Cartilagine ialina, cartilagine elastica e cartilagine fibrosa PDF

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Descrizione generale dell'istologia delle cartilagini, descrizione della cartilagine ialina (con focus sulla cartilagine di accrescimento e sulla cartilagine articolare), descrizione della cartilagine elastica e della cartilagine fibrosa....

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Lezione di Istologia del 29/11/2018 Sbobinatore: Riccardo Camiletti Revisionatore: Alessandro Forenzano Professore: Laura Bonsi Argomenti: I tessuti cartilaginei ed introduzione al tessuto osseo

TESSUTI DI SOSTEGNO La presente lezione tratterà l’ultima famiglia di tessuti connettivi: i connettivi di sostegno a funzione meccanica: - Tessuti connettivi propriamente detti. - Tessuti connettivi a funzione trofica. - Tessuti connettivi di sostegno: tessuto cartilagineo e tessuto osseo.

TESSUTO CARTILAGINEO CARATTERISTICHE GENERALI Definizione. È una forma specializzata di tessuto connettivo di sostegno avascolare. Collocazione. Il tessuto cartilagineo inizia a formarsi nel periodo fetale e assume il significato di sostegno nell’embrione, costituendo lo scheletro primitivo. Alla nascita, quasi tutto il tessuto cartilagineo è stato sostituito dal tessuto osseo. Rimangono tuttavia alcune porzioni del sistema cartilagineo che momentaneamente o definitivamente non vengono ossificate. Alcune cartilagini non saranno mai sostituite dal tessuto osseo e permangono nell’adulto: • La cartilagine del padiglione auricolare. • Le cartilagini nasali ed il setto nasale. • Le cartilagini intercostali nella gabbia toracica (permettono l’espansione durante i processi di respirazione). • Le cartilagini articolari dei pezzi ossei. • I dischi intervertebrali. • Le cartilagini presenti nella laringe. Cellule. Come tutti i connettivi, la cartilagine origina dal mesenchima ed è caratterizzata dalla presenza di cellule immerse in una componente extracellulare (ECM). Le cellule possono essere di vari tipi: • Condrogeniche • Condroblasti • Condrociti • Condroclasti Le prime tre cellule altro non sono che for forme me differ differenz enz enziat iat iative ive de dello llo sste te tesso sso tipo ce cellul llul llular ar are. e. Ciò significa che le cellule condrogeniche differenziano in condroblasti, che a loro volta maturano in condrociti. Fa eccezione il condroclasto: come tutte le cellule con suffisso ‘-clasto’ è dotata di notevole capacità fagocitaria e rappresenta quindi il macrofago del tessuto cartilagineo.

Matrice extracellulare. Le cellule della cartilagine sono immerse in una matrice extracellulare, che come tutte le matrici è formata da sostanza amorfa allo stato di gel mista a fibre. Le fibre collagene del tessuto cartilagineo sono formate principalmente da collagene di tipo II, ma è presente anche il collagene di tipo IX, il collagene di tipo XI ed in piccole quantità il tipo VI ed il tipo X con varie collocazioni. Caratteristiche funzionali. Questa struttura conferisce le principali caratteristiche meccaniche alla cartilagine: solidità, flessibilità, capacità di deformarsi. • Solidità: Le strutture cartilaginee si trovano in collocazioni sottoposte a notevole sforzo tensivo. • Flessibilità • Capacità di deformarsi: la cartilagine facilita lo scorrimento delle superfici articolari. Essa si trova nella parte terminale dei pezzi ossei e permette lo scivolamento di un pezzo sull'altro nella zona della articolazione.

Origine embrionale. Come tutte le cellule del tessuto connettivo, cellula condrogenica, condroblasto e condrocita sono di derivazione mesenchimale.

LE CELLULE CELLULE CONDROGENICHE Le cellule condrogeniche derivano da un progenitore mesenchimale che ha seguito la linea di differenziamento condrogenica. Caratteristiche. Sono cellule affusolate con nucleo ovale. Presentano pochi mitocondri, pochi ribosomi ed un RER poco sviluppato. Sono cellule abbastanza quiescenti: hanno bisogno di uno stimolo per poter differenziare in condroblasti. Ritroviamo le condrogeniche nelle zone periferiche della cartilagine: andranno poi incontro a differenziamento e si porteranno verso il centro del pezzo cartilagineo.

CONDROBLASTI Funzione. Il condroblasto è il vero attivatore e produttore della matrice extracellulare: ogni tessuto connettivo ha la propria cellula deputata alla produzione della matrice cellulare. Il condroblasto nel tessuto cartilagineo ha il compito di produrre sostanza fondamentale e fibre. È quindi una cellula secernente, che differenzierà poi nello stato quiescente di condrocita. Caratteristiche: • Grandi nuclei vescicolari con evidenti nucleoli: sono nuclei eucromatici che presentano una cromatina molto attiva. • Abbondanza di lipidi e glicogeno: l’accumulo di glicogeno è importante in quanto, non essendoci vascolarizzazione, queste cellule nel loro metabolismo possono fare glicolisi di tipo anaerobico. • Citoplasma pallido e vacuolato (visibile dall’immagine). • RER e Golgi molto sviluppati: la presenza di un RER sviluppato suggerisce l’attiva sintesi proteica per la produzione della matrice extracellulare e conferisce alla cellula una certa basofilia. L’abbondanza di reticolo del Golgi è invece dovuta alla costante secrezione di materiale. Integrine. Sulla membrana plasmatica, presentano integrine, con le quali si collegano ad altri elementi della membrana: - α1β1 e α1β2: legano le fibre di collagene attraverso una glicoproteina specifica del tessuto cartilagineo, la condronectina. - α5β1: si legano alla fibronectina Queste integrine sono stimolate ad essere espresse dall’EGF (Epidermal Growth Factor). Tale fattore fu scoperto in un ambito tissutale epidermico, ma solo più tardi si scoprì che aveva un ruolo anche nei tessuti connettivi. Gruppi isogeni. Questi condroblasti, producendo matrice extracellulare, si includono in particolari lacune. Dividendosi in queste lacune, maturano in condrociti: gruppi di condrociti inclusi all'interno di lacune vengono chiamati ‘gruppi isogeni’ (le lacune accolgono infatti cellule della stessa progenie: derivano dalla proliferazione del medesimo condroblasto).

CONDROCITI Funzione. I condrociti assumono forma emisferica o triangolare per meglio adattarsi alle lacune dei gruppi isogeni: è possibile arrivare fino a 7-8 condrociti inclusi nella stessa lacuna, a formare uno stesso gruppo isogeno. Differenziano dai condroblasti e ne rappresentano la forma quiescente: i condroblasti, producendo matrice cartilaginea, rimangono imprigionati all’interno di lacune, trasformandosi così in condrociti, che non presentano più le caratteristiche secernenti dei condroblasti da cui derivano. Caratteristiche: • Nuclei intensamente colorati. • RER ridotto e pochi mitocondri: il condrocita è lo stato maturato del condroblasto e ne rappresenta quasi lo stadio finale. Presentano un’attività piuttosto ridotta rispetto al condroblasto. • Turnover della matrice: permettono il rinnovamento della ECM. Turnover. I condrociti sono responsabili del turnover: nonostante siano forme mature possono essere riattivati in modo da dare il via al turnover, un ricambio di matrice extracellulare. A questo fine, ricevono stimoli esterni che inducono in essi una certa attività anabolica e catabolica. La attività anabolica è stimolata dall'IGF (Insuline-like Growth Factor, un fattore di crescita similinsulinico, di cui un esempio sono le somatostatine) e dal BMP (Bone Morphogenetic Protein, attivo sia a livello osseo che cartilagineo). L’attività catabolica è invece rappresentata dalla produzione di MMP, così chiamate perché reagiscono legandosi a metalli: le celllule possono produrre proteasi per avviare una possibile migrazione all'interno di un tessuto. La produzione di MMP avviene sotto lo stimolo di proinfiammatori prodotti da macrofagi come l’l’IL1 IL1 IL1--β (Interleuchina 1) e TNFTNF-α α (Tumor Necrosis Factor). L’attivazione di uno stato infiammatorio determina la migrazione di cellule dal torrente circolatorio all’interno del connettivo: l’attività catabolica dei condrociti consiste nella produzione di MMP che degradano la matrice e permettono alle cellule deputate di farsi strada attraverso essa. Disposizione. I condrociti si dispongono differentemente a seconda delle tipologie di cartilagine. Nella cartilagine seriate, i condrociti-condroblasti si dispongono in colonne longitudinali, come se fossero pile di monete. Questa cartilagine è caratteristica dell’ossificazione e si ritrova nella metafisi: una zona compresa tra l’epifisi e la diafisi di un osso in accrescimento. La metafisi deve permettere fino al 18esimo anno di età l’accrescimento in lunghezza dell’osso. Una disposizione dei condrociti-condroblasti in colonne longitudinali, infatti, suggerisce che essi siano in attiva proliferazione. Nella cartilagine articolare, i condrociti sono allungati, appiattiti e disposti in file parallele.

MATRICE EXTRACELLULARE La matrice extracellulare, come in tutti i connettivi, è costituita da una componente amorfa allo stato di gel e da fibre che vi sono immerse.

FIBRE Il collagene si trova presente nella cartilagine sotto forma di fibre, in concentrazione che normalmente non supera il 40% del peso secco. Al microscopio ottico, la spazio tra i condrociti appare privo della componente fibrillare: questo perché le fibre collagene non sono raggruppati in fasci, ma in fibre, e presentano lo stesso indice di rifrazione della componente amorfa. Sono presenti tre diversi tipi di collagene, in percentuale diversa: Collagene II. La componente fibrosa è caratterizzata per il 95% da collagene di tipo II, organizzato in fibre sottili che arrivano ad un diametro massimo di 35 nm di diametro.

Fanno eccezione solamente parti specifiche dei pezzi cartilaginei: zone molto compatte della cartilagine, come le zone tangenziali, possono presentare fibre di diametro maggiore e sono orientate in maniera da poter resistere alle pressioni o alle trazioni che la cartilagine può ricevere. Le fibre di collagene di tipo II formano una trama lassa che si idrata molto facilmente: questa caratteristica conferisce al tessuto resistenza alla tensio tensione ne ne.. Collagene IX. Il collagene di tipo IX è un ‘FACIT’ (Fibril Associated Collagen with Interrupted Triple helicles): è deputato al legame delle fibre collagene di tipo II tra di esse e favorisce così la stabilità di tutta la struttura. Collagene XI. Il collagene di tipo XI è un collagene fibrillare: copolimerizza con il collagene di tipo II in modo da rafforzare la fibra. Funzionalità: La presenza di fibre collagene di tipo II forma una trama lassa che conferisce resistenza alle forze di tens tensione ione ione..

SOSTANZA AMORFA Composizione. La sostanza amorfa è costituita principalmente da acqua (80% del peso totale), sali minerali, proteoglicani e, in minore quantità, glicoproteine. La sostanza amorfa si presenta allo stato di gel: è composta infatti da una grossa percentuale di acido ialuronico (510%), i cui gruppi solfato con cariche negative (insieme a quelli degli altri GAG solforati) richiamano molta acqua e rendono la matrice particolarmente idratata.

Proteoglicani: • Aggrecano: il 95% dei proteoglicani nella cartilagine è costituito da aggrecani. L’aggrecano è formato da un core proteico di 3000 aa, al quale si legano un centinaio di GAG solforati: condroitin 4-solfato, condroitin 6-solfato e cheratansolfato. Molte molecole di aggrecano si legano poi, tramite una proteina tetramerica di legame, all’acido ialuronico, formando una struttura massiccia. Questa struttura (acido ialuronico-proteoglicani-GAG) immersa nella fase disperdente, assieme alle glicoproteine, conferisce elasticità e resistenza alle forze comp compre re ressive ssive ssive.. • Decorina: un proteoglicano molto piccolo costituito da un core proteico a cui è legato un unico GAG (solitamente un condroitinsolfato): mette in connessione il FACIT con la fibra collagene di tipo II. • Biglicano: questo proteoglicano è costituito da un core proteico e 2 GAG (condroitinsolfati). Anch’esso è deputato al legame tra il FACIT e la fibra di collagene di tipo II. • Versicano. Funzionalità: La massiccia struttura costituita da acido ialuronico-proteoglicani-GAG conferisce elas elastic tic ticità ità e resistenza alle forze com compre pre pressi ssi ssive ve e permette la diffusione di piccole molecole. Glicoproteine: [N.d.s.: il seguente paragrafetto sulle glicoproteine è tratto da Colombo e Olmo, ‘Cellula e Tessuti’.] Le glicoproteine intervengono nelle interazioni tra condrociti e molecole della matrice. Contribuiscono, insieme ai proteoglicani, a conferire resistenza alla cartilagine. Nella matrice cartilaginea è presente tipicamente la cond condrone rone ronect ct ctina ina ina, una glicoproteina adesiva dotata di diversi domini: da una parte presenta domini in grado di legare le diverse componenti della matrice cellulare, dall’altra è dotata di un sito di legame per il recettore sulla membrana plasmatica dei condrociti.

Colorazione istologica: • Basofilia: i proteoglicani e i GAG determinano la basofilia della matrice, che è massima nelle zone vicine alle cellule e notevolmente ridotta nelle aree più distanti. • Metacromatica: colorando con certi coloranti che tenderebbero al blu, la matrice si colora di sfumature rosa e rosse. • PAS+: la PAS-posività è data dalle glicoproteine della matrice.

DESCRIZIONE DELL’IMMAGINE Il condrocita lega componenti della matrice extracellulare attraverso la condr condrone one onecti cti ctina na na, una glicoproteina deputata a legare il condrocita con componenti della matrice extracellulare. Nell’immagine sono presenti due condronectine, di colore ocra, con due funzioni differenti: l’una lega il collagene di tipo II al condrocita, l’altra lega l’acido ialuronico al condrocita. La prima condronectina lega l’acido ialuronico, cui sono legati molti aggrecani tramite una proteina di legame. La seconda condronectina lega il condrocita alle fibre di collagene di tipo II. Le fibre di collagene di tipo II sono copolimerizzate con il collagene di tipo XI e tenute insieme dal collagene di tipo IX. Alcuni proteoglicani, come la decorina e il biglicano, metto in connessione i FACIT con le fibre collagene di tipo II: mantengno dunque queste sottili fibre connesse tra loro.

CARATTERISTICHE ISTOLOGICHE DELLA CARTILAGINE Struttura. Il pezzo cartilagineo è formato da: • Zona tangenziale: costituisce la parte più esterna del pezzo cartilagineo e spesso presenta il pericondrio. • Zona intermedia: è una zona di transizione della cartilagine. • Zona radiale: è caratterizzata dalla presenza di gruppi isogeni.

PER PERICON ICON ICONDRIO DRIO Collocazione. Nella tangenziale sfociamo nella parte più esterna del pezzo cartilagineo: il pericondrio. Il pericondrio è un manicotto di connettivo collocato alla periferia della cartilagine, con diverse funzioni nei suoi confronti. Struttura: Il per perico ico icondrio ndrio si presenta come un tessuto fibroso denso ricco in collagene di tipo I ed è ricco di vasi sanguigni che permettono il nutrimento della cartilagine. Presenta numerose fibre e poche cellule: in esso sono immerse cellule mesenchimali e cellule condrogeniche. Cellule mesenchimali e cellule condrogeniche matureranno verso il centro della cartilagine, differenziandosi in condroblasti: il pericondrio può essere quindi definito come un magazzino per il rinnovamento della cartilagine stessa.

Funzioni. Il pericondrio ha funzione trofica e di accrescimento della cartilagine. • Funz Funzione ione ttrofic rofic roficaa. Una delle funzioni del pericondrio è quella di provvedere al nutrimento della cartilagine, in quanto essa non è vascolarizzata. Il materiale nutritivo e l’ossigeno, che circolano nei vasi del connettivo che circonda la cartilagine, raggiungono la cartilagine stessa per diffusione attraverso la matrice extracellulare. • Ac Accresc cresc crescime ime imento nto dell dellaa ccart art artilagi ilagi ilagine ne ne. Un’altra funzione del pericondrio è legata all’accrescimento della cartilagine: le cellule mesenchimali e condrogeniche differenziano in condroblasti, che matureranno poi in condrociti. Il pericondrio provvede quindi all’accrescimento per apposizione del pezzo cartilagineo.

GR GRUP UP UPPI PI ISO ISOGE GE GENI NI Struttura. I gruppi isogeni sono tipici della zona radiale. I condrociti possono essere infatti presenti come cellule singole o riunite in gruppi denominati ‘gruppi isogeni’ (in quanto sono cellule nate dalla proliferazione di un unico condroblasto). I condrociti dei gruppi isogeni sono cellule che si sono recentemente originate da un condroblasto: il condroblasto produce infatti matrice extracellulare e ne rimane incluso. Qui va incontro a mitosi e diventa un condrocita: all’interno della medesima lacuna sono presenti 6-7 condrociti, numero caratteristico della cartilagine ialina.

Colorazione della matrice. I proteoglicani della cartilagine presentano un numero elevato di gruppi solfato con cariche negative. Questo determina la basofilia osservabile su sezioni colorate di cartilagine. La colorazione della matrice non è omogenea: proprio sulla base dell’intensità di colorazione e di concentrazione di proteoglicani si descrivono nella matrice tre regioni differenti: 1. Matrice pericellulare o capsulare. Consiste in un anello di matrice intensamente colorato, situato subito intorno ai condrociti o al gruppo isogeno. È ricca di collagene di tipo VI e povera di fibre. La matrice pericellulare contiene un’elevata concentrazione di proteoglicani solforati e glicoproteine adesive. È una matrice fortemente basofila proprio per la presenza delle cariche negative dei gruppi solforati di proteoglicani e glicoproteine. 2. Matrice territoriale. Corrisponde ad un’area posta intorno alla matrice pericellulare. Presenta un aumento della concentrazione delle fibre collagene a scapito della sostanza amorfa. Questo determina una minore basofilia. 3. Matrice interterritoriale. Si trova interposta alle aree della matrice territoriale, occupando l’esteso spazio presente tra i diversi gruppi di condrociti. L’ulteriore aumento delle fibre a scapito della sostanza amorfa comporta una basofilia inferiore a matrice territoriale e matrice capsulare, tanto da tendere talvolta all’acidofilia.

CONDROGENESI 1.

2.

3.

Il tessuto mesenchimale riceve l’informazione per dare origine ad un pezzo cartilagineo. Le cellule mesenchimali si differenziano così in condrogeniche: ritirano i prolungamenti e diventano rotondeggianti. Le cellule condrogeniche si aggregano così in una zona particolare, detta ‘centro di condrificazione’. Nel centro di condrificazione, le cellule differenziate in condroblasti cominciano a produrre ECM, allontanandosi nuovamente le une dalle altre. Col deposito della ECM, i condroblasti si distanziano tra di loro, rimangono inclusi all’interno delle lacune e si dividono per organizzarsi in gruppi isogeni.

Dopo l’inizio della secrezione di matrice, l’accrescimento della cartilagine prosegue ad opera di due processi tra loro combinati: 4. Accr Accresc esc escime ime imento nto inte inters rs rstiz tiz tiziale iale iale.. L’accrescimento del pezzo cartilagineo può avvenire per accrescimento interstiziale: all'interno della struttura i condroblasti si dividono una o più volte, determinando una crescita diretta dal centro verso la periferia 5. Accr Accresc esc escime ime imento nto per ap appo po posizi sizi sizione. one. L’accrescimento del pezzo cartilagineo può anche avvenire per apposizione: il pericondrio è ancora costituito da cellule mesenchimali, che appongono nuove cellule al manicotto cartilagineo differenziando in cellule condrogeniche, che maturano a condroblasti.

FATTORI CHE INFLUENZANO LA CONDROGENESI: Fattori di crescita:

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BMP (Bone Morphogenetic Proteins): proteine isolate nel contesto osseo e cartilagineo che stimolano la proliferazione e il differenziamento cellulare.

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TGF-β III (Transforming Growth Factor): a questa famiglia appartengono anche le BMP, stimolano il differenziamento cellulare.

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FGF (Fibroblast Growth Factor) importante per la proliferazione delle cellule mesenchimali durante la condrogenesi

Ormoni: • Ormone somatotropo • Tiroxina. Vitamine: • • •

Vitamina A: è importante soprattutto nella cartilagine di coniugazione e permette quindi l’accrescimento in lunghezza. Vitamina C: importante per la formazione del collagene soprattutto grazie all’attivazione del'idrossilasi. Vitamina D: promuove la calcificazione e l'assorbimento intestin...