ADATTAMENTI FUNZIONALI ALL

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ADATTAMENTI FUNZIONALI ALLESERCIZIO

• Il rimodellamento (remodeling) dei tessuti

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• Ogni tessuto va incontro a modificazioni
• Embriogenesi differenziazione dei tessuti e
  formazione di organi e sistemi
• Sviluppo corporeo aumento armonico delle
  dimensioni degli organi (iperplasia
  moltiplicazione cellulare ipertrofia aumento di
  volume delle cellule o del tessuto interstiziale)
• Adattamenti funzionali modificazioni indotte da
  fattori patologici o fisiologici sui tessuti e
  sugli organi rimodellamento
• Meccanismi in parte comuni e in parte
  differenziati
• Lomeostasi richiede variazioni omogenee di forma
  e funzione
• Il rimodellamento spesso è morfo-funzionale ma
  non sempre i due elementi coincidono nel tempo e
  nella fenomenologia

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• Prenderemo in considerazione
• La guarigione delle ferite, come paradigma
  generale di rimodellamento
• Il connettivo e la cute, come esempi interessanti
• Il tessuto adiposo, come corollario agli effetti
  dellesercizio
• Il cuore
• I vasi come argomenti principali
• Il muscolo scheletrico
• Losso come inevitabile protagonista
• N.B. tutto il materiale presentato è tratto da
  articoli reperibili in internet, di cui viene
  sempre presentata la citazione.

4
Annu. Rev. Biomed. Eng. 2004. 677107TISSUE
GROWTH AND REMODELINGStephen C. CowinThe New
York Center for Biomedical Engineering and the
Departments of Biomedical and Mechanical
Engineering, School of Engineering, City College
and Graduate School, The City University of New
York, New York 10031 email scowin_at_earthlink.net
Un tessuto è un materiale composito i cui
costituenti, che ne determinano la struttura, si
modificano in continuazione a causa
dellaccrescimento e in risposta allambiente
fisico e chimico in cui si trova il tessuto.
Lambiente fisico-chimico di un tessuto è
rappresentato dallambiente in cui si trova e
dalla sua storia recente. Un tessuto è un insieme
di cellule e della matrice extracellulare (ECM)
che realizzano funzioni specifiche. LECM è fatto
di fibre (es. le proteine del collagene e
lelastina) e una sostanza di base (es.
proteoglicani). Rispetto ad altri tessuti, il
connettivo ha relativamente poche cellule e molto
materiale extracellulare comprende cartilagine,
tendini, ligamenti, la matrice dellosso, il
tessuto adiposo (grasso), la cute, il sangue e la
linfa. I tessuti maturi possono rimodellare il
loro ECM per adattarne la struttura ai carichi
meccanici che deve sostenere e che ha sostenuto.
5
MYOFIBROBLASTS AND MECHANO-REGULATION OF
CONNECTIVE TISSUE REMODELLING James J.Tomasek,
Giulio Gabbiani, Boris Hinz , Christine
Chaponnier and Robert A.Brown NATURE REVIEWS
MOLECULAR CELL BIOLOGY VOLUME 3 MAY 2002 349
Quasi tutti i tessuti connettivi sono
apparentemente soggetti a qualche tipo di
tensione meccanica, anche in condizioni di
riposo. Ad eccezione di persone molto anziane o
con certi difetti genetici, i connettivi molli
non si raggrinzano, nemmeno intorno a muscoli
rilasciati o nel sonno. La tensione di riposo che
è intrinseca nellanatomia dei tessuti è resa
evidente dal fatto che i vasi e i nervi quando
vengono dissezionati assumono una lunghezza del
25-30 minore rispetto a quella che hanno in
situ. Lo stabilirsi di questa situazione durante
la crescita infantile si spiega se la crescita
dei tessuti molli è governata da una tensione
esterna di soglia. Ne nascono parecchi quesiti
qual è la base cellulare e molecolare di questa
omeostasi tensionale dei tessuti? Come si
mantiene nelladulto? E infine come si ripristina
nelladulto durante la riparazione dei tessuti?
Un altro esempio di sviluppo di tensione nel
tessuto connettivo è rappresentato dalla
contrazione delle ferite che si verifica durante
la guarigione di una ferita aperta. Molti tessuti
sono in tensione meccanica, ma questo non
significa che anche le cellule siano in tensione,
perché sono protette da carichi esterni
relativamente grandi grazie alle proprietà
meccaniche della matrice che le circonda. In
termini ingegneristici queste cellule sono
schermate dalla tensione ad opera della matrice
che esse sesse producono e rimodellano.
6
Riparazione di ferite normale e patologica La
riparazione di ferite cutanee comprende due
fenomeni la riepitelizzazione, cioè la
riproduzione e lo spostamento di cellule
epidermiche per ricostruire la continuità del
tessuto e la formazione ex novo e la contrazione
del tessuto di granulazione, fatto di piccoli
vasi, fibroblasti, miofibroblasti e diverse
quantità di cellule infiammatorie. Quando la
riepitelizzazione è completa, si verifica
unimportante riduzione di elementi cellulari,
soprattutto miofibroblasti, nel tessuto di
granulazione, a causa di fenomeni apoptotici, e
si forma una cicatrice con poche cellule. In
molti casi, per cause non identificate, la
cicatrizzazione non ha luogo, nonostante la
riepitelizzazione e il tessuto di granulazione si
trasforma in una cicatrice ipertrofica
(cheloide), che contiene molti miofibroblasti e
non produce abbastanza matrice extracellulare.
Questo processo si chiama FIBROSI e deforma il
parenchima circostante e il tessuto connettivo.
La formazione della fibrosi è stata attribuita
allinsufficienza di fenomeni apoptotici nella
fase finale della guarigione della ferita. Questo
schema generale della formazione di fibrosi vale
per molti organi dopo diversi tipi di lesione
(per es. rene, polmone, fegato e cuore). È ora
accertato che il miofibroblasto (un fibroblasto
specializzato nella contrazione) gioca un ruolo
importante nello stabilire la tensione durante la
riparazione di ferite e nella contrattura
patologica.
7
Il MIOFIBROBALSTO. Da molto tempo si è ritenuto
che la contrazione del tessuto dipendesse da
forze generate dalla retrazione del collagene.
Molte osservazioni hanno però indicato che le
cellule del tessuto di granulazione sono
coinvolte nella generazione di forza. È stato
dimostrato che molti fibroblasti contengono
unactina SM (smooth muscle), quella dei muscoli
lisci vascolari, e che lespressione di tale
molecola e del collagene di tipo I è regolata dal
fattore di trasformazione (transforming growth
factor, TGF-ß1). Tutto questo dimostra che il
miofibroblasto ha un ruolo nella sintesi dellECM
e nella generazione di forza che riorganizza
lECM e provoca la retrazione delle ferite. I
miofibroblasti sono caratterizzati dalla presenza
di un apparato contrattile che contiene fasci di
microfilamenti di actina con altre proteine
contrattili (miosina non muscolare). Queste fibre
terminano sulla superficie cellulare nel
fibrobnesso, un complesso di adesione
specializzato che lega gli elementi
intracellulari a quelli extracellulari. Questo
costituisce un sistema di trasduzione meccanica
che trasmette le forze generate nella cellula
allECM e viceversa. I miofibroblasti, come i
muscoli lisci vasali, sono direttamente collegati
fra di loro attraverso gap junctions e pertanto
possono formare unità contrattili multicellulari
durante la retrazione del tessuto di granulazione
8
Miofibroblasti nella membrana epiretinica.
Ricostruzione tridimensionale mediante
microscopia confocale laser di un miofibroblasto
differenziato. Colorazione immunoistochimica
dellactina i colori cambiano in funzione della
profondità. I miofibroblasti differenziati
mostrano le tipiche fibre da stress
Ci sono due tipi di miofibroblasti, quelli che
non esprimono a-SM actina, che proponiamo di
chiamare protomiofibroblasti e quelli che la
esprimono, che chiamiamo miofibroblasti
differenziati. La differenza è particolarmente
evidente in vivo, mentre in vitro sono quasi
tutti del primo tipo. I segnali responsabili
della formazione di protomiofibroblasti si
conoscono poco, ma la tensione meccanica è
certamente importante. Un altro fattore
importante è il PDGF (platelet derived GF)
9
Il modello a due stadi della differenziazione del
miofibroblasto. In vivo, i fibroblasti possono
contenere actina sulla membrana ma non presentano
fibre da stress e non formano complessi di
adesione con lECM. Sotto stress meccanico si
differenziano in protomioblasti che formano fibre
da stress contenenti actina che terminano nel
fibronesso. Possono generare forza contrattile.
Il TGF-ß1 aumenta lespressione di fibronectina e
in presenza di stress meccanico provoca la
trasformazione in miofibroblasti differenziati
che aumentano lespressione di actina e di grossi
complessi di adesione. Questo aumenta lo sviluppo
di forza e organizza la fibronectina
extracellulare in fibrille
10
Non è chiaro se i miofibroblasti e le cellule
muscolari lisce (SM) siano tipi cellulari
distinti oppure se i primi non siano che un
momento di uno spettro di differenziazione
continua fra fibroblasto e SM. Tale spettro
potrebbe spiegare il processo di vasculogenesi
nel quale le cellule SM della media si
differenziano da fibroblasti locali, come accade
nellipertensione polmonare. REGOLAZIONE DELLA
CONTRAZIONE DEI MIOFIBROBLASTI I miofibroblasti
possono mantenere forza contrattile a lungo. La
forza è generata da stress fibres contrattili
formate da fasci di microfilamenti di actina
associati a miosina non muscolare ed è regolata
dalla fosforilazione della catena leggera della
miosina (MLC), analogamente a quando accade nelle
cellule SM. Entrano in gioco due sistemi di
fosforilazione MLCK (chinasi calcio dipendente)
e il sistema della Rho chinasi. Laumento del
calcio intracellulare attiva la MLCK, provocando
una contrazione rapida e breve perché la
concentrazione del calcio diminuisce rapidamente
e una fosfatasi disattiva la MLCK. Al contrario,
lattivazione della Rho chinasi ha due
possibilità di fosforilare la MLC in modo
diretto oppure inattivando la fosfatasi della
miosina. Questo provoca contrazioni sostenute
11
Contrattura in lattice di collagene
tridimensionale. Il diagramma schematico
forza-tempo rappresenta tre fasi di generazione
di forza. Le varie fasi si sovrappongono.
Laggiunta di citocalasina D subito dopo il
raggiungimento del plateau abolisce completamente
la forza, mentre laggiunta più tardiva lascia
una forza residua, dovuta al rimodellamento
(accorciamento) irreversibile della rete
collagene, che è tipico della contrattura
12
Modello della fase di rimodellamento della
matrice extracellulare nella contrattura. La
contrattura della matrice è mediata dai
miofibroblasti la contrazione dei miofibroblasti
si trasforma in accorciamento funzionale della
matrice collagene. A) i miofibroblasti sono
annegati in una rete collagene e si legano alle
fibrille mediante complessi di fibronectina
legati ai filamenti intracellulari. B) Le fibre
da stress si contraggono leffetto è locale e si
trasmette a poche cellule circostanti. C) si
aggiungono nuovi componenti della matrice che
stabilizzano la nuova organizzazione del
collagene. D) il ciclo si ripete fino a provocare
la contrattura
13
Modello del ruolo dei miofibroblasti nella
riparazione di una ferita aperta. A) nei tessuti
normali i fibroblasti sono sottoposti ad una
moderata tensione grazie alla protezione dallo
stress esercitata dalla matrice circostante per
cui non è stimolata lorganizzazione di un
citoscheletro contrattile (area rosa del derma).
Quando una ferita del derma a tutto spessore è
riempita da un coagulo di fibrina, fattori di
crescita locali stimolano i fibroblasti del
tessuto adiacente sano ad invadere la matrice
provvisoria. Questi fibroblasti emigrati, insieme
ai vasi, riempiono la ferita formando tessuto di
granulazione. A questo punto, i fibroblasti sono
già stimolati a produrre fibronectina. B) I
fibroblasti esercitano forze di trazione sulla
matrice collagene, che viene riorganizzata
secondo linee di forza. Lo sviluppo di stress
meccanico stimola i fibroblasti a sviluppare
fibre di stress e così acquisiscono le
caratteristiche di proto-miofibroblasti. La
tensione e i fattori di crescita stimolano i
proto-miofibroblasti a secernere il TGF-b1 e
aumenta la fibronectina. In uno schema a feedback
i proto-miofibroblasti diventano miofibroblasti
differenziati sintetizzando actina aumentando la
forza contrattile. Queste cellule differenziate
depositano collagene e altri componenti dellECM
e producono proteasi. Questo complicato processo
di rimodellamento porta ad un accorciamento della
matrice collagene e alla chiusura della ferita.
14
D) Quando una ferita che guarisce normalmente si
chiude i miofibroblasti vanno incontro ad
apoptosi e spariscono. E) In molte situazioni
patologiche invece, come nella formazione di
cicatrici ipertrofiche, i miofibroblasti
persistono e continuano a rimodellare lECM con
progressiva contrattura del connettivo. In
conclusione, i miofibroblasti non sono affatto
cellule cattive, ma la loro cattiva regolazione
provoca disfunzioni tissutali.
15
Remodelling of continuously distributed collagen
?bres in soft connective tissues N.J.B. Driessen,
G.W.M. Peters, J.M. Huyghe, C.V.C. Bouten, F.P.T.
Baaijens Journal of Biomechanics 36 (2003)
11511158 Stimoli biochimici e biomeccanici
provocano il rimodellamento della matrice
extracellulare nei tessuti connettivi molli, che
modificano la morfologia e il comportamento
meccanico del tessuto stimolato questo gioca un
ruolo cruciale nellingegneria tissutale di
strutture che sopportano carichi, come le
cartilagini e le valvole cardiache. Il turnover
delle fibre collagene è il risultato netto di
sintesi e riassorbimento, con un riallineamento
della direzione delle fibre, secondo la teoria
della fusione dei polimeri. La resistenza alla
deformazione è adattata tramite la
riorganizzazione della matrice extracellulare,
nella quale sono importanti sia il riallineamento
di fibre collagene preesistenti sia il turnover
delle fibre. Articolo di bioingegneria troppo
difficile, ma utile per alcuni concetti di base
16
Acute exercise induced changes in rat skeletal
muscle mRNAs and proteins regulating type IV
collagen content S. O. A. KOSKINEN, W. WANG, A.
M. AHTIKOSKI, M. KJÆR, X. Y. HAN, J. KOMULAINEN,
V. KOVANEN, AND T. E. S. TAKALA Am J Physiol
Regulatory Integrative Comp Physiol 280
R1292R1300, 2001. Il collagene di tipo IV è il
componente principale delle membrane basali e
probabilmente svolge un ruolo critico nella
sistemazione delle cellule allinterno di un
tessuto, per es. assicurando stabilità meccanica
nelle fibre muscolari scheletriche, benché sia
soltanto una minima frazione della matrice
extracellulare. È stato dimostrato nei ratti che
un allenamento di endurance protratto per tutta
la vita aumenta il contenuto del collagene IV nel
muscolo scheletrico e che il suo mRNA aumenta
rapidamente dopo un episodio acuto di esercizio
strenuo. Non è noto però quali siano i meccanismi
e se un singolo episodio di esercizio strenuo
modifichi la degradazione e la concentrazione del
collagene IV. La degradazione proteolitica di
specifici componenti delECM che ha luogo sia in
processi fisiologici sia patologici è attivata da
proteasi zinco-dipendenti chiamate metallo
proteinasi (MMP). Le MMP-2 e -9 distruggono il
connettivo IV. Lattività delle MMP è regolata in
modo complesso dalla separazione enzimatica di
proMMP e dallinibizione da parte di inibitori
tissutali delle MMP, chiamati TIMPs. Esperimento
i ratti correvano su treadmill con inclinazione
negativa a 17m/min per 130 min questo modello di
esercizio provoca danno muscolare.
17
Attività glucuronidasica misurata come indice di
danno muscolare
I risultati mostrano che la sintesi del collagene
IV delle membrane basali si modifica sia a
livello di mRNA si a livello delle proteine in
seguito a danno muscolare indotto
dallesercizio. Il collagene fibrillare di I e
III tipo è alterato solo a livello
pretranslazionale. La MMP-2 che degrada il
collagene IV aumenta soprattutto nella parte
rossa del quadricipite, dove il danno cellulare è
maggiore. Abbiamo anche dimostrato che
lespressione delle TIMP-1 e TIMP-2, le proteine
che inibiscono la degradazione dellECM aumenta
in momenti diversi del processo di degenerazione
e rigenerazione del muscolo danneggiato.
18
TRANSLATIONAL PHYSIOLOGY The history of matrix
metalloproteinases milestones, myths, and
misperceptions Rugmani Padmanabhan Iyer, Nicolle
L. Patterson, Gregg B. Fields, and Merry L.
Lindsey Am J Physiol Heart Circ Physiol 303
H919H930, 2012. La famiglia delle MMP comprende
ora 25 membri, non tutti presenti nelluomo. Sono
stati identificati 5 sottogruppi collagenasi,
gelatinasi, matrilisine, stromolisine e MMP di
membrana. Per essere classificato come MMP un
enzima deve avere i seguenti requisiti 1)
proteolisi di almeno un componente dellECM 2)
il sito attivo dipende dallo zinco 3)
attivazione da parte di proteinasi o
organomercuriali 4) inibizione da parte
dellacido etilen diamino tetra acetico, 1,10
fenantotriolina e una TIMP (inibitore tissutale
delle MMP) 5) la sequenza del cDNA omologa alla
MMP-1. Substrati. Non è vero che le MMP
degradano solo le proteine dellECM la loro
azione sulle proteine superficiali delle membrane
cellulari è un meccanismo importante per la
regolazione delle attività delle cellule. La
proteolisi può stimolare o inattivare particolari
segnali intracellulari, come quelli che provocano
apoptosi o autofagia. Attivazione non è vero
che le MMP si attivino solo nellambiente
extracellulare. Lattivazione di proenzimi MMP
avviene certamente fuori dalle cellule plasmina,
eparina e ossidanti attivano MMP e molte MMP ne
attivano altre. Vi sono però eccezioni e molti
enzimi possono essere attivati allinterno delle
cellule. Le TIMPs non servono solo per inibire
le MMP, ma attivano anche fattori di
accrescimento, stimolano i fibroblasti e la loro
differenziazione in miofibroblasti.
19
(No Transcript)
20
Eventuali usi terapeutici lidea che tutte le
MMP abbiano funzioni negative è sbagliata e
quindi non è detto che tutte le MMP debbano
essere comunque bloccate se possibile. Sono state
provate molte TIMP e piccole molecole sintetiche
per bloccare le MMP nel cancro, nellartrite e
nelle malattie cardiovascolari, ma con scarso
successo, per varie ragioni. È necessario
chiarire il ruolo delle MMP nella progressione
delle malattie cardiovascolari quando e dove
sono espresse MMP e TIMP, con che sequenza
temporale. I diversi tipi di cellula vanno e
vengono e le cellule si differenziano nel tempo e
tutto questo cambia lespressione di MMP e TIMP.
Per esempio, i fibroblasti stimolati con il
fattore di crescita derivato dalle piastrine
(PDGF) esprimono MMP -1, -2, -3, -11, -14 e
TIMP-1 e-2 ma non MMP-9. Ma se il fibroblasto si
differenzia in miofibroblasto, allora produce
MMP-9 in risposta al PDGF.
21
From mechanical loading to collagen synthesis,
structural changes and function in human
tendon M. Kjær, H. Langberg, K. Heinemeier, M. L.
Bayer, M. Hansen, L. Holm, S. Doessing, M.
Kongsgaard, M. R. Krogsgaard, S. P.
Magnusson Scand J Med Sci Sports 2009 19
500510 doi 10.1111/j.1600-0838.2009.00986.x Dat
i recenti nelluomo indicano che il tessuto
tendineo risponde con variazioni del metabolismo
al carico tensile. Il tessuto tendineo è soggetto
a carico tensile ed è costituito soprattutto da
molecole di collagene fibrillare (tipo I e III).
Il collagene è prodotto dai fibroblasti tendinei,
che sono sistemati in parallelo lungo la
direzione principale del tendine le cellule
hanno una forma allungata, con nuclei appiattiti
e allungati e protrusioni citoplasmatiche di
actina. I fibroblasti tendinei interagiscono con
lECM con accoppiamenti cellula-matrice e
costituiscono una rete cellulare lungo tutto il
tendine. Metodo per la quantificazione della
produzione di collagene Il procollagene appena
sintetizzato è idrossilato al residuo prolinico
(idrossiprolina) prima di essere assemblato nella
struttura a triplice elica e questa proteina può
essere marcata (con isotopi). La sua misura
rispecchia fedelmente la neosintesi di collagene.
Con questo metodo, si è visto che lesercizio
aumenta la sintesi di collagene nel tendine
patellare da 0.05 a 0.10 in 24 ore e la sintesi
è già aumentata 6 ore dopo lesercizio. La
sintesi di collagene rimane aumentata per 2-3
giorni laumento è uniforme e relativamente
indipendente dallintensità dellesercizio.
22
Il carico meccanico induce un nuovo livello di
sintesi del collagene, con una specie di
interruttore (on/off) rispetto alla necessità di
carico meccanico per ottimizzare la sintesi di
collagene. La risposta di sintesi del collagene è
generata sia da un singolo carico sia da un
carico prolungato
23
Il fibroblasto tendineo è il protagonista del
mantenimento del tendine, delladattamento
omeostatico e del rimodellamento. Dopo la
nascita, il fibroblasto tendineo è la cellula
meccanosensibile del tessuto. Le fibre collagene
sono allineate in un ben organizzato ordine
parallelo nel tendine, così pure le fibre di
actina nella cellula. In campioni di tendine
lesionato, i filamenti di actina perdono la
distribuzione ordinata. Fibroblasti tendinei in
coltura mostrano un denso citoscheletro di actina
con i filamenti in parallelo, che si
disorganizzano se le cellule vengono separate
(trattamento con tripsina). Rimessi in coltura, i
fibroblasti (arrotondati) aderiscono al fondo e
ricostruiscono la loro struttura filamentosa con
lunghe protrusioni citoplasmatiche di actina che
interagiscono fra cellule adiacenti. Si trovano
giunzioni aderenti e con fessura
(gap). Giunzioni aderenti e siti di adesione
mediati da caderina e catenina. Le molecole di
caderina sono proteine transmembrana che si
legano con la porzione extracellulare ad analoghe
molecole nelle cellule adiacenti. Il Ca2 lega le
giunzioni fra cellule formando un bastoncello
rigido che stabilizza il sito di adesione. Dal
lato intracellulare le caderine si legano allo
scheletro di actina mediante catenina a e b.
24
Morfologia cellulare e localizzazione di caderina
nei fibroblasti tendinei dopo il distacco. (a-c)
cellule in sospensione morfologia cellulare
arrotondata con colorazione della caderina
sparsa. (d-f) 1h dopo inseminazione morfologia
cellulare circolare e colorazione per la caderina
perinucleare. (g-e) 2h dopo inseminazione i
fibroblasti tendinei cominciano ad appiattirsi e
a formare lamellopodi. (a), (d), (g) colorazione
alla falloidina (b), (e), (h) il verde
corrisponde alla caderina (c), (f), (i)
immagini fuse al computer delle due precedenti
il blu corrisponde ai nuclei
Morfologia cellulare e formazione di giunzioni
aderenti in fibroblasti tendinei distaccati.
(a-c) 4 ore dopo inseminazione fibroblasti
tendinei con lamellipodi in espansione
colorazione di caderina perinucleare e sulla
membrana plasmatica. (d-f) 8 ore dopo
inseminazione fibroblasti con chiari filamenti
di actina e formazione di giunzioni aderenti
(formazioni a pettine). La localizzazione
perinucleare è assente. (g-e) 24 ore dopo
inseminazione fibroblasti con chiari filamenti
di actina e giunzioni aderenti con il tipico
aspetto a pettine. Non cè localizzazione
perinucleare. (a), (d), (g) colorazione alla
falloidina (b), (e), (h) il verde corrisponde
alla caderina (c), (f), (i) immagini fuse al
computer delle due precedenti il blu corrisponde
ai nuclei
25
Al contrario delle giunzioni aderenti (e strette)
quelle con fessura (gap) non sigillano le
membrane di cellule adiacenti ma formano canali
che permettono lo scambio di piccole molecole,
rendendo possibile una comunicazione attiva nella
rete intercellulare. I fibroblasti tendinei
esprimono le connessine 32 e 43, che sono
colocalizzate con lactina. I tendini sono
esposti a tensione meccanica ed è chiaro che la
colocalizzazione actina-connessina è alterata dal
carico meccanico. Cè pertanto un elevato
turnover delle proteine giunzionali o un aumento
delle gap junctions fra i fibroblasti tendinei
sottoposti a tensione, o un aumentato fabbisogno
di stabilità alle giunzioni fra cellule o tutto
questo insieme. Il blocco delle gap junctions
riduce la produzione di collagene II e quindi
esse giocano un ruolo indispensabile nel
mantenimento delle funzioni cellulari del
tendine. La cellula crea un legame fra recettori
cellulari e ligandi dellECM e il citoscheletro
di actina e produce effetti adeguati attivando
effettori a valle. Ruolo dei fattori di crescita
negli adattamenti tendinei al carico. Un
problema sullaumento del turnover del collagene
è capire come il tendine senta il carico esterno
durante la contrazione muscolare e più
specificamente quali fattori siano coinvolti
nella regolazione. Il primo esempio è una
differenza di genere perché le femmine rispondono
meno dei maschi nellaumentare la sintesi di
collagene dopo lesercizio lestradiolo può
essere responsabile di questa differenza.
26
Un importante fattore di regolazione della
sintesi del collagene è lasse ormone della
crescita (GH) fattore della crescita simile
allinsulina (insuline like growth factor IGF),
il cui effetto è confermato da studi in vitro,
per esempio la somministrazione di IGF nel
coniglio accelera la sintesi proteica nei tendini
e accelera la riparazione di lesioni tendinee.
Linduzione dellespressione di collagene in
risposta ad un aumento del carico si verifica in
molte cellule e tessuti e sembra dipendere
dallespressione/secrezione di fattori di
crescita del collagene indotta meccanicamente
questi fattori agiscono in maniera
endocrina/paracrina sulla produzione proteica
dellECM. Molti fattori di crescita che stimolano
la sintesi del collagene sono espressi in
risposta al carico meccanico transforming growth
factor-b-1 (TGF-b-1), connective tissue growth
factor (CTGF) e IGF-I. Lespressione di mRNA del
collagene I e III segue uno schema molto simile a
quello del TGF-b-1 e IGF-I nel tendine e nel
muscolo. Tenendo conto degli effetti del carico
su tendini e muscoli è importante considerare se
lassenza di carico abbia effetti
opposti. Abbiamo misurato la massa e
lespressione di mRNA per la sintesi del
collagene e di fattori di crescita nel tendine di
Achille e nel soleo dopo 7 e 14 giorni di
sospensione di una gamba. La massa del soleo
diminuiva del 50 dopo 14 giorni, mentre quella
del tendine non si modificava, confermando altre
osservazioni nelluomo e in altri animali.
Evidentemente gli effetti dello scarico non sono
lopposto di quelli del carico. Lespressione di
collagene I e III, TGF-b-1 e CTGF non cambiava
ne nel muscolo ne nel tendine, anzi in
questultimo aumentava il IGF-I
27
Danni e riparazione del tendine. Danni da uso
eccessivo dei tendini sono frequenti e
debilitanti sia in atleti professionisti e
amatoriali sia in particolari condizioni
lavorative. Dolore durante luso, gonfiore e
riduzione della forza e della mobilità
caratterizzano la tendinopatia. Liniziale
attribuzione della condizione ad uno stato
infiammatorio è stata smentita, mentre si
descrive unalterazione degenerativa con
rimodellamento della matrice collagene, aumento
delle cellule e della concentrazione di
protoeglicani, senza infiltrazione di cellule
infiammatorie. Le fibrille, che sopportano i
carichi, hanno una forma e una distribuzione
normali nella patologia da super uso e quindi il
problema sta fra le fibrille è stata dimostrata
neoformazione di vasi e aumento delle
terminazioni nervose. Si è dimostrato efficace il
trattamento con allenamenti eccentrici ad elevato
carico. I meccanismi sembrano legati alla
stimolazione di neoformazione di materiale
collagene. Conoscere meglio la risposta al
carico del collagene tendineo nelluomo è
importante per dare le giuste raccomandazioni nei
programmi di allenamento per massimizzare
leffetto senza sovraccaricare i tendini. È anche
importante per comprendere gli effetti a lungo
termine dellallenamento cronico. Bisogna
aggiungere lo studio di altre proteine e
strutture della matrice per spiegare la
conversione delle modificazioni biochimiche del
tendine in adattamenti strutturali e funzionali.
28
Adipose tissue remodeling and obesity Kai Sun,
Christine M. Kusminski, and Philipp E. Scherer J
Clin Invest. 2011121(6)20942101 Il tessuto
adiposo (AT) risponde in maniera rapida e
dinamica alle variazioni quantitative degli
alimenti con ipertrofia e iperplasia degli
adipociti e così svolge un ruolo importante
nellomeostasi energetica dellorganismo. Il
rimodellamento dellAT è un processo continuo che
è patologicamente accelerato nellobesità. Non
sempre però lespansione dellAT è di carattere
patologico. Nei roditori le variazioni dellAT
sono estremamente rapide 24 ore di digiuno
comportano una forte perdita di massa di AT e un
rimodellamento acuto con infiltrazione di
macrofagi. Daltra parte 24-48 ore di esposizione
ad una dieta ricca di grassi aumenta subito le
dimensioni degli adipociti. Linfiltrazione di
macrofagi nellAT in espansione è un fenomeno
fisiologico importante che avvia una risposta
infiammatoria predisponente allinsulino
resistenza. Lespansione dellAT (ipertrofia e
iperplasia) ha moltissimi effetti, come ipossia,
morte degli adipociti, secrezione di chemochine e
sregolazione dei flussi di acidi grassi. In
questo quadro, i macrofagi devono creare un
ambiente permissivo al processo di
rimodellamento. Gli adipociti quindi sono i primi
responsabili del reclutamento di macrofagi (AT
macrophage ATM?). La necrosi degli adipociti
causata dallipertrofia e accelerata dallobesità
è un potente stimolo che regola linfiltrazione
di ATM?. È stato visto che i macrofagi si
aggregano e formano delle strutture a corona
intorno alle cellule necrotiche, quindi si
fondono, inglobano le goccioline di peptidi e
formano sincizi multinucleati. La morte degli
adipociti lascia una gocciolina di grasso non
ricoperta da proteine, come allinterno delle
cellule, e priva di lipasi che possano
idrolizzare i trigliceridi. La rimozione di
queste gocce di grasso è un aspetto integrale del
rimodellamento dellAT.
29
Regolazione chemiotassica le cemiochine sono
piccole molecole proinfiammatorie che mobilizzano
i macrofagi dal midollo osseo Ipossia
lipertrofia dellAT genera delle aree di micro
ipossia locale fin dallinizio dellespansione
del tessuto questo è stato riscontrato anche
nelluomo, dove si vede che lAT è poco
ossigenato in condizioni di obesità. Un fattore
importante nellipossia tessutale è HIF-1, che
regola direttamente molti geni come quelli che
producono leptina e VEFG. In un modello di ratti
obesi non sono stati trovati componenti
dellangiogenesi e della via glicolitica, ma un
risposta fibrotica esaltata con aumento di lisil
ossidasi, elastina, collagene I e III, TIMs e
fattore di crescita del tessuto connettivo.
Quindi lECM accumula fibre di collagene e
subisce una trasformazione fibrotica che stimola
la risposta infiammatoria. Flusso di acidi grassi
Gli FFA depositati in forma di trigliceridi
nellAT sono rilasciati dagli adipociti
ipertrofici mediante lipolisi a digiuno alcuni
si depositano nel fegato e altri sono ossidati in
vari organi. Molti però sono riesterificati negli
adipociti. Gli FFA che rimangono liberi nellAT
contribuiscono ad attivare la risposta
infiammatoria. Lobesità si accompagna alla
trasformazione dei macrofagi da uno stato
antiitnfiammatorio (M2) che si accumula in
periodi di bilancio energetico negativo ad uno
stato proinfiammatorio (M1) tendente
allinsulino-resistenza.
30
Bisogna fare unimportante distinzione fra
lespansione buona (fisiologica) del pannicolo
adiposo e quella cattiva (patologica).
Lespansione buona è un aumento della massa del
pannicolo per reclutamento di precursori degli
adipociti, insieme ad altre cellule stromali
nelle giuste proporzioni e successiva
vascolarizzazione, minima induzione di ECM ed
infiammazione. La forma cattiva consiste in una
rapida crescita del pannicolo per ingrandimento
delle cellule preesistenti, un alto grado di
infiltrazione di macrofagi, poco sviluppo di vasi
e fibrosi massiva, infiammazione cronica e infine
resistenza insulinica. La complessa dinamica del
rimodellamento dellAT Durante perdita di peso
inattesa associazione con un rapido e transitorio
aumento dei macrofagi stimolato dalla lipolisi.
Questo è un processo fisiologico che si aggiunge
ad un segnale per i monociti circolanti che
armonizza i rapporti fra adipociti e macrofagi.
Rimane da capire cosa cambia nello stato di
obesità dove prevale linfiammazione cronica.
Data laltissima produzione di lipochine possiamo
ben considerare ladipocita una cellula
secernente professionista. In periodi di
eccesso calorico prolungato queste cellule
mostrano ipertrofia e iperplasia avviando il
processo dellespansione dellAT. Lipertrofia
protegge efficacemente da effetti tossici
sistemici legati alleccesso di lipidi. Questo
però comporta uno stress meccanico aumentando
LECM con scarsa angiogenesi, infiammazione
locale e infine compromissione funzionale dellAT
31
Espansione dellAT buona (A) e cattiva (B). A)
aumento dellAT mediante reclutamento effettivo
di precursori di adipociti adipogenici, con
adeguata risposta angiogenica. Vi sono forti
differenze individuali. B) nella forma cattiva
cè un aumento massiccio del volume di adipociti
preesistenti, scarsa angiogenesi e conseguente
ipossia. Si induce HIF-1a che fa partire la
fibrosi. Infine, prevalgono i macrofagi M1, con
un fenotipo infiammatorio fortemente associato
allinsulino-resistenza
32
AT sano e patologico. Sopra grasso sano con
adipociti compatti, esagonali e poca
infiammazione. Sotto grasso patologico con
abbondante infiltrazione di cellule immunitarie e
aumento dellECM. Barrette bianche 50 ?
33
Iperplasia e ipertrofia Nel dibattito se gli
adipociti siano cellule definitive, è stato
dimostrato che cè una continua formazione di
nuovi adipociti in sostituzione di quelli vecchi,
con una semivita di 8,3 anni. Il numero totale di
adipociti nelladulto tende però ad essere
stabile. Il turnover delle cellule tende a
ridursi con letà, predisponendo ad alterazioni
funzionali. Con una dieta iperlipidica si ha
immediata ipertrofia degli adipociti, con rapida
apoptosi accompagnata da formazione di nuove
cellule e invasione di macrofagi, che indirizzano
liperplasia verso una forma patologica.
Lespansione dellAT è accompagnata da
angiogenesi, la cui efficacia può diventare un
limite ed è diversa in diverse localizzazioni del
tessuto adiposo. Il grasso bruno è più
vascolarizzato di quello bianco e pure il
viscerale rispetto al sottocutaneo. Un organo
come lAT deve essere in grado di rimodellarsi
molto rapidamente e rilasciare o accumulare
grandi quantità di lipidi ricchi di calorie che
possono essere fortemente citotossici. Perciò è
necessaria una sequenza di eventi ben organizzati
fra diversi tipi cellulari, fra i quali si
possono inserire vari eventi patologici.
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Subcutaneous Adipose Tissue Remodeling during the
Initial Phase of Weight Gain Induced by
Overfeeding in Humans M. Alligier, E. Meugnier,
C. Debard, S. Lambert-Porcheron, E. Chanseaume,
M. Sothier, E. Loizon, A. Ait Hssain, J. Brozek,
J.-Y. Scoazec, B. Morio, H. Vidal, and M.
Laville J Clin Endocrinol Metab, February 2012,
97(2)E183E192
Lobesità, caratterizzata da eccessivo accumulo
di tessuto adiposo, è dovuta soprattutto ad uno
sbilancio cronico fra lassunzione di materiale
energetico ed il consumo di energia. Le più
importanti modificazioni del tessuto adiposo sono
linfiltrazione di macrofagi linfiammazione, la
fibrosi, associati a diabete e malattie
cardiovascolari. Queste alterazioni sono in
genere reversibili con la perdita di peso. Non è
ancora stato chiarito se le modificazioni si
verifichino durante lo sviluppo o siano acquisite
in seguito. Esperimento di overfeeding. Poche
alterazioni sugli adipociti aumento della
vascolarizzazione e deposizione di ECM. A livello
genico aumento assunzione lipidi negli adipociti
e inibizione della lipolisi aumento di ANG II.
Nellinsieme rapido riorientamento del
metabolismo verso laccumulo di lipidi già dai
primi giorni di overfeeding. Durante restrizione
calorica negli obesi gli stessi geni sono
regolati in senso inverso. Linfiammazione non è
un evento precoce nello sviluppo del tessuto
adiposo nelluomo
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Aumento vascolarizzazione e deposito di ECM
Processi biologici coordinati durante le fasi
iniziali di crescita ponderale indotta da un
periodo di 56 giorni di dieta iperlipidica.
Laumento del metabolismo lipidico e del deposito
di trigliceridi negli adipociti sono accompagnati
da una forte riduzione del segnale Wnt/catenina e
dallinduzione di ANG II, che reclutano
preadipociti, con neovascolarizzazione e
rimodellamento della matrice
36
(No Transcript)