FACULTE DE MEDECINE DE SFAX. 1 ème ANNEE MEDECINE

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1 1 UNIVERSITE DE SFAX ANNEE UNIVERSITAIRE FACULTE DE MEDECINE DE SFAX 1 ème ANNEE MEDECINE COURS D HISTOLOGIE GENERALE LES TISSUS MUSCULAIRES Préparé par : Pr. Ag Leila Keskes

2 2 PLAN DU COURS I. INTRODUCTION II. LE TISSU MUSCULAIRE STRIE 1) Structure générale 2) Structure de la fibre musculaire striée A. Microscopie optique B. Microscopie électronique a) les myofibrilles b) La membrane plasmique et les tubules T c) Les organites cytoplasmiques 3) Contraction musculaire 4) Types de fibre musculaire striée 5) Innervation A. Innervation motrice B. Innervation sensitive III. LE TISSU MUSCULAIRE LISSE 1) Structure de la fibre musculaire lisse A. Microscopie optique B. Microscopie électronique 2) Contraction musculaire 3) Variétés des fibres musculaires lisses IV. LE TISSU MUSCULAIRE CARDIAQUE 1) Structure de la cellule myocardique A. Microscopie optique B. Microscopie électronique 2) Le tissu nodal 3) Contraction musculaire et innervation

3 3 LES TISSUS MUSCULAIRES I. INTRODUCTION Le tissu musculaire est caractérisé par la propriété de contractilité, assurée par les cellules musculaires ou myocytes dénommées également "fibres" musculaires. Ces cellules sont caractérisées par la présence dans leur cytoplasme de nombreux myofilaments, responsables des mouvements de contractions. Il existe trois types de tissu musculaire : le tissu musculaire strié, généralement associé au squelette, et est composé de myocytes (rhabdomyocytes) qui présentent une double striation transversale et longitudinale. Il est à contraction volontaire. le tissu musculaire lisse, formé de léiomyocytes et localisé dans la paroi des viscères et des vaisseaux. La contraction des muscles lisses, sous la dépendance du système nerveux végétatif, est involontaire. Le tissu musculaire cardiaque, composé de cardiomyocytes et est très semblable au tissu musculaire strié. On ne le trouve chez l'homme qu'au niveau du myocarde. Il se caractérise par son aptitude à se contracter rythmiquement et harmonieusement de façon spontanée. Il est innervé par le système nerveux végétatif : le rythme des battements cardiaques est déterminé par l'activité du système de conduction myocardique, mais peut être modifié par les influx sympathiques et parasympathiques. II. LE TISSU MUSCULAIRE STRIE Le constituant essentiel du tissu musculaire strié est la cellule musculaire squelettique, responsable des mouvements volontaires et du maintien de la posture. Cette cellule est sous l'influence du système nerveux central. 1. Structure générale Les muscles striés sont formés de cellules musculaires juxtaposées parallèlement, organisées en faisceaux (figure 1). Le muscle est entouré de tissu conjonctif vasculaire : l'épimysium d'où partent des travées conjonctives (formant le périmysium) qui divisent le muscle en faisceaux. Ce tissu conjonctif est le support du

4 4 réseau vasculaire et entoure l'ensemble des éléments nerveux. Chaque fibre musculaire est également entourée de tissu conjonctif : l'endomysium, provenant du périmysium. Figure 1 : Organisation du muscle strié 2. Structure de la fibre musculaire striée A. Microscopie optique En microscopie optique, les "fibres" musculaires apparaissent comme des éléments allongés, plurinucléés qui présentent une striation transversale régulière (figure 2). Ces cellules mesurent 10 à 100 µm de diamètre et ont une longueur variable de quelques centaines de µm (muscles oculaires) à plusieurs centimètres (certains muscles squelettiques). La striation transversale résulte de l'organisation des myofilaments, composés de filaments épais : la myosine et de filaments fins : l'actine. Les noyaux, disposés en périphérie de la cellule contre la membrane plasmique, sont ovoïdes allongés dans le sens de la fibre. La membrane plasmique est doublée d'une lame basale : l'ensemble forme le sarcolemme.

5 5 Figure 2 : Fibres musculaires striées en microscopie optique Le cytoplasme ou sarcoplasme est caractérisé notamment par les myofibrilles ainsi que par l'abondance des mitochondries, la présence d'un réticulum sarcoplasmique lisse organisé de façon spécifique. Les myofibrilles occupent la majeure partie du cytoplasme et se groupent en faisceaux qui forment en coupe transversale des polygones, refoulant les noyaux à la périphérie (figure 3). Entre les myofibrilles, des bandes étroites de sarcoplasme contiennent les organites de la cellule. Figure 3 : Fibres musculaires striées en coupe transversale

6 6 La striation apparaît comme une alternance de bandes sombres A (anisotropes) et de bandes claires I (isotropes). La partie centrale des bandes I est marquée par la strie Z. La zone plus claire qui apparaît au milieu du disque A est la strie H elle même centrée par la ligne M (figure 4). L'élément répétitif et fonctionnel de base est le sarcomère délimité par deux stries Z. Figure 4 : Aspect en microscopie optique du sarcomère B. Microscopie électronique L ultrastructure de la fibre musculaire striée est complexe. a) les myofibrilles sont constituées par la juxtaposition de sarcomères, formés par l arrangement spatial très organisé de myofilaments de myosine et d actine (figure 4 et 5)..

7 7 Figure 5 : Ultrastructure du sarcomère Les filaments épais de myosine ont un diamètre de 15 nm et une longueur de 1,5 µm. Ils sont disposés parallèlement les uns aux autres sur toute la longueur de la bande A. En coupe transversale, leur disposition régulière dessine un hexagone (figures 4 et 6). Au milieu de la bande A, les myofilaments de myosine sont reliés par des ponts protéiques transversaux correspondant à la ligne M. Figure 6 : Coupe transversale d un sarcomère passant par la bande A Chaque filament de myosine résulte de l assemblage de 300 molécules de myosine. La molécule de myosine est une protéine fibreuse en forme de pipe de 200nm de long et de 2 nm de large; elle comporte une tête et une tige. La jonction entre la tête et la tige est mobile (figure 7). Figure 7 : Structure moléculaire du filament de myosine

8 8 Dans un filament de myosine, les 300 molécules sont assemblées de telle sorte que leurs tiges se recouvrent les unes les autres et que les têtes soient orientées vers l extérieur en adoptant une disposition hélicoïdale autour de l axe du filament. Les filaments d actine sont fins et ont une longueur de 1µm et une largeur de 5-7nm. Ils s étendent de part et d autre de la strie Z sur toute la longueur de la bande I. Ils pénètrent régulièrement dans la bande A, plus ou moins profondément selon le degré de contraction. Leurs extrémités marquent les limites de la bande H (figure 4). Le filament d actine a une structure moléculaire complexe associant l actine, le tropomyosine et la troponine (figure 8). L actine se présente sous la forme filamenteuse (actine F), composée de deux chaînes polypeptidiques enroulées en double hélice. Dans chaque gouttière de la double hélice de l actine F, sont logées des filaments de tropomyosine de 40 nm de long s étendant sur 7 molécules d actine G. A chaque molécule de tropomyosine est associée une molécule de troponine. Celle-ci est formée de 3 sous unités : la première (TnT), l attache à la troponine, la deuxième (TnC) fixe le calcium et la troisième (TnI) inhibe l interaction entre actine et myosine. Figure 8 : Structure moléculaire des filaments d actine La structure de la strie Z est complexe. Elle correspond à la zone de jonction des filaments fins de deux sarcomères voisins. A ce niveau, les myofilaments sont reliés entre eux par des ponts de filaments intermédiaires (Figure 9). En coupe transversale, chaque filament fin d un sarcomère se place au centre d un carré formé par les quatre filaments du sarcomère voisin.

9 9 Figure 9 : Strie Z et filaments d actine associés La cellule musculaire striée possède également des protéines non contractiles qui forment une charpente qui maintient l'agencement des myofilaments dans les sarcomères tout en leur permettant une certaine élasticité. Les principales protéines sont la titine (longue protéine fibreuse parcourant le sarcomère entre les filaments épais et fins et fixée par ses deux extrémités aux stries Z) et la nébuline (associée au microfilament d'actine et assure le maintien de la forme hélicoïdale) (figure 10). Dans la cellule musculaire, on trouve aussi la desmine qui assure la cohésion latérale entre les myofibrilles ; les myofibrilles périphériques adhèrent également à la membrane plasmique par l'intermédiaire de la dystrophine. Figure 10 : Protéines non contractiles associées au sarcomère b) Membrane plasmique et tubules T Au niveau de chaque jonction bande A - bande I, la membrane plasmique forme des invaginations en forme de tubules qui pénètrent dans la cellule en contournant

10 10 les myofibrilles et en formant un réseau tubulaire intra-cellulaire. Chaque tubule T est flanqué de part et d autre par une citerne du réticulum endoplasmique lisse (REL), formant ainsi des triades, situées toujours au niveau des jonctions bande A-bande I (figure 11). Les tubules T servent à rapprocher au maximum la dépolarisation de la membrane plasmique aux citernes du réticulum endoplasmique, au cours de l excitation nerveuse, favorisant ainsi la libération rapide du calcium et la contraction musculaire. Figure 11 : Organisation du réticulum endoplasmique lisse et des tubules T dans la cellule musculaire striée c) Les organites cytoplasmiques Le cytoplasme contient essentiellement des mitochondries alignées entre les myofibrilles, des citernes de REL, des saccules golgiens, des gouttelettes lipidiques, du glycogène et de la myoglobine ; celle-ci est un pigment qui fixe l oxygène comme l hémoglobine dans le globule rouge. Le REL est disposé autour des myofibrilles en tubules longitudinaux se terminant par une volumineuse citerne en regard de la jonction disque A-disque I participant à la formation des triades (figure 11). 3. Contraction musculaire La contraction musculaire se traduit par un raccourcissement des cellules musculaires qui se traduit microscopiquement par un raccourcissement des bandes I, alors que les bandes A gardent une longueur constante (figure 12). Elle résulte du glissement actif des filaments épais de myosine entre les filaments fins d'actine.

11 11 Figure 12 : Aspect en microscopie électronique du sarcomère à l état de repos et de contraction La stimulation nerveuse (influx nerveux) provoque une dépolarisation de la membrane plasmique qui s'étend le long des membranes du système T, puis elle est transférée au réticulum par l'intermédiaire des triades. La dépolarisation du réticulum provoque la libération du Ca++ qui active la contraction musculaire. Lors de la contraction musculaire, les myofilaments d'actine glissent entre les myofilaments de myosine. Ce mouvement est commandé par les têtes des molécules de myosine qui se lient puis se détachent de la molécule d'actine et "marchent" ainsi sur les filaments d'actine. Le déplacement de la myosine sur l'actine est possible grâce à l'hydrolyse de molécules d'atp (figure 13). Figure 13 : Mécanisme moléculaire de la contraction musculaire

12 12 La régulation de la contraction musculaire est réalisée par les molécules associées à la molécule d'actine ; au repos, la tropomyosine masque le site de la liaison actine - myosine; la libération de ce site est sous l'influence des ions Ca++ initialement contenus dans les citernes du réticulum sarcoplasmique (figure 14). Figure 14 : Microfilament d actine et protéines associées 4. Types de fibre musculaire striée On distingue deux types de cellules musculaires striées (figure 15) : - Les fibres rouges (types I) : volumineuses, riches en myoglobine, en mitochondries et en enzymes d oxydoréduction. Elles ont également une importante activité ATPasique. Ces fibres se contractent lentement et sont particulièrement distribuées dans les muscles soumis à des contractions lentes et prolongées (muscles du dos). - Les fibres blanches (type II) : moins riches en myoglobine, en mitochondries et en enzymes d oxydoréduction que les précédentes. Elles ont des contractions rapides et une plus grande fatiguabilité que les fibres de type I. Figure 15 : Les deux types de fibres musculaires striées en immunohisochimie

13 13 5. Innervation Le muscle squelettique est innervé par un ou plusieurs nerfs cérébrospinaux moteurs ou sensitifs. a) L innervation motrice est assurée par les neurones moteurs de la corne antérieure de la moelle épinière (motoneurone α) et de l'encéphale. Chaque neurone innerve plusieurs fibres musculaires. Chacune d elle reçoit une fibre nerveuse terminale au niveau d une zone particulière, la plaque motrice. Celle-ci est une jonction neuro-musculaire spécialisée en forme de plateau. La cellule musculaire et ses fibres motrices forment une unité motrice. Au niveau de la plaque motrice, le sarcolemme forme de nombreux sillons (gouttières synaptiques) dans lesquels, les terminaisons nerveuses présynaptiques riches en mitochondries, en microtubules et en vésicules synaptiques remplies d'acétylcholine, s enfoncent (figure 16). A Figure 16 : Ultrastructure de la plaque motrice B L'axolemme et le sarcolemme restent séparés par une fente synaptique d environ 50 nm. Sous le sarcolemme sont regroupés de nombreux noyaux, et mitochondries. L ensemble constitue l appareil subneural. L excitation nerveuse déclenche la libération de l'acétylcholine dans la fente synaptique puis sa fixation sur des récepteurs spécifiques de la membrane post synaptique. Il en résulte un changement de la perméabilité ionique et l apparition d un potentiel d action qui se propage le long du sarcolemme et conduit jusqu aux tubules T.

14 14 b) L innervation sensitive est assurée par des fibres nerveuses se terminant soit librement au voisinage des fibres musculaires, soit autour de cellules musculaires modifiées, constituant ainsi des dispositifs sensitifs spécifiques : les fuseaux neuromusculaires, qui constituent des points de départ d'informations qui renseignent les centres nerveux sur la situation du corps dans l'espace et contribuent à l'élaboration des réflexes d'équilibration et de régulation de la tension musculaire. Les fuseaux neuro-musculaires sont des petits corps fibreux, constitués de fibres musculaires dites intrafusales, entourées par une capsule conjonctive. Chaque fibre musculaire reçoit les terminaisons nerveuses de fibres de type Ia ou IIa. Celles-ci détectent la longueur des muscles et leur tension, et transmettent l information aux centres nerveux (figure 17). Les fibres de type Ia, à conduction rapide, appartiennent aux neurones des ganglions rachidiens et s'articulent directement avec les motoneurones. Les fibres de type IIa, à conduction lente, s'articulent indirectement avec les motoneurones par l'intermédiaire de neurone connecteurs. Les fibres intrafusales ont leurs noyaux regroupés au centre de la cellule en formant des sacs nucléaires ou des chaînes nucléaires; les myopfibrilles sont rejetées en périphérie. De part et d'autre des fuseaux neuromusculaires, existent des plaques motrices qui reçoivent des fibres nerveuses motrices γ (figure 17). Figure 17 : Le fuseau neuro-musculaire

15 15 D autres fibres nerveuses se terminent dans les zones d'insertion des tendons et forment les organes neuro-tendineux, responsables de la sensibilité tendineuse (figure 18). L'organe de Golgi envoie un signal afférent via les fibres Ib. Ces fibres transmettent l'information à des interneurones inhibiteurs, ce qui donne lieu au réflexe myotatique inverse qui entraîne le relâchement du muscle. Figure 18 : l organe neuro-tendineux III. LE TISSU MUSCULAIRE LISSE Les cellules musculaires lisses possèdent des myofilaments, moins organisés que ceux des muscles striés. Elles sont groupées en faisceaux pour former les tuniques musculaires des organes creux (appareil digestif, voies urinaires, appareils génitaux ) et les parois des vaisseaux sanguins. Elles sont soumises à des contractions lentes et soutenues, non contrôlées par la volonté. 1. Structure de la fibre musculaire lisse a) Microscopie optique La cellule musculaire lisse est fusiforme avec un corps cellulaire renflé et deux extrémités effilées (figure 19). Sa longueur varie de 15 µm (au niveau des petits vaisseaux sanguins) à 500 µm (au niveau de l'utérus). Chaque cellule possède un noyau central de forme elliptique. Il est entouré par les organites de la cellule, notamment de nombreuses mitochondries. Chaque cellule est entourée du

16 16 sarcolemme formé de la membrane sarcoplasmique et de la lame basale et contient des myofilaments orientés selon le grand axe de la cellule. B A Figure 19 : Structure de la fibre musculaire lisse b) Microscopie électronique La cellule musculaire lisse ne possède pas de sarcomères, mais un ensemble de faisceaux irréguliers de protéines contractiles (myofilaments fins et épais) qui s'entrecroisent dans le sarcoplasme et s'insèrent sur des points d'ancrage (corps denses) situés soit au niveau de la membrane plasmique, où ils sont comparables à des systèmes de jonctions adhérentes, soit au sein du sarcoplasme (figure 20 a et b). Les filaments d'actine (isoforme spécifique du muscle lisse) sont liés à de la tropomyosine mais il n'y a pas de troponine. Les cellules musculaires lisses communiquent entre elles par des jonctions communicantes (appelées aussi nexus) qui permettent notamment la diffusion de l'excitation entre les cellules (figure 19b).

17 17 A Figure 20 : Ultrastructure de la fibre musculaire lisse B D autres molécules sont présentes comme la calponine et la caldesmone. La calponine est une molécule apparentée à la troponine (I). Elle se lie à l'actine F dont elle modifie la conformation et inhibe l activité ATPasique de la myosine. Les myofilaments épais sont composés de myosine qui est d'un type différent de celui des cellules musculaires striées. Ces filaments sont instables et ne se formeraient que lorsque la fibre subit une excitation, par polymérisation des molécules de myosine dispersées dans le sarcoplasme. Les myofilaments épais sont beaucoup moins nombreux que dans la cellule striée (environ 1 pour 12 myofilaments fins). Le sarcolemme est le siège de nombreuses invaginations qui forment des structures semblables aux vésicules d'endocytose qui seraient l'équivalent des triades du système T des cellules musculaires striées (figure 21). La fibre musculaire lisse possède d'autre part un cytosquelette formé de filaments intermédiaires à prédominance de desmine dans les tuniques des viscères et de vimentine au niveau des vaisseaux sanguins. Les filaments intermédiaires s'insèrent sur les corps denses. Le réticulum sarcoplasmique est peu développé.

18 18 Figure 21 : Ultrastructure du sarcolmme dans la cellule musculaire lisse 2. Contraction musculaire La contraction du tissu musculaire lisse est sous le contrôle du système ortho et parasympathique. Il n'existe pas de jonction neuromusculaire bien individualisée. Le neurotransmetteur est libéré à partir des renflements le long de l'axone qui contiennent des vésicules synaptiques. La contraction est différente de celle du muscle strié. Les protéines contractiles sont disposées en un réseau à l intérieur de la cellule et la contraction produit un raccourcissement de la cellule qui prend une forme globulaire. En phase de contraction maximale, le noyau est souvent replié sur lui-même, en tire-bouchon (figure 22 ). Figure 22 : Contraction musculaire dans la fibre musculaire lisse

19 19 La contraction du muscle lisse est aussi dépendante des ions Ca++ mais le contrôle des mouvements calciques est différent du muscle strié ; les ions Ca++ libérés du réticulum endoplasmique au moment de l'excitation de la membrane cellulaire, se lient à une protéine appelée calmoduline. Le complexe ainsi formé active une enzyme située sur la chaîne légère de la myosine qui peut ainsi se lier à l'actine. Les deux protéines peuvent ensuite interagir d'une manière identique à ce qui se passe dans le muscle strié. 3. Variétés des fibres musculaires lisses Selon la localisation du muscle lisse, on distingue plusieurs variétés de fibres musculaires lisses : - Myocytes viscéraux : ce sont les cellules musculaires lisses qui forment les parois des organes creux (tube digestif, voies excrétrices urinaires, utérus). Elles sont identiques à la cellule décrite ci-dessus. - Myocytes des parois vasculaires : ils sont sensiblement différents de point de vue morphologique : ce sont des cellules aux extrémités ramifiées qui présentent des prolongements permettant leur insertion sur les lames élastiques des parois artérielles. - Péricytes : Ce sont des cellules musculaires peu différenciées, fusiformes que l'on trouve autour des capillaires et des veinules. Elles sont entourées d'une lame basale et possèdent des filaments d'actine et de myosine dans leur cytoplasme. - Cellules myoépithéliales : Ce sont des cellules aplaties entourant les acinus et les canaux excréteurs des glandes exocrines. contenant des protéines contractiles et des filaments intermédiaires de desmine. - Myofibroblastes : ce sont des cellules fusiformes semblables aux fibroblastes. Elles secrètent du collagène mais ont des propriétés contractiles grâce à l'actine mise en évidence dans leur cytoplasme. IV. LE TISSU MUSCULAIRE CARDIAQUE Le myocarde est formé de cellules musculaires myocardiques, possèdant des myofilaments d'actine et de myosine, organisés en sarcomères, mais différant des précédentes par certains points :

20 20 les cellules musculaires cardiaques sont mononucléées ou binucléées. elles sont beaucoup plus courtes que les cellules musculaires striées elles sont anastomosées et liées par des systèmes de jonction, formant un réseau à mailles larges. Dans le myocarde se trouvent également des cellules myocardiques modifiées qui constituent le tissu nodal. 1) Structure de la cellule myocardique A. Microscopie optique La cellule musculaire cardiaque mesure 15 à 20 µm de diamètre et environ 100 µm de longueur. Elle possède un ou deux noyaux centraux et est entourée d'un sarcolemme. Elles sont allongées et s'associent entre elles pour former des travées anastomosées séparées les unes des autres par du tissu conjonctif très vascularisé (figure 23). Figure 23 : Structure de la cellule myocardique Les cellules myocardiques présentent une striation identique à celle du muscle strié liée à la présence de myofilaments d'actine et de myosine, organisés en sarcomères. Il existe également des densifications transversales : les traits scalariformes d'eberth qui correspondent aux systèmes de jonction liant les extrémités des cellules entre elles (figure 23).

21 21 B. Microscopie électronique La majeure partie du sarcoplasme est occupée par le myoplasme organisé en masse contractile, formé par des myofibrilles incomplètement séparées les unes des autres et entre lesquelles se trouvent de nombreuses mitochondries de petite taille (figure 24). Figure 24 : Ultrastructure de la cellule myocardique Les traits scalariformes : ce sont les lignes de jonctions intercellulaires qui ont la forme de "marche d'escalier" avec une succession de segments longitudinaux et de segments transversaux. Les filaments d'actine viennent se terminer à ce niveau et s'associent au sarcolemme par une plaque dense formant une jonction adhérente s'accrochant ainsi à chaque extrémité de la cellule (figure 25). Sur la partie longitudinale du trait scalariforme, se trouvent des jonctions communicantes ou nexus qui facilitent le passage de l'excitation membranaire (figure 25). Le système en T Figure 25 : ultrastructure du trait scalariforme

22 22 En regard des stries Z, le sarcolemme s'invagine pour donner naissance à des tubules T beaucoup plus larges que dans la cellule striée. Ils sont reliés entre eux par des tubes longitudinaux et s'associent aux tubules du réticulum sarcoplasmique, qui ne possèdent pas de citernes terminales. Il se forme ainsi des diades (figure 26). Figure 26 : Tubules T et réticulum endoplasmique dans la cellule myocardique 2. Le tissu nodal Le tissu nodal est formé de cellules musculaires modifiées qui génèrent des potentiels d action et les conduisent aux différentes parties du myocarde. Les cellules sont minces et contiennent un à deux noyaux centraux entourés d une zone cytoplasmique claire riche en mitochondries et en glycogène. La masse contractile est peu développée. 3. Contraction musculaire et innervation La contraction du muscle cardiaque est automatique grâce au fonctionnement du tissu nodal ; elle est cependant contrôlée par le système nerveux végétatif et par la concentration en ions Ca++. La propagation de l'onde de contraction dans l'ensemble du myocarde est assurée par les jonctions de type nexus des traits scalariformes. L'activité contractile permanente nécessite un besoin énorme d'énergie et donc une vascularisation importante. Celle-ci est apportée par les artères coronaires droite et gauche.

23 23 Le cœur est par ailleurs, richement innervé. Les systèmes nerveux parasympathique et orthosympatique forment des plexus importants à la base du cœur, entre les oreillettes. Dans la paroi de l oreillette droite, il existent des ganglions et des fibres nerveuses. Les fibres parasympatiques ralentissent le battement cardiaque. Les fibres orthosympathiques l accélèrent. Elles agissent indirectement sur le myocarde en modifiant le rythme du pacemaker.