşoare ale miozinei.
Mecanismul contracţiei fibrei musculare netede Contracţia fibrei musculare netede prezintă următoarele particularităţi: - forţa mai mică de contracţie - viteza mică de contracţie (contracţia lentă dar susţinută) - capacitatea mare de scurtare în contracţie, de până la un sfert din lungimea iniţială - contracţie de lungă durată, muşchiul putând să rămână în stare contractată mult timp fără să obosească
148 Ţesutul muscular
- contracţia se poate produce în valuri, determinând mişcări peristaltice, ca de exemplu în tractul gastro-intestinal - este involuntară. Mecanismul contracţiei fibrei musculare netede prezintă o serie de asemănări cu mecanismul contracţiei fibrei musculare scheletice. Declanşarea contracţiei este realizată tot de creşterea fluxului de ioni de Ca în sarcoplasmă, proces care are loc mult mai lent faţă de fibra musculară scheletică. Ionii de Ca se vor lega de calmodulină, iar complexul calmodulină-Ca2+ va declanşa fosforilarea lanţurilor uşoare ale miozinei. Consecutiv fosforilării lanţurilor uşoare are loc ataşarea subfragmentului S1 al miozinei la actină, şi declanşarea contracţiei. Muşchiul se relaxează în momentul în care are loc defosforilarea şi decuplarea actinei de miozină. O particularitate a fibrei musculare netede este aceea că nu toate punţile transversale ale miozinei vor realiza cicluri de ataşare-detaşare de miofilamentele subţiri de actină ca în fibra musculară striată. O parte din punţile transversale sunt permanent ataşate de miofilamentele de actină, ceea ce permite menţinerea unei tensiuni permanente, cu cost energetic redus (se explică astfel tonusul intrinsec al muşchiului neted). Datorită numărului mai mic de miofilamente de miozină faţă de cele de actină, un număr mai mic de punţi transversale de miozină se ataşează şi tracţionează mai multe miofilamente subţiri de actină. Se explică astfel forţa mai mică de contracţie a fibrelor musculare netede. Viteza de contracţie mai mică se explică, pe de o parte, prin activitatea ATP-azică mai scăzută a miozinei (foloseşte doar 10% din ATP-ul pe care l-ar folosi muşchiul scheletic), şi pe de altă parte prin lentoarea cu care ea interacţionează cu actina. Gradul mai mare de scurtare a fibrei musculare netede este explicat prin lipsa liniilor Z, ele fiind cele care împiedică, în condiţii normale, scurtarea fibrei musculare scheletice sub 65% din lungimea ei iniţială.
Inervaţia fibrei musculare netede Musculatura netedă este mai mult sau mai puţin sub influenţa sistemului nervos vegetativ simpatic şi parasimpatic, a anumitor hormoni (bradikinina) şi a condiţiilor locale. La nivelul fibrelor musculare netede nu există joncţiuni neuromusculare tipice ca la fibrele musculare scheletice. Teminaţiile sinaptice ale nervilor vegetativi ajung numai foarte rar direct pe suprafaţa fibrei musculare. Majoritatea se termină la aproximativ 5-20 µ de fibra musculară şi formează pe traiectul lor mai multe sinapse „în trecere” (vezi capitolul „Ţesutul nervos”). De asemenea, nu toate fibrele musculare vin în contact cu sinapsa şi neurotransmiţătorii ei. Sincronizarea funcţională se face prin joncţiunile de tip gap sau nexusuri. În musculatura netedă a mai multor organe, de exemplu la nivelul uterului, vezicii urinare, tractului gastro-intestinal şi a mai multor vase sanguine mari, există centre intrinseci de generare a unor potenţiale de acţiune, astfel că ele funcţionează relativ autonom şi sunt influenţate mai puţin de inervaţia vegetativă (de exemplu, celulele interstiţiale Cajal din musculara tubului digestiv, care joacă rol de „celule pacemaker”). Implicaţii în patologie: celulele interstiţiale Cajal Reprezintă o categorie distinctă de celule de origine mezenchimală, care au fost descrise de neuro-anatomistul spaniol Santiago Ramon Y Cajal, descoperire pentru care acesta a primit premiul Nobel în 1906. Ceea ce el denumea celule interpuse (între neuronii plexurilor nervoase gastrointestinale şi fibrele musculare netede), sunt denumite astăzi celulele interstiţiale Cajal (ICC - Interstitial Cells of Cajal). În totalitatea lor, aceste celule îndeplinesc un rol de pacemaker în reglarea motilităţii digestive, prin generarea unor unde lente de contracţie peristaltică. Aceste celule nu sunt vizibile în coloraţii uzuale, ele sunt puse în evidenţă imunohistochimic prin folosirea unor anticorpi ca CD117, CD34, nestina etc. Recent, a fost descris un grup distinct de tumori mezenchimale cu localizare gastrointestinală (GIST – Gastro-Intestinal Stromal Tumors), care exprimă la rândul lor aceiaşi anticorpi. Studii ulterioare au demonstrat că originea acestor tumori este în celulele interstiţiale Cajal.
149 Ţesutul muscular
Activitatea celulei musculare netede este coordonată şi de o serie neurotransmiţători, hormoni şi factori tisulari (de exemplu, noradrenalina, acetilcolina, monoxidul de carbon, estrogenii, ocitocina, histamina şi serotonina).
Regenerarea fibrelor musculare netede Fibrele musculare netede, spre deosebire de cele scheletice, îşi păstrează capacitatea mitotică. În consecinţă celulele pre-existente pot da naştere altor celule musculare netede. Un exemplu foarte sugestiv este hiperplazia miometrului în sarcină. De asemenea, în vasele sanguine, diferenţierea fibrelor musculare netede este posibilă din pericite. Caracteristici Forma celulei Miofibrile Nucleu Tubi T Joncţiuni intercelulare Contracţie
Fibre musculare scheletice Dreptunghiulară (panglică) Prezente Nuclei numeroşi, situaţi la periferie Prezenţi, subţiri, intră în componenţa triadelor
Fibre musculare cardiace Cilindrică, cu capete bifurcate Prezente Nucleu unic, situat central
Fibre musculare netede Fusiformă Absente Nucleu unic, situat central
Prezenţi, largi, intră în componenţa diadelor
Absenţi
Absente
Discuri intercalare
Joncţiuni gap (nexus)
Voluntară
Involuntară
Involuntară
Tabel 4. Principalele caracteristici ale fibrelor musculare.
150 Ţesutul muscular
153 Ţesutul nervos
Generalităţi Ţesutul nervos este un ţesut înalt specializat în recepţionarea şi prelucrarea stimulilor proveniţi din mediul extern sau intern, respectiv în transmiterea acestora sub forma de impuls electric spre organele efectoare.
Originea celulelor ţesutului nervos Dezvoltarea ţesutului nervos începe timpuriu în perioada intrauterină, din ectodermul embrionar sub influenţa notocordului, şi continuă câţiva ani după naştere. Din ectodermul embrionar se diferenţiază placa neurală, ale cărei margini se îngroaşă şi prin înfundare formează şanţul neural. Marginile şanţului vor fuziona şi vor da naştere tubului neural, din care se formează întregul sistem nervos central: toţi neuronii, celulele epiteliale ale plexului coroid, precum şi celulele gliale (inclusiv celulele ependimare), cu excepţia microgliei. Din capătul anterior al tubului neural se va forma creierul, iar din restul tubului, măduva spinării. Pe laturile tubului neural se dezvoltă crestele neurale, ale căror celule vor migra în toate compartimentele corpului şi vor da naştere pe de o parte neuronilor şi celulelor gliale ale sistemului nervos vegetativ (componentă a sistemului nervos periferic), iar pe de altă parte unor celule cu aspecte şi funcţii variate. Acest lucru este posibil deoarece celulele crestei neurale sunt celule pluripotente. În funcţie de localizarea lor la nivelul embrionului, ele se pot diferenţia într-o gamă largă de celule: - celulele cromafine din medulosuprarenală, celulele C din tiroidă şi celulele paratiroidiene - melanocitele din piele - odontoblastele - celulele plexului parasimpatic (submucos) din tubul digestiv - celulele nervoase din nervii cranieni şi ganglionii spinali - neuronii postganglionari ai sistemului nervos simpatic şi parasimpatic - celulele Schwann din nervii periferici mielinici şi celulele satelite din ganglionii periferici. Implicaţii în patologie: defecte ale tubului neural Închiderea defectuoasă a tubului neural este responsabilă de apariţia unor malformaţii congenitale: - spina bifida este cea mai frecventă malformaţie a tubului neural a nou născutului. Ea se poate manifesta ca un defect osos asimptomatic al coloanei vertebrale (spina bifida oculta), sau ca o malformaţie complexă, cu dezorganizarea şi aplatizarea unui segment al măduvei spinării asociat cu hernierea meningelui (meningocel). Meningomielocelul asociază hernierii meningelui şi hernierea ţesutului nervos. Boala se manifestă prin disfuncţii neurologice legate de anomalia structurală a măduvei, şi prin infecţii ce se extind din mediul extern prin pielea foarte subţire ce acoperă defectul osos. - anencefalia este malformaţia cea mai severă, apărută prin defecte de închidere la nivelul regiunii anterioare. Această condiţie nu este compatibilă cu viaţa, din cauza lipsei creierului, craniului şi meningelui. - craniorachischis este lipsa de închidere a întregului tub neural.
Proprietăţile ţesutului nervos Celulele ţesutului nervos au trei proprietăţi fundamentale, ceea ce le permite un răspuns rapid la stimuli: - excitabilitatea, capacitatea de a răspunde la acţiunea unui excitant sau stimul prin generare de impulsuri sau influxuri
154 Ţesutul nervos
- conductibilitatea, transmiterea influxului nervos generat la celule efectoare, glandulare (determinând secreţia) şi musculare (determinând contracţia), sau la alte celule nervoase, cu generare de noi impulsuri - comunicarea intercelulară, aptitudinea de a transmite sau nu mesajul la o altă celulă nervoasă sau celulă efectoare prin intermediul unor contacte specializate, denumite sinapse.
Componentele ţesutului nervos Elementele structurale principale ale ţesutului nervos sunt reprezentate de: - neuroni, celule specializate, alcătuite dintr-un corp celular şi un număr variabil de prelungiri. Spaţiul dintre neuronii din sistemul nervos central ocupat de prelungirile neuronale şi de celulele gliale cu prelungirile lor se numeşte neuropil. - celule gliale (nevroglii sau celule de susţinere), elemente auxiliare ale ţesutului nervos, care sunt în contact intim cu neuronii; ele nu au rol în transmiterea impulsului nervos, ci doar de izolator electric. Celulele gliale au rol esenţial în funcţia şi supravieţuirea celulelor nervoase, asigurând protecţia mecanică, schimburile metabolice dintre neuroni şi sânge şi secreţia de mielină. - microglii, macrofagele sistemului nervos central (SNC), cu originea în măduva osoasă - celule stem, ce participă la dezvoltarea, reînnoirea permanentă şi regenerarea ţesutului nervos. Conform unor cercetări recente, ele ar putea fi o sursă promiţătoare de noi celule nervoase pentru reparaţia ţesutului nervos. Toate aceste celule, împreună cu elemente ale ţesutului conjunctivo-vascular participă la formarea: - sistemului nervos central (SNC): creier şi măduva spinării - sistemului nervos periferic (SNP): nervii cranieni, nervii spinali şi ganglionii nervoşi.
Marcheri imunohistochimici ai ţesutului nervos Celulele nervoase şi gliale, normale şi neoplazice, pot fi identificate şi prin metode IHC cu ajutorul unor anticorpi orientaţi împotriva unor componente structurale ale acestora: - anticorpi anti-NFPs (Neurofilament Proteins), neurofilamentele reprezentând conponentele majore ale citoscheletului celulelor nervoase, cu structură chimică diferită în pericarion faţă de prelungirile neuronale; sunt folosiţi în diagnosticul tumorilor sistemului nervos central şi periferic. - anticorpi anti-proteina S100, proteină implicată în metabolismul intracelular al calciului. În ţesutul nervos, este prezentă în melanocite, neuroni, celule Schwann. Anticorpii anti-proteina S100 sunt folosiţi pentru diagnosticul tumorilor provenite din aceste celule, mai ales al melanomului (tumoare malignă a melanocitelor) şi a tumorilor tecilor nervilor periferici (schwannoame). - anticorpi anti-NSE (Neuron-Specific Enolase), o enzimă glicolitică prezentă în neuroni şi celulele neuroendocrine; pot fi utilizaţi, împreună cu alţi marcheri tumorali, în diagnosticul tumorilor cu origine nervoasă şi neuroendocrină - anticorpi anti-sinaptofizină, o glicoproteină prezentă în membrana veziculelor presinaptice; sunt marcheri utili în diagnosticul tumorilor de origine nervoasă şi a tumorilor neuroendocrine - anticorpi anti-GFAP (Glial Fibrillary Acidic Protein), constituent major al citoscheletului astrocitelor; sunt marcheri ai tumorilor cu origine în astrocite (astrocitoame), dar şi ai altor tumori cu origine în alte celule gliale (oligodendroglii, celule ependimare) - anticorpi anti-cromogranine, un grup de proteine din membrana granulelor neurosecretorii, prezente în celulele neuroendocrine şi celulele nervoase. Este cel mai specific marcher al tumorilor neuroendocrine. - anticorpi anti-EMA (Epithelial Membrane Antigen), glicoproteină specifică celulelor epiteliale; sunt marcheri utili în diagnosticul unor tumori nervoase (meningioame şi ependimoame), demonstrând şi caracterul epitelial al acestora.
155 Ţesutul nervos
Neuronul Neuronul sau celula nervoasă reprezintă unitatea morfologică şi funcţională a ţesutului şi sistemului nervos, unitate independentă anatomic şi funcţional, cu caractere morfologice complexe (fig. 111). Neuronii sunt celule cu dimensiuni foarte variate: neuroni foarte mari, giganţi, cu diametru de până la 125 µ (celulele piramidale Betz din scoarţa cerebrală, neuronii motori din măduva spinării), şi neuroni foarte mici, de 4-8 µ (celulele granulare din scoarţa cerebeloasă). Majoritatea neuronilor au dimensiuni intermediare, între aceste limite. Numărul neuronilor este enorm: 1010-1011 (numai în creierul uman ar fi aproximativ 12-18 miliarde) din care numai 4-10% sunt funcţionali. Restul celulelor nervoase vor înlocui neuronii dezintegraţi şi distruşi sub influenţa unor factori fiziologici (îmbătrânire) sau patologici, fapt de o deosebită importanţă, deoarece neuronul este o celulă lipsită de capacitatea de a se divide. Majoritatea neuronilor sunt prezenţi deja la naştere, numărul şi complexitatea conexiunilor interneuronale crescând în perioada postnatală.
A
B
Figura 111. Structura generală a neuronului. A. Reprezentare schematică: 1 – pericarion, 2 – dendrite, 3 – axon (modificat după Maillet, 1977); B. Imagine histologică.
Clasificarea neuronilor Clasificarea neuronilor se face în funcţie de aspectul morfologic şi funcţia lor. Din punct de vedere morfologic clasificarea neuronilor se poate face după trei criterii. După forma pericarionului, care este determinată de numărul prelungirilor, deosebim: - neuroni sferici (neuron unipolar) - neuroni fusiformi (neuron bipolar) - neuroni piriformi (celula Purkinje) - neuroni piramidali (celula Betz) - neuroni stelaţi (neuron multipolar). După lungimea axonului, ce poate varia, de la câţiva milimetri până la un metru, neuronii pot fi:
156 Ţesutul nervos
- de tip Golgi I, care au un axon lung, ce se termină la distanţă de pericarion, în altă parte a sistemului nervos sau în alte ţesuturi (piele, muşchi). Astfel de neuroni sunt neuronii motori din măduva spinării, celulele piramidale mari din cortexul cerebral etc (fig. 112).
Figura 112. Neuron tip Golgi I (modificat după Maillet, 1977). 1 – dendrite, 2 – corp celular, 3 – axon.
- de tip Golgi II, cu un axon scurt, care se ramifică în apropierea pericarionului, şi care sunt neuroni de asociaţie (fig. 113).
Figura 113. Neuron tip Golgi II (modificat după Maillet, 1977). 1 – axon, 2 – corp celular, 3 – dendrite.
După polaritatea neuronului, ce se reflectă în organizarea spaţială a prelungirilor: - neuroni unipolari (anterior denumiţi neuroni pseudounipolari) sunt celule nervoase derivate din neuroblaşti bipolari (precursori ai celulelor nervoase), la care în cursul embriogenezei a avut loc fuzionarea celor două prelungiri. Sunt neuroni cu un corp celular rotund, din care porneşte o singură prelungire, ce se bifurcă în vecinătatea pericarionului în două ramuri lungi, un axon şi o dendrită (fig. 114). Transmiterea impulsului nervos se face dinspre dendrită înspre axon, fără a trece prin corpul celular. - neuroni bipolari, de formă ovalară sau alungită, cu două prelungiri diametral opuse, o prelungire dendritică şi una axonică (retină, mucoasa olfactivă) (fig. 115)
157 Ţesutul nervos
- neuroni multipolari, majoritari, au formă stelată, cu două sau mai multe dendrite şi un axon (neuronii motori din măduva spinării) (fig. 116). Din punct de vedere funcţional, neuronii pot fi clasificaţi în: - neuroni motori (eferenţi, efectori): celule în general mari, multipolare, cu axonul lung, care transmit impulsul de la sistemul nervos central la celulele efectoare (de exemplu neuronii piramidali din scoarţa cerebrală, neuronii motori din cornul anterior al măduvei spinării) - neuroni senzitivi (aferenţi, receptori), situaţi în afara SNC, care preiau şi transmit impulsul de la receptori la sistemul nervos central (de exemplu neuronii din ganglionul spinal) - neuroni de asociaţie (interneuroni sau neuroni intercalari, neuroni centrali), care se interpun între neuronii motori şi senzitivi (de exemplu neuronii mici de tip Golgi II) şi formează o reţea de comunicare şi de integrare. Se estimează că peste 99,9% din neuroni aparţin acestei reţele de integrare. - neuroni secretori sau celule neurosecretorii (de exemplu neuronii din nucleul supraoptic şi paraventricular din hipotalamus). Prezintă în citoplasmă granule secretorii cu dimensiuni şi conţinut variabil, ocitocină, vasopresină, somatostatina, CRH (Corticotropin-Releasing Hormone), TRH (Thyrotropin-Releasing Hormone).
Figura 114. Neuron unipolar (modificat după Maillet, 1977).
Figura 115. Neuron bipolar (modificat după Maillet, 1977).
Figura 116. Neuron multipolar (modificat după Maillet, 1977).
Structura şi ultrastructura neuronului Neuronul este constituit din corp celular, numit pericarion (somă) şi două tipuri de prelungiri, care pornesc din pericarion (fig. 111): - dendrite, în număr variabil, în general mai scurte, ce constituie zona receptoare, celulipetă, de recepţionare a stimulului şi transmitere spre pericarion - axon, totdeauna unic, în general mai lung, reprezentând zona efectoare, ce transmite impulsul celulifug, de la pericarion la alţi neuroni sau celule efectoare.
158 Ţesutul nervos
În SNC, pericarionul se găseşte în substanţa cenuşie, iar prelungirile acestuia le întâlnim în substanţa albă. În cazul sistemului nervos periferic, pericarionii se găsesc numai în ganglionii spinali, vegetativi şi în unele organe senzoriale (mucoasa olfactivă, retina), iar prelungirile neuronale fac parte din structura nervilor periferici.
Pericarionul Pericarionul sau corpul celular reprezintă centrul trofic şi receptor al celulei şi este partea neuronului formată din membrană celulară (neurolemă), nucleu şi citoplasmă (neuroplasmă), fără prelungiri. Membrana celulară, neurolema, are o grosime de 7,5 nm, este de tip comun: trilaminară, de natură lipoproteică, bogată în enzime (ATP-aza), cu pompe pentru sodiu şi potasiu, 5nucleotidază, precum şi receptori specifici. Neurolema este dublată la exterior de o membrană bazală precum şi de membranele expansiunilor celulelor gliale. Nucleul este unic, voluminos, rotund sau ovalar, eucrom şi dispus central, cu granule mari de heterocromatină, cu un nucleol mare, dens şi bine vizibil (fig. 117). Caracterul eucrom al nucleului şi prezenţa nucleolilor constituie indiciile unei activităţi metabolice intense. Nucleii hipercromi cu nucleoli greu vizibili, indică o activitate metabolică redusă. Rareori, se pot întâlni şi neuroni cu doi nuclei (în ganglionii senzitivi şi simpatici). Citoplasma sau neuroplasma pericarionului conţine organite comune, organite specifice, elementele filamentoase ale citoscheletului, precum şi incluziuni citoplasmatice (fig. 117 A).
A
B
Figura 117. Structura pericarionului. A. Reprezentare schematică: 1 – corpi Nissl, 2 – dendrită, 3 – mitocondrii, 4 – aparat Golgi, 5 – nucleu, 6 – nucleol, 7 – conul de emergenţa al axonului, 8 – axon, 9 – neurotubuli şi neurofilamente, 10 – prelungirile celulelor gliale (modificat după Maillet, 1977); B. Imagine histologică.
Organitele comune - mitocondriile, prezente în număr mare, sunt răspândite atât în citoplasma pericarionului, cât şi în prelungirile sale, mai cu seamă în axon (în special în butonii terminali) - aparatul Golgi, prezent în toate celulele nervoase, este voluminos şi dispus în jurul nucleului, sub formă de reţea, dar lipseşte în dendrite şi axoni. Complexul Golgi este implicat în glicozilarea
159 Ţesutul nervos
proteinelor sintetizate în RER şi împachetarea produşilor de secreţie în vezicule secretorii, veziculele sinaptice. - REN, relativ abundent în pericarion dar şi în dendrite şi axon, formează o reţea. Are rol în sechestrarea calciului şi a proteinelor. Poate constitui şi o cale de distribuţie a calciului şi proteinelor, precum şi a veziculelor sinaptice în cadrul celulei. - lizozomii se găsesc dispersaţi în întreaga neuroplasmă. Numărul lor este variabil şi creşte în paralel cu vârsta. - centrul celular (centrozomul) este prezent numai în celulele tinere (neuroblaşti) şi lipseşte în mod obişnuit în celulele adulte, care nu se divid. Organite specifice Organitele specifice ţesutului nervos sunt reprezentate de granulaţiile Nissl şi neurofibrile, componente ale citoscheletului celular. - granulaţiile Nissl (corpii Nissl sau substanţa tigroidă) sunt structuri intracitoplasmatice vizibile în microscopia optică, ce se colorează intens bazofil cu coloranţi bazici (albastru de toluidină). Se dispun variabil, fie sub formă de granulaţii mari, grosolane, neregulate, în neuronii mari (neuronii motori din măduva spinării, neuronii din ganglionul spinal), fie sub formă de granulaţii mici, fine, pulverulente în neuronii mici, conferind neuroplasmei un aspect pătat (de unde şi denumirea de substanţă tigroidă). Granulaţiile sunt prezente în pericarion şi în dendrite, dar lipsesc din axon şi conul său de emergenţă (fig. 118).
A
B
Figura 118. Granulaţiile Nissl: dispoziţie şi structură. A. Reprezentare schematică: 1 – granulaţii Nissl din pericarion, 2 – granulaţii Nissl din dendrite, 3 – con de emergenţă şi axon fără granulaţii Niss, 4 – ribozomi şi cisterne din structura granulaţiilor Nissl (modificat după Maillet, 1977); B. Imagine histologică.
Microscopia electronică a arătat că granulaţiile Nissl corespund unor zone de RER foarte dezvoltat, organizat în agregate de cisterne paralele, cu un număr mare de ribozomi liberi şi poliribozomi (fig. 118 A). Printre aceste zone se găsesc reticulul endoplasmic neted şi alte organite.
160 Ţesutul nervos
În RER au loc intense procese de sinteză proteică, mai cu seamă a proteinelor de structură (constituenţi ai plasmalemei, citoplasmei, organitelor, enzimelor), dar şi a celor de export (neurotransmiţători, polipeptide hormonale). Numărul şi aspectul granulaţiilor Nissl este dependent de tipul şi starea funcţională a neuronilor. Pot prezenta modificări atât în condiţii fiziologice, cât şi în caz de leziuni patologice (traumatisme sau oboseala neuronului). Remarcă practică Lezarea neuronului sau stimulii prelungiţi determină un proces de cromatoliză constând din ştergerea până la dispariţia granulaţiilor Nissl, prin reducerea RER şi a conţinutului proteic (fenomen ce caracterizează procesele de îmbătrânire şi de suferinţă neuronală). Reapariţia progresivă a granulaţiilor Nissl indică un proces de regenerare axonală. Contribuţii originale privind cromatoliza, dar şi asupra altor fenomene cum ar fi troficitatea reflexă, neuronofagia şi degenerescenţa retrogradă în cazul secţiunii axonilor, a adus Gheorghe Marinescu (1863 - 1938). Neurolog român şi fondatorul Şcolii Româneşti de Neurologie, a fost printre primii medici din lume care a aplicat metode histochimice şi de electrofiziologie în cercetarea ştiinţifică. Citoscheletul celulei nervoase îndeplineşte funcţii multiple: intervine în menţinerea formei pericarionului şi a prelungirilor acestuia, în creşterea în grosime a axonului, în distribuţia intracelulară şi transportul organitelor şi veziculelor sinaptice şi în neurogeneză. Este constituit din neurofibrile, alături de microtubuli şi microfilamente de actină: - neurofibrilele, mai numeroase în neuronii mari (neuroni motori) decât în cei mici, reprezintă elementul de bază al citoscheletului neuronal. În microscopia optică apar ca structuri fibrilare, cu diametru de 1-2 µ, ce pot fi puse în evidenţă în impregaţii argentice, colorate negru-cafeniu (fig. 119). În microscopia electronică s-a demonstrat că neurofibrilele sunt de fapt filamentele intermediare (diametru de 10 nm), numite neurofilamente, formate dintr-un grup de proteine NFPs (Neurofilament Proteins) cu greutate moleculară diferită. Abundente în pericarion, ele se dispun sub forma unor reţele perinucleare, printre corpii Nissl şi componentele zonei Golgi. La nivelul prelungirilor neuronale, în axoni şi în dendrite, ele se dispun în fascicule paralele între ele. Neurofilamentele reprezintă structuri de suport (citoschelet), având un anumit rol în histogeneza şi orientarea fibrelor nervoase, precum şi în menţinerea formei neuronului şi a prelungirilor sale.
A
B
Figura 119. Citoscheletul celulei nervoase. A. Reprezentare schematică: 1 – neurofibrile, 2 – pericarion, 3 – nucleu cu nucleol, 4 – prelungiri neuronale (modificat după Maillet, 1977). B. Imagine histologică.
161 Ţesutul nervos
- microtubulii (neurotubuli), care au diametrul cuprins între 20-28 nm, sunt similari cu cei din alte celule. Asamblarea şi stabilizarea microtubulilor este asigurată printr-un grup de proteine asociate microtubulilor, MAP1B (Microtubule-Associated Protein 1B), fenomene cu rol important în dezvoltarea (neurogeneză) şi funcţionarea sistemului nervos. Microtubulii se găsesc atât în pericarion, cât şi în prelungiri, fiind mai numeroşi în axoni, mai ales în conul de emergenţă. Realizează contracţii pulsatile ritmice, fiind implicaţi în producerea curenţilor citoplasmatici, dar şi în fixarea, respectiv în transportul veziculelor şi organitelor citoplasmatice intraneuronal şi de-a lungul axonilor. Polimerizarea şi depolimerizarea, respectiv autoasamblarea de noi microtubuli, duce la modificarea lungimii lor şi astfel la modificarea formei neuronale. - microfilamentele de actină sunt cele mai subţiri filamente din neuron, cu un diametru de 3-6 nm, care se formează prin polimerizarea actinei G. Majoritatea acestor filamente se leagă de scheletul membranar (proteine filamentare de tip spectrină, distrofină etc.) de pe faţa internă a membranei plasmatice printr-o proteină de ancorare, numită fodrină. La nivelul creierului, actina se găseşte mai ales în spinii dendritici. Incluziunile citoplasmatice sunt structuri granulare ce pot fi: - granule de secreţie (neurosecreţia hipotalamică) - incluziuni lipidice mici ce reprezintă fie un material de rezervă, fie rezultatul unui metabolism patologic - granule de glicogen - granule de pigment: lipofuscina, cel mai frecvent întâlnit pigment; se întâlneşte mai ales în neuronii mari, sub forma unor granule galben-brune, dispuse în grămezi în apropierea nucleului. Cantitatea ei creşte semnificativ cu vârsta, când migrează spre periferia celulei nervoase. Este un produs final al degradării lizozomale. Alţi pigmenţi sunt neuromelanina, pigment negru-cafeniu prezent în anumite zone ale trunchiului cerebral (locus coeruleus, substantia nigra) şi fierul. - corpusculi Marinescu, eozinofili, observaţi mai ales în neuronii pigmentaţi din substantia nigra, dar fără semnificaţie patologică şi al căror număr poate creşte cu vârsta - alţi corpusculi eozinofili, dar cu semnificaţie patologică sunt: corpusculii Lewy (agregate anormale de proteine prezente în neuroplasmă în boala Parkinson) şi corpusculii Hirano (agregate intracelulare de actină şi proteine asociate actinei din boala Alzheimer). Implicaţii în patologie: boli neurodegenerative Boala Alzheimer este o boală degenerativă a cortexului, ce apare în general după vârsta de 65 de ani, dar şi la tineri, consecutiv pierderii de neuroni şi sinapse, cu atrofia regiunii afectate (lob temporal, parietal etc.). Are ca manifestare clinică principală demenţa, caracterizată prin pierderea memoriei, confuzie, agresivitate, afectarea treptată a funcţiilor organismului şi, în final, deces. Boala Parkinson, a doua boală neurodegenerativă a SNC ca şi frecvenţă, fără o cauză specifică cunoscută, ce se caracterizează prin distrugerea de neuroni dopaminergici din substantia nigra, cu acumularea de depozite proteice (proteina α-synuclein) în pericarion (corpi Lewy) şi la nivelul axonilor (neuriţi Lewy). Simptomele tipice sunt tremorul extremităţilor în repaus, accentuat de stările emoţionale, rigiditatea întregii musculaturi, pierderea reflexelor posturale, însoţite de stări depresive, anxietate, apatie, tulburări de somn. Este o boală lent progresivă, fără a fi fatală prin ea însăşi.
Prelungirile neuronale Prelungirile neuronilor, reprezentate de dendrite şi de axoni, sunt expansiuni ale citoplasmei, delimitate de membrana celulară. Dendritele Sunt prelungiri ramificate ale pericarionului, cu rol în recepţionarea stimulilor electrochimici proveniţi din mediul extern sau intern, stimuli ce vor fi conduşi aferent, sub forma influxului
162 Ţesutul nervos
nervos către corpul neuronal sau uneori spre alte dendrite. Împreună cu pericarionul, dendritele constitue câmpul receptor al unui neuron, ce poate recepţiona concomitent mai mulţi stimuli. Numărul şi lungimea dendritelor variază de la neuron la neuron. De regulă, dendritele sunt prelungiri numeroase dar relativ scurte, ce se ramifică bogat în vecinătatea pericarionului, realizând o arborizaţie dendritică. Porţiunea lor iniţială este mai groasă, dar devin din ce în ce mai subţiri pe măsură ce se ramifică. Sunt acoperite de dendrolemă, continuarea neurolemei şi conţin dendroplasmă (citoplasmă). Dendroplasma conţine aceleaşi organite ca şi pericarionul, cu excepţia complexelor Golgi, care se extind doar ocazional în dendrite. Numărul organitelor scade odată cu scăderea diametrului dendritei. Suprafaţa dendritelor este neregulată, cu mici proeminenţe cu aspect spinos, denumite spini dendritici, ce reprezintă expresia morfologică a sinapselor (fig. 120). Numărul lor este mare, dar poate să scadă odată cu înaintarea în vârstă şi în unele boli genetice (trisomia 13, trisomia 21). Axonul Este întotdeauna o prelungire unică, eferentă a pericarionului, cu rol efector, ce conduce impulsul nervos de la corpul celular spre alţi neuroni sau spre celulele efectoare. Axonul (neurit, filament axial) ia parte la formarea sinapsei şi transmite informaţii eferente sub formă de potenţial de acţiune. Rar, întâlnim şi celule nervoase care nu au axon (celulele amacrine ale retinei), respectiv neuroni la care axonul poate lua naştere din baza unei dendrite principale. Spre deosebire de dendrite, axonul are o suprafaţă netedă şi îşi păstrează diametrul de 0,02-0,2 µ, pe toată lungimea sa, realizând o structură cilindrică. Axonul porneşte din pericarion, dintr-o regiune de formă piramidală, mică, numită con de emergenţă (hilul axonului) sau con de implantare (fig. 120). Pe parcurs, axonul poate emite colaterale, desprinse în unghi drept. Unele ramuri se desprind chiar în vecinătatea corpului celular, şi ulterior fie se reîntorc înspre corpul celular, colaterale recurente, fie se orientează în direcţia terminaţiei axonale. După un traiect mai mult sau mai puţin lung, porţiunea terminală a axonului se ramifică bogat. Extremitatea fiecărei terminaţii prezintă o mică dilataţie, numită buton terminal, structură implicată în organizarea unei sinapse (fig. 120). Axonul este învelit de axolemă şi conţine axoplasmă, în care se regăsesc toate organitele prezente în pericarion, cu excepţia complexului Golgi şi a granulaţiilor Nissl, care lipsesc atât în axon, cât şi în conul de emergenţă. El conţine şi elementele citoscheletului: numeroşi neurotubuli şi neurofilamente ce se dispun longitudinal. Axolema este înconjurată de o membrană bazală, şi uneori de teaca de mielină, o structură elaborată de celule gliale specializate. Segmentul iniţial al axonului, situat imediat după vârful conului de emergenţă este lipsit de teaca de mielină şi se caracterizează printr-un prag mai scăzut de excitabilitate. Unele componente structurale ale axonului sunt implicate în transportul neurotransmiţătorilor şi al proteinelor de structură necesare pentru menţinerea integrităţii morfo-funcţionale a celulei nervoase, a căror sinteză are loc în pericarion. Acest proces se realizează prin intermediul sistemului de transport axonal, care poate avea loc în două direcţii: transport anterograd, de la pericarion la periferie, sau transport retrograd, de la periferie la pericarion. Calea de transport retrograd este folosită şi de toxine (toxina tetanică) şi viruşi neurotropi (de exemplu virusul Herpes simplex, virusul rabic) pentru a ajunge prin nervii periferci la nivelul SNC. Această proprietate se poate folosi şi în cercetare pentru a detecta, cu ajutorul unor substanţe imunomarcate, diferitele căi nervoase şi relaţiile dintre pericarioni şi terminaţii nervoase specifice. Integritatea şi funcţia axonilor este dependentă de sinteza proteică de la nivelul pericarionului şi de transportul axonal. De exemplu, în cazul secţionării axonului, segmentul său distal, care nu mai păstrează legătura cu pericarionul, degenerează şi moare.
163 Ţesutul nervos
Figura 120. Prelungirile neuronale (modificat după Maillet, 1977). SNC – sistem nervos central, SNP – sistem nervos periferic, SC – substanţa cenuşie, SA – substanţa albă, 1 – dendrite cu spini dendritici, 2 – pericarion, 3 – conul de emergenţă al axonului, 4 – segment iniţial al axonului, 5 – colaterală emisă de axon, 6 – axon sau filament axial, 7 – teaca de mielină, 8 – oligodendrocit, 9 – teaca Schwann, 10 – nucleu al celulei Schwann, 11 – arborizaţie terminală a axonului, 12 – butoni terminali.
Sinapsele În neuron, influxul (impulsul) nervos este condus întotdeauna în sens unic: de la dendrite (celulipet) la corpul celular, iar de la acest nivel prin axoni (celulifug) la alţi neuroni sau celule efectoare (celule musculare sau glande). Contactele dintre neuroni, sau dintre neuroni şi celule efectoare, se realizează prin joncţiuni specializate numite sinapse. Contactele dintre neuroni se pot realiza şi prin joncţiuni aderenţiale, similare celor din ţesutul epitelial, care au mai ales rol de consolidare şi menţinere în poziţie a neuronilor, fără a fi implicate în transmiterea impulsului nervos. În sistemul nervos central sinapsele sunt localizate exclusiv în substanţa cenuşie, iar în sistemul nervos periferic, în ganglionii autonomi (simpatici şi parasimpatici) şi în organele periferice (receptoare sau efectoare). De obicei, sinapsele se realizează între axon şi dendrite (sinapse axo-dendritice) sau între axon şi corpul celular al unui alt neuron (sinapse axo-somatice). Există însă şi alte tipuri morfologice de sinapse: între axoni (axo-axonale) sau între dendrite (dendro-dendritice), şi mai rar, între
164 Ţesutul nervos
dendrite şi corpul neuronului vecin (dendro-somatice) sau între pericarionii a doi neuroni (somato-somatice) (fig. 121). Se pot realiza sinapse şi între celulele receptoare şi neuroni (epitelii senzoriale), sau între neuroni şi celule efectoare (fibre musculare: placa motorie, celule glandulare). După sistemul de transmitere a impulsului nervos şi mecanismul de declanşare a potenţialului de acţiune deosebim două tipuri de sinapse: sinapse electrice şi sinapse chimice. Sinapsele electrice, mai rare la mamifere, sunt prezente la nivelul trunchiului cerebral, cortexului şi în retină. Din punct de vedere ultrastructural şi molecular sunt joncţiuni distanţate, de tip gap (nexus), care permit schimburi ionice intercelulare bidirecţionale. În ţesutul nervos uman schimburile sunt unidirecţionale, de la un neuron la altul, transmiterea prin aceste sinapse fiind foarte rapidă. Sinapsele chimice reprezintă marea majoritate a sinapselor existente în organismul uman, responsabile de transmiterea impulsului nervos prin mediatorii chimici, numiţi neurotransmiţători şi neuromodulatori.
Figura 121. Reprezentarea schematică a unui neuron cu diferitele tipuri de sinapse şi a barierei hematoencefalice (modificat după Welsch, 2003). 1 – astrocit, 2 – dendrită, 3 – pericarion, 4 – teaca de mielină, 5 – axon (neurit), 6 – capilar, 7 – prelungirea astrocitului, 8 – oligodendroglie, A – sinapsă la nivelul spinilor dendritici, B – sinapsă axo-dendritică, C – sinapsă axo-axonală, D – sinapsă axo-somatică.
Structura şi ultrastructura sinapsei chimice Sinapsa chimică tipică prezintă trei componente: componenta presinaptică, care conţine şi eliberează mediatorii chimici, componenta postsinaptică, care conţine receptorii pentru neurotransmiţători şi fanta sinaptică sau spaţiul intersinaptic, spaţiu intercelular de 20-30 nm, ce conţine glicoproteine şi glicozaminoglicani. Componenta presinaptică este reprezentată de butonul presinaptic sau butonul terminal, cu un diametru de 0,4-4 µ. Este porţiunea mai scurtă şi dilatată, în formă de bulb (de clopot, de coş sau de măciucă) a segmentului terminal al fibrei nervoase (de obicei terminaţie axonică), care la acest nivel îşi pierde teaca de mielină şi teaca celulelor Schwann, fiind delimitat doar de axolemă. Porţiunea axolemei care vine în contact direct cu fanta sinaptică se numeşte membrană presinaptică. Axoplasma butonului terminal conţine (fig.122): - un număr relativ mare de mitocondrii, care furnizează ATP-ul necesar menţinerii potenţialului de acţiune şi reacţiilor moleculare de eliberare a transmiţătorilor - elemente ale citoscheletului
165 Ţesutul nervos
- câţiva tubuli scurţi de REN - vezicule sinaptice - câteva granule de glicogen. Cele mai importante elemente structurale ale componentei presinaptice sunt veziculele sinaptice şi membrana presinaptică. Veziculele sinaptice se formează în pericarion, la nivelul granulaţiilor Nissl şi a aparatului Golgi, de unde migrează de-a lungul axonului în sens distal, spre terminaţia acestuia. Sunt structuri cu diametrul de 30-100 nm, delimitate de o membrană. Membrana veziculelor sinaptice prezintă pe suprafaţă un factor proteic numit NSF (N-ethyl-maleimide-Sensitive Factor), ATP-dependent, cu rol în fuzionarea veziculelor cu membrana presinaptică, proteine fixatoare de calciu (sinaptotagmina) şi alte glicoproteine (sinaptofizina).
Figura 122. Structura sinapsei (modificat după Junqueira, 2002). 1 – teacă de mielină, 2 – microtubul, 3 – microfilamente, 4 – axon, 5 – vezicule sinaptice, 6 – componenta presinaptică (buton terminal), 7 – neurotransmiţători, 8 – fanta sinaptică, 9 – componenta postsinaptică, 10 – densitate postsinaptică, 11 – receptori.
Veziculele sinaptice conţin neurotransmiţători, neuromodulatori şi proteine specifice. Neurotransmiţătorii apar sub formă de vezicule mici, sferice sau ovale (fig. 122), având diametrul de 40-50 nm şi un conţinut omogen şi electronoclar, mai rar electronodens; în marea lor majoritate se dispun în vecinătatea zonei active a membranei presinaptice. Stimularea prin neurotransmiţători este rapidă (sub 1 m/s). Există o mare varietate de neurotransmiţători, şi în consecinţă o mare varietate de sinapse, a căror denumire se face în funcţie de tipul neurotransmiţătorului: - acetilcolina, la nivelul joncţiunii neuromusculare şi al unor sinapse din SNC (sinapse colinergice) - catecolaminele: adrenalina, specifică SNC, noradrenalina sintetizată de neuroni adrenergici ai SN autonom, dopamina (sinapse adrenergice, noradrenergice şi dopaminergice) - serotonina, histamina (sinapse serotoninergice, histaminergice) - acidul γ-aminobutiric (GABA), cu rol inhibitor (sinapse GABA-ergice). Neuromodulatorii prezenţi în veziculele mari, au diametru cuprins între 70 şi 280 nm, cu o zonă centrală electronodensă, separată de membrană printr-un halou clar. Aceste vezicule se dispun la distanţă de membrana presinaptică. Proteinele specifice necesare funcţionării sinapsei sunt: - cromogranina, conţinută în ambalajul neurotransmiţătorilor - sinaptofizina, glicoproteină a membranei veziculare.
166 Ţesutul nervos
Remarcă practică Neuromodulaţia este procesul prin care variate clase de neurotransmiţători ai sistemului nervos reglează diverse populaţii de neuroni (un neuron se va conecta şi va influenţa activitatea mai multor neuroni prin diferiţi neurotransmiţători). Noţiunea de neuromodulator este un concept relativ nou. Se consideră că neuromodulatorii ar fi nişte neurotransmiţători care, după transmiterea impulsui nervos, nu vor fi recaptaţi de neuronul presinaptic şi nici nu vor fi degradaţi metabolic. Ei rămân timp îndelungat în ţesutul nervos unde influenţează (sau modulează) nivelul general de activitate al creierului. Din acest motiv unii neurotransmiţători sunt consideraţi a fi neuromodulatori. Neuromodulatorii sunt secretaţi de către un mic grup de neuroni şi vor difuza pe arii largi ale sistemului nervos, cu efect asupra mai multor neuroni. Se dispun în vezicule în citoplasma neuronală, şi joacă un rol deosebit în reglarea senzaţiilor şi instinctelor ca durerea, bucuria, foamea, setea, ca şi în reglarea comportametului sexual. Neuromodulatorii pot fi: - neurotransmiţători: acetilcolina, dopamina, noradrenalina, serotonina, histamina - neuropeptide ce pot fi eliberate în fanta sinpatică: endorfine, enkefaline, neuropeptida Y, substanţa P, colecistokinina - neurohormonii eliberaţi de hipotalamus (TRH, somatostatina) şi neurohipofiză (oxitocina, vasopresina) - hormonii elaboraţi de celulele sistemului endocrin difuz, cu localizare digestivă (VIP, bradikinina, colecistokinina, substanţa P, neurotensina). Neuromodulatorii acţionează asupra unor receptori specifici, numiţi receptori metabotropi. Stimularea prin neuromodulatori este mai lentă, cu durată de câteva minute. Neurotrofinele sunt proteine neurotrofice, de exemplu NGF (Nerve Growth Factor), BDNF (BrainDerived Neurotrophin Factor), ce sunt elaborate tot de neuronii SNC. Joacă un rol important în stimularea proceselor de creştere şi a unor funcţii neuronale specifice. Deficitul lor poate duce la diferite tulburări ale funcţiilor neuronului. Membrana presinaptică are o structură complexă ce poate fi evidenţiată prin tehnici speciale (microscopie electronică de transmisie, de baleiaj, crio-fracturare). Suprafaţa internă a membranei presinaptice este mai groasă şi electronodensă, datorită prezenţei unui material dens, asociat cu numeroase mitocondrii. De la nivelul ei se desprind proeminenţe în formă de conuri, orientate înspre interiorul butonului terminal (fig. 123). Această structură complexă a fost denumită densitate presinaptică, şi reprezintă zona activă a sinapsei, la nivelul căreia veziculele presinaptice îşi vor elibera mediatorii chimici în spaţiul intersinaptic. Membrana presinaptică prezintă şi o serie de canale de Ca2+ voltaj-dependente, cu rol important în iniţierea transmiterii impulsului nervos, precum şi o serie de proteine de transport membranar (transportori), cu rol în recaptarea neurotransmiţătorilor din fanta sinaptică. Fanta sinaptică, cu o grosime ce variază între 20-50 nm, face parte din spaţiul extracelular al SNC şi reprezintă spaţiul dintre cele două membrane (pre- şi postsinaptică). Poate conţine un material proteic, electronodens, reprezentat de elementele glicocalixului de pe suprafaţa celor două celule interconectate (glicozaminoglicani, glicoproteine). Pe lângă îngroşările pre- şi postsinaptice, între cele două membrane pot exista şi contacte specializate ca interdigitaţii, desmozomi sau nexus-uri. Componenta postsinaptică a cărei structură nu este încă foarte bine cunoscută, este reprezentată de membrana postsinaptică şi aparatul subsinaptic (fig. 123). Membrana postsinaptică apare în microscopia electronică ca o membrană asimetrică, cu suprafaţa internă electronodensă şi mai groasă decât cea a componentei presinaptice, denumită densitate postsinaptică. Este o specializare a citoscheletului la nivelul sinapsei, identificată iniţial în microscopia optică ca o regiune electronodensă a membranei postsinaptice. Ea conţine
167 Ţesutul nervos
receptori (molecule proteice şi glicoproteice) pentru neurotransmiţători, al căror număr şi poziţie poate varia. Aparatul subsinaptic, situat la mică distanţă de membrana postsinaptică, conţine o reţea filamentară, câteva mitocondrii şi o aglomerare de cisterne aplatizate suprapuse (fig. 123).
Figura 123. Sinapsa (modificat după Maillet, 1977). 2+ 1 – membrana presinaptică, 2 – densitate presinaptică, 3 – canale de Ca voltaj-dependente, 4 – vezicule sinaptice cu neurotransmiţători, 5 – proteină de transport, 6 – fanta sinaptică, 7 – membrana postsinaptică, 8 – receptori, 9 – densitate postsinaptică, 10 – clatrina, 11 – vezicule cu manta.
Transmiterea sinaptică a influxului nervos este un fenomen complex, realizat fie pe cale chimică (sinapse chimice), fie pe cale electrică (sinapse electrice), fie prin ambele mecanisme. Influxul nervos, transmis de-a lungul axonului ca o undă rapidă a unui potenţial de acţiune, va determina depolarizarea membranei plasmatice. Potenţialul negativ creat de impuls de-a lungul membranei va ajunge la nivelul butonului terminal, unde determină deschiderea canalelor de Ca2+ voltaj-dependente, cu un influx de ioni de calciu din spaţiul extracelular. În prezenţa ionilor de calciu se declanşează o cascadă de reacţii ce necesită energie furnizată de ATP şi în urma căreia veziculele sinaptice migrează spre membrana presinaptică, de care apoi se ataşează. Sub influenţa a două proteine din membrana veziculelor sinaptice, sinaptotagmina şi sinaptofizina, are loc fuzionarea celor două membrane (membrana veziculelor sinaptice şi membrana presinaptică) şi eliberarea neurotransmiţătorilor în fanta sinaptică prin fenomene de exocitoză reglată (fig. 123). Majoritatea neurotransmiţătorilor eliberaţi se vor lega de receptorii specifici de pe membrana postsinaptică, element cheie în procesul de transmitere a impulsului nervos, prin care va fi influenţat comportamentul celulei postsinaptice. Legarea de receptorul postsinaptic determină activarea acestuia, cu producerea unui potenţial postsinaptic. La nivelul sinapsei vor avea loc fie fenomene excitatorii (sinapse excitatorii), fie fenomene inhibitorii (sinapse inhibitorii), în funcţie de tipul de neurotransmiţători din fanta sinaptică. Neurotransmiţătorii excitatori (acetilcolina, glutamatul, serotonina) vor deschide receptorii cu canal ionic pentru cationi, ce determină un influx de ioni de Na, urmată de depolarizarea membranei postsinaptice şi crearea unui potenţial de acţiune. Neurotransmiţătorii inhibitori (GABA, glicina) determină deschiderea receptorilor cu canal pentru anioni, ce va duce la un influx de ioni de Cl şi hiperpolarizarea membranei postsinaptice, fără crearea unui potenţial de acţiune.
168 Ţesutul nervos
Neurotransmiţătorii eliberaţi în fanta sinaptică vor fi rapid îndepărtaţi, împiedicându-se astfel o stimulare sau o inhibiţie prelungită a membranei postsinaptice. Ei vor fi preluaţi în butonul presinaptic şi reincluşi în vezicule (glutamat, GABA) sau vor fi descompuşi enzimatic (aceticolina, neuropeptidele). Este posibil ca o parte să difuzeze din fanta sinaptică şi să fie preluaţi de celulele gliale. Fenomenul de reciclare a membranei veziculelor. După eliminarea mediatorului chimic membrana veziculelor este preluată prin endocitoză, este acoperită de clatrină, complex ce poartă denumirea de „vezicule cu manta”. Acestea se ataşează apoi tubulilor REN, unde vor fi reciclate, cu eliberarea clatrinei.
Celulele gliale Sunt celulele de susţinere ale ţesutului nervos, în majoritate de origine neuroectodermică. Celulele gliale sunt mult mai numeroase decât neuronii, în creierul mamiferelor existând de 10 ori mai multe celule gliale decât neuroni. Pe preparatele de rutină se vizualizează doar nucleii lor. Pentru a putea vizualiza forma întregii celule gliale se folosesc metode imunohistochimice sau impregnaţii metalice. Rolul celulelor gliale este complex: - rol nutritiv şi de susţinere pentru neuroni - rol de barieră, prin care separă celulele nervoase de restul organismului - rol de izolator electric pentru corpul şi prelungirile neuronale şi rol în neurotransmisie - controlează compoziţia lichidului extracelular, şi asigură formarea şi menţinerea constantă a unui microclimat, în care neuronii îşi pot exercita funcţiile - rol şi în histogeneză/neurogeneză, prin direcţionarea migrării neuronilor şi producerea de molecule care vor influenţa creşterea axonilor şi dendritelor - rol în producerea tecii de mielină - rol fagocitar, de distrugere a agenţilor patogeni şi de îndepărtare a celulelor nervoase distruse.
Tipuri de celule gliale Celulele gliale sunt diferite în SNC şi SNP. Celulele gliale din SNC sunt: - astrocitele, celulele care asigură suportul fizic şi metabolic al neuronilor din SNC - oligodendrocitele, celulele formatoare de mielină în SNC - celulele ependimare, ce tapetează cavităţile ce conţin lichid cefalorahidian (LCR) - microgliile, celulele fagocitare ale SNC. Celulele gliale ale SNP sunt: - celulele Schwann , celule ce formează mielina nervilor periferici - celulele satelite, celule de susţinere în ganglionii spinali şi vegetativi.
Astrocitele Astrocitele reprezintă 20% din celulele gliale ale SNC. Sunt cele mai mari celule gliale, cu prelungiri numeroase şi lungi dispuse radiar, ce se termină sub forma unor picioruşe (de exemplu pediculii vasculari). Citoplasma astrocitelor, relativ clară, conţine un nucleu sferic, palid, localizat central, toate organitele, incluzii de glicogen şi un citoschelet format din gliofilamente. Acestea sunt specifice pentru nevroglii, sunt bogate în proteină gliofibrilară acidă (GFAP) şi reprezintă echivalentul filamentelor intermediare din alte celule. Se deosebesc două tipuri de astrocite: astrocitele protoplasmatice şi astrocitele fibroase.
169 Ţesutul nervos
Astrocitele protoplasmatice se găsesc în substanţa cenuşie a SNC. Au o citoplasmă granulară, abundentă şi prezintă prelungiri celulare bogat ramificate, scurte şi mai groase decât ale astrocitelor fibroase. Aceste prelungiri vin în contact cu neuronii, vasele de sânge şi pia mater sau acoperă sinapsele (fig. 124).
A
B
Figura 124. Astrocit protoplasmatic. A. Reprezentare schematică: 1 – corp celular cu nucleu, 2 – prelungiri celulare (modificat după Maillet, 1977); B. Imagine histologică.
Astrocitele fibroase, întâlnite în special în substanţa albă a SNC, prezintă prelungiri mai puţine, lungi, subţiri şi netede, care se ramifică rar. Corpul celular este ceva mai mic, cu un nucleu cu cromatina mai densă. Citoplasma mai palidă, cu mai puţine organite, prezintă gliofilamente, atât în corpul celular cât şi în prelungiri, mai numeroase decât astrocitele protoplasmatice (fig. 125).
A
B
Figura 125. Astrocit fibros. A. Reprezentare schematică: 1 – corp celular cu nucleu, 2 – prelungiri celulare (modificat după Maillet, 1977); B. Imagine histologică.
Rolul astrocitelor Rol de barieră: prin prelungirile lor, astrocitele participă la realizarea unor bariere ce separă ţesutul nervos de restul organismului. Acestea sunt: - bariera hemato-encefalică ce intervine în schimburile dintre sânge şi ţesutul nervos. Este un sistem format de prelungirile celulelor gliale, numite pediculii vasculari sau picioruşe vasculare, care înconjoară complet, sub forma unui manşon, toate capilarele. Între membrana bazală a capilarelor şi învelişul astrocitar se menţine un mic spaţiu (fig. 126). Astfel, componentele
170 Ţesutul nervos
barierei hemato-encefalice sunt reprezentate de: manşonul realizat de picioruşele astrocitelor, membrana bazală şi endoteliul capilar, cu spaţiul dintre ele. - glia limitans, barieră relativ impermeabilă care înveleşte întreg SNC. Apare sub forma unui înveliş realizat de către prelungirile celulelor gliale, aflate în contact direct cu celulele piei mater.
A
B
Figura 126. Bariera hemato-encefalică. A. Reprezentare schematică: 1 – astrocit, 2 – capilar, 3 – prelungire astrocit, 4 – corp neuronal (modificat după Welsch, 2003); B. Imagine histologică.
Rol în modularea transmisiei nervoase. Prelungirile astrocitare se insinuează printre neuroni, ajungând în contact intim cu pericarionul şi prelungirile acestora, unde realizează un sistem de tip teacă în zonele lipsite de mielină (nodurile Ranvier, terminaţiile axonale). Prezenţa acestei teci şi la nivelul fantei sinaptice asigură o selecţie a transmisiei nervoase, prin blocarea difuziunii neurotransmiţătorilor, cu menţinerea lor în fanta sinaptică, sau cu îndepărtarea excesului de neurotransmiţători prin pinocitoză Rol metabolic: astrocitele furnizează substanţele nutritive necesare neuronilor. Astrocitele pot depozita glicogen, ca sursă de energie, asigurând echilibrul metabolic al celulelor nervoase. Rol de reglare a concentraţiei de ioni din spaţiul extracelular: astrocitele menţin homeostazia la nivelul SNC, prin reglarea compoziţiei chimice şi ionice a mediului extracelular cu ajutorul pompelor şi transportorilor de ioni: captarea şi îndepărtarea ionilor de K în exces (ce ar putea duce la o depolarizare nedorită), a neurotransmiţătorilor (glutamat, GABA) difuzaţi din fanta sinaptică, precum şi menţinerea balanţei de ioni de Ca în ţesutul nervos. Rol secretor: secretă un factor neurotrofic, GDNF (Glial cell - Derived Neurotrophic Factor), cu rol important în supravieţuirea şi diferenţierea neuronilor dopaminergici şi a neuronilor motori, ca şi în prevenirea apoptozei neuronale în cazul lezării axonilor. Produc şi aşa-numiţii gliotransmiţători, ce facilitează comunicarea dintre neuroni şi alte celule gliale. Intervin şi în procese de reparaţie a ţesutului nervos: în cazul unor leziuni neuronale ale SNC, astrocitele sunt capabile să fagociteze neuronii lezaţi şi să formeze o cicatrice glială, în locul neuronilor care nu sunt capabili de regenerare. Implicaţii în patologie În cazul unor leziuni la nivelul SNC astrocitele pot interveni în elaborarea unui ţesut cicatricial, care poate determina apariţia periodică a unor crize epileptice. Glioamele sunt tumori frecvente ale SNC, cu origine glială. După tipul de celulă glială interesată pot fi: astrocitoame, glioblastoame, ependimoame, oligodendroglioame, oligoastrocitoame etc. Simptomatologia este în funcţie de localizarea acestor tumori: cele cu localizare la nivelul creierului pot cauza cefalee, greaţă, vărsături, convulsii datorită creşterii presiunii intracraniene; cele de la nivelul nervului optic pot duce la pierderea vederii; iar cele care afectează măduva spinării sunt însoţite de durere, slăbiciune şi paralizii ale membrelor.
171 Ţesutul nervos
Oligodendrocitele Oligodendrocitele, cele mai numeroase celule gliale ale SNC (aproximativ 75%), se găsesc atât în substanţa cenuşie cât şi în cea albă. Deosebim oligodendrocite: - mielinizante sau interfasciculare, dispuse în substanţa albă, în jurul axonilor. Prin prelungirile lor formează teaca de mielină în sistemul nervos central, similar celulelor Schwann din nervii periferici, cu rol în izolarea electrică. Sunt celule mici, rotunde, cu citoplasmă întunecată, lipsită de gliofilamente. Prezintă prelungiri citoplasmatice ce se întind spre mai mulţi axoni adiacenţi, în jurul cărora formează segmente scurte de teacă de mielină (grosime de 1 mm). Exprimă proteina S100. - non-mielinizante sau celule satelite, se găsesc în substanţa cenuşie, în jurul corpului celular al neuronului.
Celulele ependimare Celulele ependimare (ependimocitele) sunt celule care îşi au originea în stratul intern al tubului neural şi delimitează cavităţile umplute cu lichid cefalorahidian din SNC, ventriculii şi canalul central al măduvei spinării. Se aşează adiacent una alteia, realizând o dispoziţie pseudoepitelială, similară unui epiteliu simplu cubic sau prismatic înalt. Între celule întâlnim joncţiuni de tip zonula adherens. Spre deosebire de epitelii, celulele ependimare nu se dispun pe o membrană bazală. Sunt celule polarizate, având un pol apical şi un pol bazal. La suprafaţa apicală prezintă un număr variabil de cili, cu rol în propulsarea lichidului cefalorahidian în interiorul ventriculilor. Tot aici se găsesc şi microvilozităţi ce intervin în procese de absorbţie şi secreţie a LCR (fig. 127).
A
B
Figura 127. Celula ependimară. A. Reprezentare schematică: 1 – nucleu cu nucleol, 2 – RER, 3 – mitocondrie, 4 – aparat Golgi, 5 – REN, 6 – lizozom, 7 – microvilozitate, 8 – cil, 9 – rădăcina cilului (modificat după Maillet, 1977); B. Imagine histologică.
Polul bazal, cu numeroase invaginaţii, se îngustează treptat şi se ramifică într-un strat subiacent format din prelungiri astrocitare, cu care stabilesc contacte. De la nivelul polului bazal porneşte şi o prelungire citoplasmatică ce pătrunde pe distanţe variabile în ţesutul nervos. În zonele mai înguste ale ţesutului nervos, prelungirile pot ajunge pâna la pia mater. Se realizează astfel două membrane limitante: una internă, formată din corpul celulelor ependimare, cu rol de tapetare, şi una externă, localizată sub pia mater, formată din fuzionarea expansiunilor celulare.
172 Ţesutul nervos
Citoplasma celulelor ependimare prezintă un număr mare de mitocondrii şi filamente intermediare, iar nucleul, cu cromatina granulară, are formă de bastonaş şi se dispune în treimea inferioară a celulelor (fig. 127). În ventriculii cerebrali întâlnim celule ependimare speciale, ce participă la formarea epiteliului plexurilor coroide. Sunt celule transformate morfologic, legate între ele prin joncţiuni tip zonula occludens şi care prezintă apical numeroase microvilozităţi caracteristice. Au rol de secreţie a LCR şi de transport al acestuia. Tanicitele sunt celule ependimare de tip particular, care ar asigura circulaţia LCR spre celulele neurosecretoare din hipotalamus. Ele prezintă prelungiri bazale lungi, specializate, ce ajung până la nivelul hipotalamusului, unde vin în contact intim cu elementele vasculare şi celulele neurosecretoare. Apical prezintă numai un cil. Rolul celulelor ependimare este variat: - controlează şi reglează circulaţia LCR - asigură schimburi între LCR şi parenchim (tanicite) - secretă hormoni, neuromediatori şi alte molecule din LCR - constituie o nişă pentru celulele stem ale SNC, situate într-un strat numit subependimar ce tapetează ventriculii cerebrali.
Microgliile Microgliile sunt celule mobile, cu rol fagocitar ce aparţin sistemului monocitar-macrofagic, provenind din celule stem din măduva osoasă. Prezente în număr mic la adult, 5-20% din nevrogliile SNC, sunt cele mai mici celule gliale ale sistemului nervos central. Se găsesc mai ales în substanţa cenuşie, dar şi în cea albă, şi se dispun în jurul vaselor sanguine, a neuronilor sau printre fibrele mielinice. Corpul celular este mic, dens şi alungit, cu un nucleu alungit, dens şi intens colorat, spre deosebire de nucleul rotund al altor celule gliale (fig. 128).
Figura 128. Microglie (modificat după Maillet, 1977). 1 – corp celular cu nucleu, 2 – prelungire celulară.
Prezintă prelungiri scurte şi neregulate, acoperite de expansiuni mici, ce le dă un aspect spinos (ar fi echivalentul marginii în perie sau viloase specifice altor celule fagocitare). În citoplasmă găsim numeroşi lizozomi, incluziuni şi vezicule, cantităţi reduse de RER şi elemente ale citoscheletului, filamente de actină, vimentină şi microtubuli. Deosebim: - microglii în repaus, ce sunt celule cu corp mic şi multe prelungiri
173 Ţesutul nervos
- microglii activate, celule cu prelungiri retractate şi un corp celular ovoid, hipertrofiat. Activarea lor se face în cursul dezvoltării SNC, deoarece au rol în eliminarea reziduurilor, dar şi în cazul unor procese inflamatorii, având rol în fagocitoză. Rolul microgliilor: - intervin în procesele reparatorii şi bolile inflamatorii ale SNC: proliferează şi devin active în caz de leziuni sau boli ale SNC - fagocitează atât neuronii uzaţi sau degeneraţi, cât şi resturile provenite din dezintegrarea mielinei, formând corpi granulo-grăsoşi - pot acţiona şi ca celule prezentatoare de antigen, secretând o serie de citokine imunoreglatoare - secretă factorul de proliferare glială, un polipeptid care stimulează proliferarea astrocitelor şi a oligodendrocitelor, în cursul gliogenezei, precum şi pe parcursul formării cicatricilor gliale.
Celulele Schwann Sunt celule aplatizate (cilindrice), cu diametrul în jur de 1 µm. Sunt delimitate de o membrană celulară, acoperită înspre exterior de o membrană bazală. În citoplasmă conţin puţine organite: mitocondrii, aparat Golgi, lizozomi, microtubuli, precum şi un nucleu ovalar, dispus paralel cu axonul. Joncţiunea dintre două celule Schwann se face prin interdigitaţii, vizibile în cadrul fibrei nervoase, la nivelul strangulaţiilor lui Ranvier. Rolul celulelor Schwann: - formează teaca de mielină din jurul axonului şi, mai rar, din jurul dendritelor şi, respectiv, teaca Schwann - intervin în procesele de regenerare a fibrelor nervoase periferice. Celulele satelite Celule satelite sunt celule cu origine şi rol asemănător celulei Schwann, fără să producă însă mielină. Se dispun într-un strat continuu, în jurul neuronilor din ganglionii periferici, spinal şi vegetativ, între pericarion şi capsula acestora; de aceea se mai numesc şi celule capsulare. Ele asigură izolarea electrică a pericarionului, şi contribuie la schimburile metabolice dintre neuron şi mediul adiacent (fig. 129).
Figura 129. Dispoziţia celulelor satelite în jurul neuronilor (modificat după Poirier, 2002). 1 – celule satelite, 2 – neuron
Sunt celule gliale mai mici, aplatizate sau cuboidale cu citoplasmă redusă, bogată în vezicule de pinocitoză, şi nucleu ovalar, bogat în cromatină. Corpul lor celular se află localizat în depresiuni ale suprafeţei neuronilor ganglionari, ce trimit prelungiri digitiforme înspre celulele satelite. Prelungirile neuronale trebuie să pătrundă printre aceste celule pentru a putea realiza sinapse. Celulele satelite înconjoară atât pericarionul cât şi segmentul iniţial al axonului, locul lor fiind apoi preluat de celulele Schwann.
174 Ţesutul nervos
Fibrele nervoase Fibra nervoasă este o structură formată din două componente principale: neuritul sau filamentul axial, prelungirea neuronală care corespunde axonului sau, mai rar, unei dendrite, şi tecile nevroglice din jurul acestuia. În funcţie de natura acestor teci, se descriu: - fibre nervoase mielinice, cu teacă de mielină şi teacă Schwann, prezente în SNP, şi respectiv teacă oligodendrocitară în substanţa albă a SNC - fibre nervoase amielinice, lipsite de teacă de mielină, dar având teacă Schwann, şi care sunt prezente în SNP - fibre nervoase nude, lipsite de orice fel de teacă, fiind formate numai din cilindrax; provin din neuroni de asociaţie cu axon scurt, şi se găsesc în număr mic la nivelul extremităţilor terminale ale ramificaţiilor axonale sau în substanţa cenuşie a SNC. După localizarea lor, deosebim fibre nervoase centrale, dispuse sub forma fasciculelor nervoase în SNC (substanţa albă din creier sau măduvă), şi fibre nervoase periferice, care formează nervii periferici.
Fibrele nervoase mielinice Fibrele nervoase mielinice sunt fibre nervoase care au teacă de mielină. Aceasta este elaborată de celulele Schwann în sistemul nervos periferic şi de oligodendrocite în sistemul nervos central, în cursul mielinogenezei. Fibra nervoasă periferică mielinică Fibra nervoasă periferică mielinică este formată dintr-o prelungire neuronală denumită neurit sau cilindrax, acoperită de 3 teci: teaca de mielină, teaca glială sau teaca Schwann şi teaca endoneurală. Neuritul este componenta centrală a fibrei nervoase, ce poate avea grosimi diferite şi o structură caracteristică originii sale dendritice sau axonice. Teaca de mielină este învelişul ce înconjoară filamentul axial (neuritul) şi apare macroscopic ca un tub de culoare albă - sidefie, omogenă şi strălucitoare. Mielina este un complex lipoproteic ce se dizolvă parţial prin tehnicile histologice clasice, astfel că pe preparatele de rutină apare sub forma unei zone aproape goale, incolore. Prezenţa sa poate fi demonstrată pe preparatele obţinute prin tehnici de congelare şi apoi impregnate cu tetraoxid de osmiu, care conservă mielina şi o colorează în negru (fig. 130).
Figura 130. Fibra nervoasă periferică mielinică.
Teaca de mielină începe în apropierea corpului celular şi se termină la o distanţă de 1-2 µ de extremitatea distală a fibrei nervoase. Ea nu apare ca un tub continuu, ci este alcătuită din
175 Ţesutul nervos
segmente cilindrice succesive, separate din loc în loc, prin discontinuităţi sau zone strangulate, denumite noduri sau strangulaţiile Ranvier (fig. 131). Segmentul de mielină cuprins între două noduri Ranvier succesive, poartă numele de segment internodal şi corespunde unei celule Schwann. Lungimea unui segment mielinic internodal variază în funcţie de grosimea fibrei nervoase şi de vârstă, între 200 μ şi 1,5 mm. Grosimea, între 0,08 şi 0,1 mm, se corelează cu lungimea segmentelor internodale. De-a lungul ei, teaca de mielină prezintă scizuri oblice de formă conică, vizibile la microscopul optic şi denumite incizurile (scizurile) Schmidt-Lantermann (fig. 131). Ele reprezintă distanţări între membranele lamelor de mielină, zone în care citoplasma celulelor Schwann a fost prinsă şi reţinută în interiorul lamelor de mielină în timpul mielinizării. În microscopia electronică teaca de mielină, la nivelul segmentelor internodale, apare constituită dintr-o suprapunere foarte regulată de lame concentrice (fig. 132), concretizate printr-o alternanţă de linii clare şi linii dense. Aceste lame concentrice apar ca urmare a rulării celulei Schwann în jurul neuritului, în cursul procesului de formare a tecii de mielină, prin apoziţionarea şi fuzionarea membranei citoplasmatice a celulei Schwann. Linia densă, denumită linia densă majoră, apare prin fuzionarea suprafeţelor interne ale membranei citoplasmatice, dintre care s-a eliminat citoplasma. Linia clară, denumită linia intraperiodică, apare prin fuzionarea suprafeţelor externe ale membranei citoplasmatice, cu un spaţiu extracelular restant foarte îngust (fig. 133).
Figura 131. Fibra nervoasă periferică mielinică (modificat după Röhlich, 1999). 1 – teaca Henle, 2 – axon (neurit sau filament axial), 3 – teaca de mielină formată din lamele suprapuse, 4 – nucleu al celulei Schwann, 5 – compartiment extern al celulei Schwann, 6 – compartiment intern al celulei Schwann, 7 – nod Ranvier, 8 – incizura Schmidt-Lantermann, 9 – buclă perinodală.
Nodurile Ranvier reprezintă spaţiile şi în acelaşi timp zona de joncţiune dintre celulele Schwann adiacente, care au participat la formarea a două segmente de teacă de mielină. Astfel, la nivelul strangulaţiilor Ranvier teaca de mielină se întrerupe: fiecare lamelă lipoproteică se termină printr-o buclă, ce conţine puţină citoplasmă, şi se dispune în registru pe suprafaţa neuritului, cu care stabileşte joncţiuni. Peste aceste structuri, celulele Schwann adiacente se intrepătrund prin interdigitaţii, formând o coroană citoplasmatică în jurul axonului (fig. 131). La acest nivel se realizează schimburi metabolice şi energetice între citoplasma celulei Schwann şi axoni. Tot la nivelul acestor noduri, iau naştere ramurile colaterale ale axonului, acoperite în această zonă numai de prelungirile citoplasmatice ale celulelor Schwann. Axolema cilindraxului din zona internodală prezintă un strat intern de material dens la fluxul de electroni, o densificare subaxolemală, iar axoplasma este mai bogată în mitocondrii, neurofilamente, granule dense şi mici vezicule. Lamele mielinice sunt formate în proporţie de 75% din lipide complexe (colesterol, fosfolipide, glicolipide) şi 25% din diferite proteine (MBP – Myelin Basic Protein, PMPZZ – Peripherical Myelin Protein ZZ, P0 – Protein 0, MAG – Myelin Associated Protein, connexina 32 - Cx32 şi o moleculă de adeziune celulară, caderina E).
176 Ţesutul nervos
Figura 132. Teaca de mielină, vedere desfășurată (modificat după Maillet, 1977). 1 – axon, 2 – spaţiu periaxonal, 3 – colier intern, 4 – teaca de mielină, 5 – colier extern, 6 – membrana bazală.
Figura 133. Teaca de mielină, secţiune transversală (modificat după Maillet, 1977). 1 – citoplasma celulei Schwann, 2 – mezaxon, 3 – linie densă majoră, 4 – linie intraperiodică.
Remarcă practică Proteinele mielinice majore (MBP) sunt endoproteine prezente în celulele Schwann dar şi în oligodendroglii, cu rol esenţial în mielinizare. În unele boli asociate cu demielinizarea (scleroza multiplă), mecanismul patogenetic principal constă în producerea de anticorpi anti-MBP. Proteina P0, specifică celulelor Schwann, serveşte ca element structural de legare a lamelor adiacente şi, prin aceasta, ca element-cheie în stabilizarea ansamblului tecii de mielină. Defecte în expresia genetică a sintezei acestei proteine de către celulele Schwann au drept consecinţă tulburări grave în mielinizarea nervilor periferici. Funcţiile tecii de mielină sunt complexe: - are un rol trofic şi de protecţie, izolând complet axolema de mediul extracelular pe distanţa unui segment internodal - este un izolator electric, lamelele lipoproteice ale tecii de mielină constituind o barieră pentru ionii necesari conducerii influxului nervos - intervine în accelerarea conducerii impulsului nervos prin conducere „în salturi” (saltatorie), cu economie de material şi energie a acestuia. Această conducere se realizează prin intermediul nodurilor Ranvier, zone de slabă rezistenţă electrică, capabile şi responsabile de declanşarea unui potenţial de acţiune prin depolarizarea membranei. Aici sunt concentrate canalele de sodiu, legate de citoschelet prin filamente de actină, astfel că influxul va fi eliberat numai la nivelul strangulaţiilor Ranvier, acestea fiind singurele zone de comunicare de-a lungul tecii de mielină. Formarea tecii de mielină Teaca de mielină este o structură membranară, multilamelară, elaborată de celulele Schwann. Mecanismul exact al formării tecii de mielină este încă neclar. Iniţial, fibra nervoasă embrionară este lipsită de orice teci, fiind reprezentată numai de prelungirile neuronilor, axon (neurit) sau mai rar dendrite. În cursul dezvoltării, odată cu creşterea în lungime a neuritului, are loc proliferarea celulelor Schwann. Proliferarea celulelor Schwann este iniţiată de contactul cu fibra nervoasă, în prezenţa unor factori stimulatori (IGF-1 şi 2, FGF-1 şi 2, TGF-β) şi factori inhibitori (colagen tip 1, activina). Celulele Schwann se vor aşeza una lângă cealaltă, de-a lungul axonului. Apoi, pe suprafaţa celulelor Schwann va apărea câte o depresiune, în care se va aşeza axonul (fig. 134 A). Se constituie un înveliş celular, în formă de jgheab, în jurul axonului, până în imediata vecinătate a extremităţii terminale. Marginile (buzele) acestui jgheab, rezultate prin apoziţia membranelor celulare externe ale celulei gliale, sunt foarte apropiate, fără însă a fuziona între ele, şi vor forma un mezaxon. Ulterior mezaxonul se va închide (fig. 134 B).
177 Ţesutul nervos
Într-o etapă următoare, una dintre buze, se va înfăşura în jurul axonului, de 3 până la 50 de ori, în funcţie de tipul neuronului. Maniera de înfăşurare este particulară şi constă într-o suprapunere a membranelor celulare, în straturi concentrice, formate dintr-o alternanţă de lamele clare şi întunecate, din care s-a eliminat citoplasma (fig. 134 C). Citoplasma celulei Schwann se va menţine: - în imediata vecinătate a neuritului, sub forma unui inel fin, numit colier intern. Conexiunea dintre feţele externe ale membranelor plasmatice realizează mezaxonul intern (fig. 134 C). Între neurit şi acest colier intern rămâne un spaţiu real foarte mic, spaţiul periaxonal (15-20 nm), care prin intermediul spaţiului mezaxonic (între cele două margini ale depresiunii) comunică în mod liber cu lichidul intercelular al celulei Schwann (fig. 132, 134 D). - similar, la exteriorul tecii de mielină, sub forma colierului extern (un alt inel fin de citoplasmă) (fig. 132, 134 D). La acest nivel, prin fuzionarea feţelor externe ale membranelor plasmatice se constituie mezaxonul extern. Lamela cea mai externă a tecii de mielină este în continuitate morfologică, prin intermediul mezaxonului extern, cu membrana plasmatică a celulei Schwann (fig. 134 D). - sub formă de mici insule, între lamele succesive de mielină, denumite incizurile SchmidtLantermann, considerate defecte de fuzionare ale membranelor plasmatice în procesul de înfăşurare (fig. 131) - în buclele perinodale ale nodurilor Ranvier (fig. 131). Toate aceste zone, traduse prin disociaţii ale liniilor dense majore, permit o comunicare între corpul celulei Schwann şi lamboul mielinic format. Corpul celulelor Schwann va rămâne ataşat pe suprafaţa tecii de mielină sub forma tecii Schwann.
Figura 134 A. Fazele mielinizării (modificat după Junqueira, 2002). 1 – axon, 2 – celula Schwann situată în proximitatea axonului , 3 – nucleu al celulei Schwann.
Figura 134 B. Fazele mielinizării (modificat după Junqueira, 2002). 1 – axon cuprins în jgheabul celulei Schwann, 2 – celula Schwann cu cele două buze apropiate, 3 – nucleu al celulei Schwann, 4 – mezaxon, 5 – spaţiu periaxonal.
Figura 134 C. Fazele mielinizării (modificat după Junqueira, 2002). 1 – axon, 2 – corpul celulei Schwann ce s-a înfăşurat în jurul axonului, 3 – nucleu al celulei Schwann, 4 – mezaxon intern, 5 – mezaxon extern.
Figura 134 D. Fazele mielinizării (modificat după Junqueira, 2002). 1 – axon (neurit), 2 – colier intern, 3 – nucleul celulei Schwann, 4 – colier extern, 5 – teaca de mielină.
178 Ţesutul nervos
Remarcă practică Formarea tecii de mielină începe în viaţa intrauterină şi se continuă şi după naştere până la vârsta de aproximativ doi ani. Rădăcinile nervilor motori sunt deja mielinizate la naştere, dar nervul optic şi rădăcinile senzitive se vor mieliniza doar după 3-4 luni. Tracturile corticospinale necesită un an până la mielinizare completă, iar axonii comisurali ai emisferelor cerebrale au nevoie de 7 ani sau chiar mai mult. În cadrul acestui proces progresiv, instalarea diferitelor funcţii se corelează cu gradul de mielinizare. Implicaţii în patologie: tulburări de mielinizare Integritatea mielinei este afectată în aşa-numitele boli demielinizante. Acestea pot fi de cauză imună (boala Charcot-Marie-Tooth, scleroza multiplă şi boala de demielinizare monofazică), moştenite (adrenoleucodistrofia datorată unui defect genetic ce duce la acumularea de acizi graşi cu lanţuri foarte lungi, VLCFA – Very-Long-Chain Fatty Acids), metabolice (alcoolism, malnutriţie, deficit de vitamină B12) sau induse de virusuri (encefalopatie progresivă multifocală în infecţii virale oportuniste la pacienţi cu imunodeficienţe). Teaca Schwann este cea de a doua structură tubulară ce participă la formarea tecii fibrei nervoase periferice mielinizate. Teaca Schwann este alcătuită din ceea ce rămâne din celulele Schwann după formarea tecii de mielină (fig. 131). La nivelul strangulaţiilor Ranvier, celulele Schwann adiacente sunt solidarizate prin interdigitaţii, care acoperă în parte, buclele terminale ale lamelor mielinice. În microscopia optică, teaca Schwann apare sub forma unui strat subţire de citoplasmă, transparentă, amorfă şi elastică, aplicată pe faţa externă a tecii de mielină. În regiunea perinucleară, plasată în partea mijlocie a celulei, citoplasma este ceva mai abundentă. Nucleul este alungit, ovalar, aşezat paralel cu axul fibrei. Nucleii din mai multe segmente succesive sunt dispuşi totdeauna alternativ, la dreapta şi la stânga fibrei nervoase. În microscopia electronică, se observă în citoplasmă, mai ales în regiunea perinucleară, numeroase mitocondrii, RER, aparat Golgi, lizozomi, incluziuni lipidice, microtubuli şi microfilamente. Teaca endoneurală (anterior denumită şi teacă Henle) înveleşte la exterior teaca Schwann. Între celulele Schwann şi teaca endoneurală există o membrană bazală elaborată de celulele Schwann. Teaca endoneurală este o teacă conjunctivă continuă, ce dispare numai la nivelul terminal al fibrei nervoase. Este o structură formată dintr-o lamă fină de ţesut conjunctiv, ce înconjoară fiecare fibră nervoasă în parte şi care se ataşează de membrana bazală a celulei Schwann. În acest ţesut conjunctiv se observă fibroblaste, macrofage, mastocite, fibre de colagen, de reticulină şi elastice, precum şi capilare. Teaca endoneurală are un rol mecanic, de rezistenţă şi protecţie, şi participă la controlul şi reglarea proceselor de permeabilitate. Fibra nervoasă centrală mielinică Fibra nervoasă centrală mielinică, este lipsită de teaca glială şi teaca conjunctivă endoneurală. Mielina este formată de către prelungirile oligodendrogliilor, în timp ce corpul celulei mieloformatoare rămâne la o oarecare distanţă de fibra nervoasă (fig. 135). Mecanismul de rulare a prelungirilor oligodendrocitului în jurul axonilor nu este încă pe deplin cunoscut. O celulă glială poate forma mai multe segmente de mielină, nu doar unul ca în cazul celulei Schwann. De aceea distanţa între două noduri este mai scurtă, rulourile mielinice sunt mai reduse, iar teaca mai subţire. De asemenea, oligodendrogliile emit mai multe prelungiri care vor edifica teaca de mielină din jurul mai multor axoni. Prelungirile oligodendrocitelor la nivelul nodurilor Ranvier nu prezintă interdigitaţii, astfel încât teaca de mielină la acest nivel, fie va fi acoperită de picioruşele astrocitelor, fie va rămâne neacoperită.
179 Ţesutul nervos
Figura 135. Oligodendrocitul şi modul de formare a tecii de mielină pe trei fibre nervoase centrale mielinice (modificat după Röhlich, 2006). 1 – nucleu, 2 – lizozomi, 3 – mitocondrie, 4 – aparat Golgi, 5 – reticul endoplasmic neted, 6 – reticul endoplasmatic rugos, 7 – gliofilamente, 8 – microtubuli, 9 – axon cu teaca de mielină.
Remarcă practică Din punct de vedere molecular şi respectiv biochimic, mielina din SNC diferă de mielina din jurul fibrelor nervoase periferice. Conţine 70% lipide (galactoceramide) şi 30 % proteine, ce formează molecule specifice ca: - proteolipide (molecule transmembranare ca PLP şi DM20), care asigură coeziunea feţelor externe ale membranelor celulare - MBP (Myelin Basic Protein), care determină fuziunea feţelor interne ale membranelor celulare şi formarea liniei dense majore - MAG (Myelin Associated Glycoprotein) şi MOG (Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein), cu rol de molecule de adeziune şi de recunoaştere. Lipsesc însă molecule glicoproteice P0. Bolile de demielinizare sunt date de insuficienţa sau absenţa anumitor proteine. Între fibra nervoasă centrală mielinică şi cea periferică există următoarele diferenţe: - nodurile Ranvier sunt mai mari, iar segmentele internodale sunt mai scurte; astfel conducerea saltatorie este mai rapidă - lipsesc incizurile Schmidt-Lanterman, citoplasma persistând numai la nivelul colierului intern şi în zona paranodală; la fel, la nivelul tecii de mielină, datorită absenţei laminei externe oligodendrocitare şi distanţării corpului celular de neurit, respectiv neuriţi, stratul situat cel mai superficial este lipsit de citoplasmă.
Fibrele nervoase amielinice Fibra nervoasă periferică amielinică Fibrele nervoase periferice amielinice, sunt caracteristice nervilor vegetativi, fiind numite şi fibre Remack. Teaca de mielină este absentă, neuritul fiind înconjurat numai de teaca glială Schwann şi teaca endoneurală. Teaca Schwann este formată dintr-o succesiune de celule gliale. Spre deosebire de fibra nervoasă periferică mielinică, în acest caz, celula Schwann prezintă la nivelul corpului celular mai multe depresiuni, în care este capabilă să adăpostească unul sau mai mulţi axoni, 5-20 fascicule de axoni, denumite fibre poliaxonale (fig. 136). Depresiunile citoplasmatice comunică prin mezaxon cu mediul extracelular, iar marginile jgheaburilor formate nu fuzionează complet, făcând posibilă comunicarea directă între axolemă şi substanţele extracelulare. Datorită acestui
180 Ţesutul nervos
aranjament, celula glială nu se mai poate roti în jurul fiecărui neurit, ceea ce face imposibilă formarea tecii de mielină în jurul tuturor axonilor. Fibrele nervoase amielinice sunt lipsite de noduri Ranvier, deoarece celulele Schwann învecinate se unesc prin prelungirile lor laterale pentru a forma o teacă continuă.
Figura 136. Fibra nervoasă periferică amielinică (modificat după Röhlich 2006). 1 – nucleul celulei Schwann, 2 – corpul celulei Schwann cu depresiuni citoplasmatice, 3 – axoni.
Fibra nervoasă centrală amielinică Este lipsită de teci, astfel încât axonul vine în contact direct cu prelungirile celulelor gliale sau cu alţi axoni. Asemenea fibre se găsesc în substanţa cenuşie a encefalului şi a măduvei spinării şi vin în contact direct cu prelungirile celulelor gliale sau cu alţi axoni. Remarcă practică Conducerea impulsului nervos Axonii mielinizaţi conduc impulsurile mult mai rapid decât axonii nemielinizaţi. Conducerea de-a lungul axonilor mielinizaţi este saltatorie sau discontinuă, de la un nod Ranvier la următorul. Viteza conducerii saltatorii este dependentă de grosimea tecii de mielină, dar şi de cea a axonului, conducerea impulsului fiind mult mai rapidă în axonii cu diametru mai mare decât în cei subţiri.
Degenerarea şi regenerarea fibrei nervoase Neuronul este o unitate morfo-funcţională şi genetică (fig. 137), care reacţionează ca un întreg. Lezarea pericarionului determină leziuni grave la nivelul prelungirilor sale, care se dezintegrează şi dispar. Toate aceste modificări sunt de tip degenerativ, ele putând fi reversibile şi ireversibile.
Figura 137. Neuron indemn (modificat după Maillet, 1977). 1 – pericarion cu corpi Nissl, 2 – cilindrax, 3 – teaca endoneurală, 4 – teaca Schwann, 5 – teaca de mielină, 6 – placa motorie, 7 – fibra musculară striată.
Astfel, orice alterare a continuităţii dintre fibrele nervoase şi pericarionul propriu (secţionare, compresiune prelungită) determină un proces de degenerare, urmat de tentativa de refacere morfologică şi funcţională, ce implică o serie de reorganizări structurale şi reacţii metabolice, numite reacţie axonală. Reacţia axonală implică trei tipuri de modificări, în raport cu localizarea: - locale, caracteristice strict locului de agresiune
181 Ţesutul nervos
- la nivelul segmentului distal, unde realizează degenerescenţa walleriană - la nivelul segmentului proximal, unde realizează degenerescenţa retrogradă. Degenerescenţa walleriană (anterogradă sau secundară) are loc distal de punctul lezat, pe toată întinderea capătului periferic al nervului. Funcţional, se caracterizează prin dispariţia excitabilităţii şi conductibilităţii nervului respectiv. Structural, se manifestă prin dezintegrarea fibrelor nervoase care şi-au pierdut continuitatea cu pericarionul. Ea se realizează în minimum 4 săptămâni şi interesează filamentul axial, teaca de mielină şi teaca Schwann a fibrei nervoase lezate. În segmentul situat distal leziunii nervului, atât axonul (separat de pericarion), cât şi teaca de mielină degenerează complet, iar resturile lor, în afară de elementele conjunctive şi teaca perineurală, vor fi fagocitate de către macrofage (microglii). În primele 48 de ore neuritul îşi pierde excitabilitatea, devine mai palid şi se retractă. În axoplasmă au loc alterări mitocondriale şi ale citoscheletului, urmate de dezintegrări ale axolemei, ceea ce determină degenerarea şi fragmentarea segmentului distal al axonului, sub formă de „mărgele”. După câteva zile sau o săptămână, se observă fragmentarea tecii de mielină, urmată de apariţia unei mase lipidice pe traiectul întregului segment distal. Implicit sinapsa, realizată prin terminaţia axonală respectivă, este compromisă (fig. 138).
Figura 138. Degenerescenţa walleriană (modificat după Maillet, 1977). 1 – pericarion fără corpi Nissl, cromatoliză, 2 – teaca Schwann, 3 – fragmentarea mielinei, 4 – fragmente de cilindrax, 5 – macrofage.
Aproximativ din ziua a şaptea, resturile de neurit şi de mielină sunt fagocitate şi eliminate de celulele Schwann sau de către microglii. Celulele Schwann, membranele lor bazale şi ţesutul conjunctiv supraiacent nu suferă modificări degenerative la nivelul segmetului distal. Degenerescenţa retrogradă cuprinde atât modificările fibrei nervoase, care şi-a păstrat legătura cu pericarionul, proximal de locul leziunii, cât şi modificări ale pericarionului. Modificările fibrei nervoase încep la 24 ore după lezare, ating intensitatea maximă la aproximativ 7 zile şi se termină în jurul zilei a 21-a. Segmentul proximal axonal degenerează în vecinătatea leziunii pe o distanţă scurtă, însă începe să crească, imediat ce macrofagele au preluat rămăşiţele degenerate. Dacă leziunile post-traumatice sunt ireversibile, neuronul se dezintegrează, iar în final este fagocitat de celulele microgliale. Degenerescenţa retrogradă este cu atât mai pronunţată cu cât leziunea este mai apropiată de pericarion. Modificările din cursul degenerescenţei retrograde sunt similare cu cele de la nivelul segmentelor distale, şi anume alterarea citoscheletului şi a organitelor prezente în axon. Extinderea lor, însă, este mai redusă, fiind limitată până la ramura colaterală situată cel mai aproape, sau cel mult pe întinderea a câteva segmente internodale, până la primul sau cel mult la al doilea nod Ranvier. Pierderile reduse de axoplasmă se însoţesc de modificări tranzitorii şi reversibile. Dacă însă, cantitatea de axoplasmă pierdută este importantă, modificările sunt definitive, determinând moartea celulară.
182 Ţesutul nervos
În paralel, în pericarion nucleul migrează la periferia celulei şi devine picnotic, corpii Nissl se fragmentează şi dispar prin cromatoliză sau tigroliză, instalată la 1-2 zile post-leziune, fiind maximă la două săptămâni. De asemenea are loc fragmentarea complexului Golgi, creşte numărul de lizozomi, iar neuronul îşi retractă dendritele. Întregul pericarion va suferi şi un proces de hiperhidratare şi tumefiere continuă. Regenerarea fibrei nervoase este un proces care se desfăşoară la nivelul SNP, în cazul leziunilor post-traumatice reversibile, fiind diferită în funcţie de segmentul afectat. O leziune apărută la nivelul axonului îl împarte în două segmente: segmentul proximal reprezentat de filamentul axial situat în continuarea pericarionului, şi segmentul distal, reprezentat de filamentul axial situat după leziune. Segmentul distal, fiind separat de corpul celulei nervoase, degenerează şi este fagocitat de către macrofage (microglii). Refacerea continuităţii axonului se va face pe seama segmentului proximal, deoarece acesta îşi păstrează continuitatea cu pericarionul. Procesul de regenerare implică pe de o parte refacerea tecilor nervoase şi pe de altă parte restabilirea continuităţii filamentului axial secţionat. Regenerarea începe prin proliferarea celulelor Schwann restante, atât de la nivelul segmentului distal, cât şi la nivelul celui proximal, cu scopul de a restabili conexiunea dintre cele două segmente (fig. 139). Proliferarea celulelor Schwann este stimulată de un factor de proliferare glială secretat de microglii, dar şi de factori neurotrofici, ca de exemplu NGF.
Figura 139. Regenerarea fibrei nervoase mielinice (după 3 săptămâni) (modificat după Maillet, 1977). 1 – cordon Büngner, 2 – axon în curs de creştere, 3 – celule Schwann.
În urma acestei proliferări ia naştere cordonul Büngner, un tub celular format dintr-un şir de celule Schwann, ce delimitează un spaţiu periaxonal continuu, înconjurat de ţesut conjunctiv, şi care se întinde de la segmentul proximal până la fosta fantă sinaptică (fig 139). Acest tub va servi drept ghid în regenerarea viitorului axon, dinspre segmentul proximal înspre fanta sinaptică. Pe măsură ce axonul neoformat umple în sens distal tunelul format, va fi inhibată proliferarea celulelor Schwann şi stimulată formarea tecii de mielină (fig. 140).
Figura 140. Fibra nervoasă mielinică la 3 luni de la regenerare (modificat după Maillet, 1977).
Dacă distanţa dintre segmentul distal şi proximal este mare sau dacă segmentul distal dispare complet (în caz de amputaţii, infecţii, hemoragii), regenerarea se va face defectuos: fibra nervoasă nou crescută poate forma o masă bulboasă, pseudo-tumorală numită nevromul de amputaţie (impropriu neuron de amputaţie sau de pseudoregenerare). Dacă leziunile sunt severe, procesul de refacere a integrităţii nervului respectiv este compromis: regenerarea
183 Ţesutul nervos
neuritului nu va avea loc, iar celulele Schwann vor prolifera haotic, realizând o tumoare de tip particular denumită schwannomul sau neurinom de amputaţie. Când numai o parte din fibrele unui nerv sunt secţionate apare procesul de înmugurire colaterală. În acest caz, fibrele rămase integre dau naştere la nivelul nodurilor Ranvier din zona respectivă, la numeroase colaterale ce reinervează organele efectoare, muşchii, a căror fibre au fost secţionate. În sistemul nervos central, procesul de regenerare a fibrelor nervoase decurge în condiţii mai puţin favorabile: - în cazul secţionării fibrelor din SNC, procesul de fragmentare şi degenerare completă a segmentelor de axon este mult mai îndelungat - se descriu unele proliferări axonale timide, care însă nu asigură restabilirea completă morfologică şi funcţională; refacerea fibrelor la acest nivel este imposibilă, parţial şi datorită faptului că aici ţesutul conjunctiv este absent - lipsesc celulele gliale adiacente, care să formeze bandeletele de legătură; neuronii fiind celule lipsite de capacitatea de diviziune, nu pot prolifera, iar distrugerea lor este definitivă. Neuronii lezaţi vor fi fagocitaţi de către microglii, iar celulele gliale proliferează compensator, dezvoltând cicatrici gliale ce vor înlocui zona de ţesut nervos funcţional. Astfel, leziunile localizate în SNC, în care sunt afectate corpurile neuronale, sunt permanente.
184 Ţesutul nervos
Bibliografie selectivă
Baumhoer D, Steinbrück I, Götz W: Histologie, Kurtzlehrbuch mit Schemazeichnungen. Urban & Fischer Verlag München - Jena, 2000 Căruntu ID, Cotuţiu C: Histologie.Ţesuturi fundamentale. UMF Iaşi, Editura Gr T Popa, 2004 Dabbs DJ: Diagnostic Immunohistochemistry. Churchill Livingstone Elsevier, 2006 Eroschenko V: diFiore's Atlas of Histology with Functional Correlations. Lippincott Williams & Wilkins, 2008 Fletcher CDM: Diagnostic Histopathology of Tumors. Churchill Livingstone Elsevier, 2007 Gartner LP, Hiatt JL: Color Textbook of Histology. Saunders, 2006 Grignon G: Précis de cytologie et d`histologie. Ellipses Marketing, 2002 Junqueira LC, Carneiro J, Kelley RO: Histologie. Springer- Verlag Berlin Heidelberg, 2002 Junqueira LC, Carneiro J: Basic Histology, Text and Atlas. Mcgraw Hill, 2007 Kierszenbaum AL: Histology and Cell Biology. An Introduction to Pathology. Mosby Elsevier, 2007 Kumar V, Abbas AK, Fausto N: Robbins and Cotran Pathologic Basis of Disease. Elsevier, 2005 Maillet M: Le Tissu Nerveux, Collection Histologie et Histophysiologie Humaines. Vigot, Paris,1977 Mills SE : Histology for Pathologists. Lippincott Williams & Wilkins, 2007 Poirier J, Ribadeau Dumas JL: Histologie – les tissus. Masson, Paris, 2002 Raica M, Mederle O, Căruntu ID, Pintea A, Chindriş AM: Histologie Teoretică şi Practică. Editura Brumar, Timişoara, 2004 Röhlich P: Szövettan. Egyetemi Tankönyv. Semmelweis Orvostudományi Egyetem Képzéskutató, Oktatástechnológiai és Dokumentációs Központ, 2008 Ross MH, Romrell LJ, Kaye GI: Histology. A Text and Atlas. Williams & Wilkins, 2002 Stevens A, Lowe JS: Human Histology. Mosby, 1997 Taylor CR, Cote RJ: Immunomicroscopy. A Diagnostic Tool for the Surgical Pathologist. Major Problems in Pathology. Saunders Elsevier, 2006 Weather PR, Young B, Heath JW: Histologie Fonctionnelle. De Boeck Université, 2001 Welsch U: Sobotta Lehrbuch Histologie. Urban & Fischer Verlag München - Jena, 2003 Young B, Lowe JS, Stevens A, Heath J: Wheater's Functional Histology. A Text and Colour Atlas. Churchill Livingstone Elsevier, 2007
Investeşte în oameni ! FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013 Axa prioritară 1 “Educaţia şi formarea profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere” Domeniul major de intervenţie 1.2 „Calitate în învăţământul superior” Proiect: „Tehnologii avansate pentru calitate în universitatea orientată spre viitor” Cod Contract: POSDRU/86/1.2/S/58609
Material editat de Universitatea de Medicină şi Farmacie din Tg Mureş la 26.11.2012
Conţinutul acestui material nu reprezintă în mod obligatoriu poziţia oficială a Uniunii Europene sau a Guvernului României
