I Polmoni - Istologia - Lezione n. 32 - PDF

Istologia - Prof. Giovarelli - Lezione n. 32 I polmoni data 29/11/23 | sbobinatori: Alessandro Filpa fino a pag 7, Francesca Fina a seguire Dopo aver analizzato le vie respiratorie, che rappresentano le condutture per il passaggio dell’aria inspi...

Istologia - Prof. Giovarelli - Lezione n. 32 I polmoni data 29/11/23 | sbobinatori: Alessandro Filpa fino a pag 7, Francesca Fina a seguire Dopo aver analizzato le vie respiratorie, che rappresentano le condutture per il passaggio dell’aria inspirata, passiamo alla descrizione dei polmoni, gli unici organi parenchimatosi dell’apparato respiratorio. I POLMONI I polmoni sono organi pari e simmetrici parenchimatosi, in quanto costituiti da un unico tessuto predominante (non c’è la stratificazione di tessuti in tonache, caratteristica degli organi cavi a tonache sovrapposte); contenuti all’interno della cavità toracica. Il polmone contiene al suo interno tante piccole cellette dove l’aria viene convogliata per attuare i meccanismi di ossigenazione del sangue: l’aspetto è quello di un parenchima notevolmente cavitario e discontinuo. Questo si traduce in numerosi vuoti ottici a livello istologico. Dall’immagine notiamo come tra i polmoni sia posizionato il cuore, rivestito dalla sierosa che lo accoglie (pericardio). Il cuore non è centrato sul piano di simmetria, ma sporge all’interno dell’antimero sinistro, rubando spazio al polmone di sinistra, che quindi ha dimensioni ridotte rispetto al polmone destro. Il cuore sul polmone sinistro lascia l’impronta cardiaca. Per quanto riguarda la posizione, i polmoni occupano tutta la cavità toracica, il polo superiore del polmone sporge al di sopra della clavicola (posizione sopraclavicolare), infatti questa è un’area di accesso chirurgico; invece, inferiormente, il polmone prende rapporto diretto (si appoggia) con il diaframma, muscolo fondamentale per l’atto respiratorio quindi per l’espansione dei polmoni; anteriormente (faccia costale del polmone), prendono rapporto con le coste della gabbia toracica. I polmoni sfruttano una zona in cui la rotondità del diaframma lascia un po’ di spazio tra il diaframma stesso e la gabbia toracica, durante l’atto inspiratorio, in cui i polmoni si dilatano, il polmone occupa questo spazio chiamato recesso costo-diaframmatico. I polmoni sono contenuti all’interno di sacchi sierosi, che prendono il nome di pleure. Quindi nella descrizione di questi organi si deve prendere in considerazione che esternamente sono dotati di una capsula connettivale, ma ancora più esternamente potremmo trovare, in alcune sezioni, la presenza di un foglietto di natura epiteliale (mesotelio), che costituisce il rivestimento delle pleure. Vista della faccia costale. Il rapporto è talmente stretto che le coste lasciano un’impronta sulla superficie dei polmoni, che non sono particolarmente rigidi. Anche la faccia laterale risente del rapporto anterolaterale. Il polmone sinistra risulta un po’ più piccolo di quello destro, a causa dell’impronta/incisura cardiaca. Il polmone di sinistra è attraversato da un’unica solcatura obliqua; attraverso un taglio lungo questa solcatura è possibile scomporre il polmone in due lobi, uno superiore e uno inferiore. Il polmone di destra ha due solcature: una obliqua, come il polmone sinistro, e una orizzontale che consente la scomposizione del polmone destro in 3 lobi (superiore, inferiore e medio). I lobi sono di fatto elementi indipendenti dove arrivano delle alberature delle vie respiratorie specifiche del lobo stesso. Vista della faccia mediastinica, la faccia che guarda verso lo spazio connettivale in cui è adagiato il cuore e in cui passano i grossi vasi, che prende il nome di mediastino. Sulle facce mediastiniche sono presenti le solcature, viste anche sulle facce costali, ma la faccia mediastinica si identifica per la presenza dell’ilo dell’organo, caratteristica che conferma il fatto di essere un organo parenchimatoso, infatti questa tipologia di organi si caratterizza per l’avere un punto di accesso per le strutture in ingresso all’organo e in uscita. A livello dell’ilo si trova il punto in cui i bronchi, derivati dalla biforcazione tracheale, entrano all’interno del parenchima polmonare, e vengono definiti bronchi principali. Inoltre, si trovano vasi e nervi. Per quanto riguarda la componente vascolare ematica troviamo numerosi vasi (non tutti indicati nell’immagine), troviamo un’arteria polmonare per antimero (in blu perché è sangue venoso non ossigenato in arrivo dal cuore) e due vene polmonari per antimero (in rosso perché sono vene dal punto di vista strutturale, ma contengono sangue ossigenato). Questa vascolarizzazione è detta funzionale perché ha a che fare con la funzione dei polmoni di ossigenare il sangue. La vascolarizzazione funzionale fa parte della piccola circolazione cardiaca (che parte dal ventricolo destro e porta il sangue ai polmoni per essere ri-ossigenato e privato dell’elevata concentrazione di anidride carbonica). Anche il parenchima polmonare necessita di vascolarizzazione, le cellule dei polmoni necessitano di ricevere sostanze nutritizie e ossigeno per essere cellule vitali, quindi a livello polmonare si ha una duplice vascolarizzazione, la seconda delle quali viene definita nutritizia (o trofica). I vasi della vascolarizzazione nutritizia penetrano anch’essi a livello del parenchima polmonare e prenderanno il nome di arteria bronchiale e vena bronchiale (una per lato). Le arterie bronchiali sono definite rami collaterali diretti dell’aorta, cioè hanno origine direttamente dall’aorta discendente a livello toracico. La vascolarizzazione nutritizia fa parte della grande circolazione cardiaca (la circolazione che parte dal ventricolo di sinistra per andare ad irrorare tutti i distretti corporei). Dobbiamo cercare di capire come scomporre questo organo per poter arrivare al distretto microscopico che ci interessa. L’abbiamo definito un organo parenchimatoso, rivestito da una capsula connettivale non particolarmente rigida, ma comunque resistente. La capsula non è semplicemente un foglietto connettivale che sta all’esterno, ma tendenzialmente entra e sostiene l’organo stesso. Esternamente a questa capsula vi è il rivestimento pleurico di epitelio sieroso. Spesso queste due componenti sono fuse o non ben distinguibili. Le pleure per ciascun polmone sono due: una viscerale ed una parietale, tra le quali è presente un liquido necessario per il meccanismo respiratorio. Nel contesto del parenchima polmonare non sono i setti connettivali a scomporre l’organo, ma l’organizzazione gerarchica (cioè elementi che diventano sempre di dimensioni più piccole e modificano la loro struttura) dell’albero bronchiale (quindi della loro ramificazione). Questo significa che la scomposizione in parti dei nostri polmoni dipende dalla ramificazione dei due bronchi principali, che una volta penetrati all’interno del parenchima polmonare subiranno notevolissime ramificazioni, andando a segmentare il parenchima stesso. Quindi il tessuto connettivale (che rappresenta un elemento di continuità con la capsula) sarà un elemento strutturale di sostegno, ma non l’elemento determinante per la scomposizione dell’organo (come succedeva ad esempio nelle ghiandole lobari). Qui dovremo seguire la ramificazione bronchiale, per arrivare a identificare l’unità funzionale dell’organo. A seguire la ramificazione bronchiale saranno anche i vasi sia arteriosi sia venosi, i quali continueranno a emettere rami collaterali per raggiungere l’unità funzionale (detta acino). Questa organizzazione gerarchica trova la sua utilità in ambiente chirurgico, in quanto permette di asportare parti del polmone preservando la funzionalità delle altre. A livello di questa unità funzionale troveremo quel punto preciso del parenchima polmonare in cui avviene lo scambio, cioè l’interfaccia aria-sangue. La ramificazione bronchiale Siamo a livello dei due bronchi principali, cioè derivati dalla biforcazione tracheale, che avevano la stessa morfologia strutturale della trachea stessa. I due bronchi principali sono pari (un bronco di destra più slargato ma più corto e un bronco di sinistra più sottile, con un diametro inferiore ma più allungato). I bronchi principali ramificano in modo differente a seconda del polmone di destra e del polmone di sinistra e la loro ramificazione porta alla scomposizione in lobi del parenchima polmonare (quei lobi che poi in superficie si identificano con le diverse scissure che abbiamo visto attraversare la superficie dell’organo stesso). A livello del polmone di destra abbiamo 3 lobi, quindi avremo 3 bronchi lobari derivanti dal bronco di destra; 2 lobi a sinistra e, quindi, 2 bronchi lobari a sinistra. Ciascun bronco lobare a sua volta si ramifica in quelli che vengono chiamati bronchi zonali (o bronchi segmentali), 10 per ciascun bronco lobare e andranno a definire 10 zone o segmenti (aree che indipendenti per quanto riguarda sia l’arrivo di aria, sia la vascolarizzazione che accompagna, di fatto, la ramificazione bronchiale). Questa scomposizione in zone è sempre importante dal punto vista chirurgico, quindi è possibile resecare queste zone senza andare a intaccare tutto il parenchima polmonare. Da ciascuna zona o segmento e quindi da ciascun bronco zonale, emergerà un numero variabile di bronchi lobulari e quindi le zone verranno scomposte in lobuli e finalmente quando arriviamo all’altezza del lobulo e quindi quando siamo finalmente penetrati fino a una porzione più microscopica del parenchima ci troviamo nel vero e proprio parenchima polmonare; quindi dai bronchi lobulari avremo dei bronchi intralobulari (che perdono la componente cartilaginea), dai quali origineranno bronchioli terminali: “terminale” perché è l’ultimo tratto respiratorio deputato meramente al passaggio di aria (cambia anche la terminologia, passiamo dalla struttura di bronco a quella di bronchiolo, quindi evidentemente una conduttura più piccola, dal diametro più piccolo). Dai bronchioli terminali, si originano poi 2 bronchioli respiratori, che sono imputati alla funzionalità dell’organo (avremo via via dei cambi morfologici, atti a favorire gli scambi gassosi: ci stiamo avvicinando all’interfaccia aria-sangue. Ogni bronchiolo respiratorio si aprirà poi in delle strutture sacciformi, definite acini (unità funzionali del polmone): intesi come l’insieme di bronchi respiratori, che si continuano in gruppi di sacchi alveolari (tipica struttura a grappolo) grazie ai dotti alveolari (ultima componente di dotto). In ultima istanza, tutte queste strutture (gli acini) vanno a comporre il parenchima polmonare vero e proprio. Le immagini accanto mostrano la scomposizione in unità gerarchiche. I polmoni sono stati divisi in aree e colorati con colori diversi. Qui abbiamo la veduta anteriore e posteriore. Prendiamo ad esempio il polmone di destra, che ramifica in 3 bronchi (qui ne vediamo ben visibili due, il terzo sarà tridimensionalmente spostato posteriormente) e da ciascuno di questi bronchi che avevamo definito bronchi lobari emergeranno i bronchi zonali, che sono quelli colorati con colori diversi e che saranno in numero di 10 per polmone e che poi rivediamo sulla superficie dell’organo stesso. Dovremo poi prendere ciascuna zona, andare a controllare in quanti lobi è stata suddivisa e poi da lì continuare il percorso dei rami bronchiali per arrivare fino alla struttura dell’acino. NB: I bronchi hanno la stessa struttura della trachea, ma cambia il numero di anelli cartilaginei: 4-5 nel bronco di destra, circa 8 nel bronco di sinistra. Trachea e bronchi, nella loro porzione extrapolmonare, hanno quindi la stessa morfologia per quanto riguarda la descrizione della parete. Le immagini mettono in evidenza le varie zone che poi con rami di dimensioni più piccole daranno origine ai bronchi lobulari, ai bronchi intralobulari e via così fino al parenchima polmonare. Modificazioni strutturali dell’albero tracheobronchiale La ramificazione dell’albero bronchiale non è una ramificazione che si basa semplicemente sul concetto di diminuzione progressiva del calibro dei bronchi (questo sì avviene, partendo dal bronco principale fino ad arrivare ai bronchioli lobulari naturalmente il diametro scende, quindi si arriva a diametri sotto il mm, nei bronchioli si oscilla fino ai 200 micron di diametro, per scendere ancora a livello dell’acino). Accanto a questa diminuzione di calibro, avremo anche delle modificazioni strutturali molto importanti. La prima modificazione è a carico degli anelli cartilaginei. Siamo partiti dai bronchi principali, che avevano anelli cartilaginei incompleti aperti posteriormente che, nonostante la loro incompletezza, garantivano comunque ai bronchi principali una parete piuttosto rigida, evitando il collasso e quindi il passaggio dell’aria è sempre garantito. Man mano che ci si addentra nel parenchima polmonare questo aspetto viene a mancare: in realtà, possiamo parlare di anelli incompleti a livello della trachea e dei bronchi principali; già dai bronchi lobari (o al più segmentali) in poi, quello che è presente è più una placca (o meglio, più piccole placche a circoscrivere il lume dei bronchi). Quindi da anelli incompleti, passeremo a delle piccole placche (cartilaginee), fino ad arrivare a livello dei bronchioli intralobulari, dove, al di sotto del 1 mm, gli anelli cartilaginei generalmente scompaiono. Siamo nella zona respiratoria vera e propria, la presenza di anelli cartilaginei sarebbe invalidante. L’assenza degli anelli cartilaginei deve essere sostituita viceversa da altri elementi di sostegno, perché altrimenti la parete non avrebbe una struttura che le consenta di rimanere beante. Sono percorsi progressivi: man mano che si nota la diminuzione della componente cartilaginea, si assiste in modo diametralmente opposto ad un aumento progressivo della tonaca muscolare liscia. Questa componente muscolare, ricordiamo essere già presente a livello della parte membranosa anche dei bronchi principali (a completare l’anello incompleto di cartilagine), dove rappresenta però una piccola zona della parete. Quando scompaiono gli anelli cartilaginei, questi territori vengono invasi da tessuto muscolare. Sono modificazioni che vanno in direzione diametralmente opposta, chiaramente connesse alla rigidità della parete, affinché questa rimanga aperta e non collassi su sé stessa. Ovviamente, ci sarà sempre bisogno di una componente muscolare che regga il lume del tratto respiratorio, ma anch’essa a livello dei bronchioli respiratori va a decadere. Altre modificazioni importanti le vediamo a livello della tonaca mucosa. Nell’epitelio respiratorio la maggior parte delle cellule erano cellule ciliate, quindi la funzione era sostanzialmente quella di intrappolare eventuali sostanze, corpuscoli respirati e polveri e cercare poi di bloccarli anche attraverso il muco delle mucipare caliciformi e poi di mobilitare il tutto verso l’uscita delle vie aeree. Quando si arriva a livello del parenchima polmonare si assiste ad una progressiva scomparsa degli elementi ciliari, e allo stesso tempo ad una riduzione dell’altezza delle cellule. Si parte quindi da un epitelio pseudostratificato ciliato, poi ad un epitelio cilindrico, da cui si passa a cellule cubiche magari con ancora qualche ciglia, fino a quando a livello degli alveoli polmonari si arriva a un epitelio pavimentoso e senza ciglia (le ciglia sono presenti fino ai bronchioli respiratori). Le cellule mucipare caliciformi  saranno un altro elemento cellulare che si perde progressivamente (nelle vie aeree profonde aumentano di numero, per un tentativo estremo di bloccare eventuali pulviscoli respirati), poi a livello del parenchima polmonare verranno sostituite da cellule con una superficie libera luminale piuttosto arrotondata, dette cellule di Clara (o club cells) che si trovano a livello dei bronchioli respiratori, quindi all’interno del parenchima polmonare. Abbiamo quindi una progressiva diminuzione dell’altezza dell’epitelio che progressivamente diventerà un epitelio pavimentoso semplice, diventerà più bassa anche la membrana basale e la lamina propria tenderà a ridursi di spessore (rimarrà ma sarà un sottile strato connettivale) e la presenza di elementi cellulari diversificati come le cellule di Clara. Descrizione immagine sotto: partendo dall’alto (a) abbiamo una sezione trasversa della trachea. Gli elementi costitutivi della trachea sono l’anello cartilagineo (1), una porzione fibro-muscolare nella regione posteriore, nella parte membranacea (2), una tonaca sottomucosa con elementi ghiandolari a secrezione mista (3) e un epitelio pseudostratificato ciliato con diversi elementi cellulari che svolgono funzioni peculiari (4). Questa struttura (b) benché diminuisca già leggermente il calibro viene mantenuta in tutto e per tutto nei bronchi principali. Viceversa, quando arriviamo a livello dei bronchioli (c) assistiamo a una modificazione strutturale, quindi siamo tra il segmentale e il lobare, dove vediamo che anche il lume comincia ad avere un aspetto più stellato. Abbiamo ancora un epitelio ciliato (5) e placche (6), quindi pezzi residui di cartilagine che comincia a frammentarsi e nei punti in cui scompare subentrerà il tessuto muscolare (7). Quando arriveremo nel bronchiolo intralobulare (d) all’interno del parenchima e più specificamente nel bronchiolo respiratorio verrà a mancare totalmente la parete cartilaginea, la parete è costituita da cellule allungate della muscolatura liscia (8) e un epitelio che ancora dall’inizio fino al bronchiolo respiratorio si mantiene ciliato. Poi vedremo che anche la presenza delle ciglia verrà a mancare. Immagine accanto: bronco segmentale/zonale: la cartilagine comincia a frammentarsi. Questa frammentazione diventa più evidente nei bronchioli. La cartilagine appare come aree ben circoscritte (C). Laddove la cartilagine viene a mancare verrà sostituita da tessuto muscolare (M) che avvolge la mucosa a contatto con il lume (di forma stellata). In questo contesto è presente anche una tonaca mucosa non particolarmente spessa (SM), sono ancora presenti elementi ghiandolari (G), è ancora presente un epitelio pseudostratificato ciliato. Quando si arriva a livello del bronchiolo respiratorio si inizia a entrare all’interno della regione dell’acino. Il lume (che già nel bronco segmentale comincia a diventare stellato) nel bronchiolo è particolarmente stellato (1). C’è poi un epitelio che in questa situazione risulta scarsamente ciliato, non più pseudostratificato ma costituito da elementi cubici o cilindrici che man a mano abbassano la loro altezza, poi c’è l’assenza totale di cartilagine e la presenza di cellule con nuclei profondamente allungati lungo tutto il perimetro del bronchiolo (2) a rappresentare la parete di tessuto muscolare liscio, che ha sostituito la cartilagine presente a livello dei bronchi. Quando si va valutare in microscopia elettronica a scansione (SEM) la superficie del bronchiolo terminale vedete come la maggior parte delle cellule non sia più ciliata. La parete, quindi, non ha più specializzazioni apicali perché in questa regione quei movimenti dovuti al movimento delle ciglia a ritroso non sono più utili. Descrizione immagine sotto: immagine istologica classica di un parenchima polmonare, che mostra come dal bronchiolo terminale (T) si forma una ramificazione dicotomica (R) e attraverso la ramificazione si arriva a livello del parenchima polmonare dove si aprono i diversi sacchi alveolari con i diversi alveoli (A). È un organo parenchimatoso ma il suo aspetto spesso tradisce il fatto che sia un organo pieno, in quanto costituito da numerose strutture cavitarie. Gli alveoli in realtà messi tutti insieme rappresentano una superficie notevole, infatti la superficie alveolare nel suo insieme costituisce circa 75 m2. È una superficie funzionale, perché attraverso questa superficie avverranno gli scambi gassosi. Infatti il punto di interesse dal punto di vista funzionale è la parete degli alveoli, perché a livello della superficie alveolare arriva il termine della ramificazione vascolare, definita funzionale.  Metamorfosi dell’epitelio di rivestimento Ciò che cambia a livello dei bronchioli respiratori è la presenza sempre inferiore delle ciglia e la comparsa di elementi cellulari particolari: le cellule di Clara, le quali prendono il posto delle cellule mucipare caliciformi. Sono cellule dalla forma arrotondata che si trovano verso i bronchioli respiratori e che possiedono dei granuli contenenti CC16, una lipoproteina tensioattiva. Le cartilagini non ci sono più, quindi potrebbe subentrare un problema: che succede se i bronchioli o i dotti alveolari collassano? C’è la possibilità che si avvicinano tra loro varie espansioni e compressioni (dovute al passaggio dell’aria) con conseguenti patologie; la CC16 ha proprio la funzione di ridurre la tensione superficiale dell’epitelio evitando che le pareti degli alveoli o dei bronchioli si appiccichino tra di loro e questi collassino. La presenza di questa lipoproteina è un marker della qualità dei fluidi bronchiali: se ce n’è troppa o troppo poca ci possono essere patologie polmonari di insufficienza respiratoria o di infiammazione. A un certo punto i bronchioli respiratori finiscono nei dotti alveolari e negli alveoli; le cellule dell’epitelio da cubiche diventano pavimentose semplici, molto sottili, con la comparsa degli pneumociti; ne esistono due tipi. L’epitelio alveolare rappresenta il vero e proprio parenchima, e nei soggetti adulti ci possono essere da 150 a 250 milioni di alveoli (diametro 0.2 mm, superficie totale di esposizione 75 m2). In questo epitelio pavimentoso semplice abbiamo: Pneumociti di tipo I, cellule appiattite squamose che caratterizzano la parete degli alveoli, collegate da giunzioni occludenti e rivestono il 95% della superficie, nonostante rappresentino solo il 40% delle cellule. Ruolo strutturale. Lo strato di questi pneumociti si interfaccia con un sottile setto connettivale a uno strato di un alveolo adiacente; all’interno degli spazi connettivali scorrono i capillari, gli elementi che devono essere riossiggenati. Pneumociti di tipo II, circa il 60%. Sono morfologicamente diverse, più grandi e sporgenti; hanno la stessa funzione delle cellule di Clara, ovvero producono una molecola tensioattiva, il surfattante. È una miscela di fosfolipidi, proteine e lipidi che riducono la tensione superficiale degli alveoli per evitare che collassino; tipicamente contengono dei corpi multilamellari al cui interno immagazzinano questi lipoproteine e grassi. Ruolo perciò funzionale. Il surfattante è sintetizzato a partire dalla trentacinquesima settimana gestazionale (RDS o respiratory distress syndrome nei prematuri, gli alveoli non sono pronti ad espandersi e a comprimersi a causa della mancanza di surfattante). Macrofagi, anche dette dust cells, che eliminano qualsiasi residuo sopravvissuto alle ghiandole e alle ciglia. Cellule a spazzola, con ruolo recettoriale e nervoso.  Istologicamente vediamo uno strato epiteliale a sinistra, uno a destra, mentre al centro decorrono elementi vascolari (capillari) nell’ambiente connettivale. Ci sono i macrofagi, pneumociti di tipo I e di tipo II e i capillari, molto sottili, in cui sono presenti anche degli eritrociti, che appunto decorrono in questo piccolo spazio. Ciò fa capire come la vicinanza dell’aria al sangue sia molto minima, i gas diffondono grazie a questo sottile spazio. L’elemento essenziale insieme alle varie componenti del parenchima polmonare è quello vascolare: la circolazione è funzionale visto che qui si riossigena il sangue; l’arteria polmonare, ricca di sangue venoso, arriva attorno a tutte queste sacche alveolari. La circolazione crea un distretto capillare che avvolge e si inserisce all’interno degli alveoli, dove il sangue viene riossigenato e può andare tramite le quattro vene polmonari (due per polmone) al cuore. È anche presente l’arteria bronchiale che fa parte del circolo nutritizio. Barriera aria-sangue (emato gassosa) Dove avviene lo scambio aria-sangue? Nell’interfaccia tra un capillare e uno spazio alveolare; ci sono delle aree più sottili di altre, infatti l’aria preferisce passare dall’alveolo al capillare in una porzione sottile di spazio. Non entrerà attraverso la porzione spessa, un setto interalveolare costituito da fibre elastiche e reticolari che rappresentano elementi strutturali con una certa capacità di espansione elastica e di resistenza; è importante per la presenza dei pori di Kohn, collegamenti tra due alveoli che servono a far sì che un alveolo possa funzionare anche se il bronchiolo respiratorio di pertinenza si chiude. Se ho un problema a un bronchiolo terminale o respiratorio, l’intero acino non muore grazie a questi pori che captano l’aria tra lobuli adiacenti. La barriera aria-sangue sarà spessa mediamente 0.2-0.5 µ, visto che l’epitelio alveolare e l’endotelio (fungono da barriera) in questi siti possono essere spessi solo 0.05 µ e le due lamine basali, fuse in un’unica lamina, sono spesse 0.1 µ. Questo spessore medio minimo di 0.5 µ permette il passaggio di ossigeno e anidride carbonica.