Les tissus musculaires. Pr. Pierre Dubus

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1 Les tissus musculaires Pr. Pierre Dubus

2 Introduction Tissus musculaires = cellules musculaires + tissus conjonctifs associés + vascularisation et innervation Trois types de cellules musculaires cellules musculaires striées squelettiques ou rhabdomyocytes cellules musculaires striées cardiaques ou cardiomyocytes cellules musculaires lisses ou léiomyocytes

3 Introduction Caractéristiques communes des cellules musculaires - spécialisées dans un travail mécanique : contraction musculaire. avec production de potentiels électriques et de chaleur. - présence d une membrane basale périphérique, isolante. - présence de transporteurs du glucose membranaires. - présence de système d ancrage de la cellule à la membrane basale dystrophines et protéines associées. - présence de cavéoles : replis membranaires permettant à la membrane cytoplasmique de s adapter aux changements de forme. - cytoplasme éosinophile, abondant riche en myofilaments contractiles (fins et épais), riche en myoglobine, réserve d oxygène. - filaments intermédiaires de desmine.

4 Localisation des cellules musculaires Rhabdomyocytes : cellules striées contraction volontaire Muscles associés au squelette (ancrage par tendons sur os et cartilages) Muscles peauciers du visage Muscles des lèvres Muscle de la langue Muscle du tiers supérieur de l œsophage Sphincter anal externe Sphincter vésical Présence de cellules souches de réserve = cellules satellites

5 Classification : les différents types de rhabdomyocytes Cellules musculaires striées squelettiques extrafusales > 99% des rhabdomyocytes contraction volontaire innervation par les motoneurones a - Type I - Type intermédiaire (type IIa) - Type IIb Cellules musculaires striées squelettiques intrafusales < 1% des rhabdomyocytes contraction réflexe innervation par les motoneurones g mécanorécepteurs - Rhabdomyocytes à chaînes nucléaires - Rhabdomyocytes à sacs nucléaires

6 Localisation des cellules musculaires Cardiomyocytes : cellules striées contraction involontaire Myocarde (cœur) Pas de cellules souches chez l adulte

7 Léiomyocytes : Localisation des cellules musculaires cellules lisses (non striées) contraction involontaire Paroi des vaisseaux sanguins et lymphatiques : média Paroi musculaire des voies digestives, respiratoires, urinaires, génitales Peau : muscles arrecteurs des poils, des mamelons Œil : iris Prostate : dans le stroma! Toutes les cellules contractiles ne sont pas des cellules musculaires (Ex. : cellules myoépithéliales)

8 Les tissus musculaires striés squelettiques Les rhabdomyocytes

9 Rhabdomyocyte : organisation générale Cellules allongées, cylindriques (fibres musculaires) longueur : diamètre : multinucléées Rhabdomyocyte extrafusal : Rhabdomyocyte intrafusal : cytoplasme plusieurs cm 10 à 100 mm noyaux en périphérie noyaux centraux = sarcoplasme myofibrilles et triades cytosquelette, mitochondries, R.E.L, R.E.G., Golgi myoglobine cavéoles membrane = sarcolemme plaque motrice costamères et jonctions myotendineuses

10 Coupe longitudinale (striations) Quelques cm Cellule satellite Ø variable 10 à 100 mm Myoplasme : myofibrilles (striées) («sarcoplasme fibrillaire») Noyaux (jusqu à 200) Sarcoplasme non fibrillaire Lame basale Noyaux Sarcolemme Coupe transversale Réseau de réticuline

11 M.O. Le Myoplasme : les myofibrilles Myofibrilles : Unités élémentaires du myoplasme A I Bandes sombres Anisotropes A Bandes claires Isotropes I A I A I Z Z Z Z / ligne Z Sarcomère Sarcomère Sarcomère Sarcomère

12 le sarcomère : organisation des myofilaments M.E. I A I A Z M Z M Z I H H Z Alpha-actinine Epais (Myosine) Fins (Actine + troponine + tropomyosine)

13 le sarcomère : organisation des myofilaments I A I A Z M Z M Z I M.E. : coupe transversale A(- H) H I

14 Structure des myofilaments épais ( 300 par sarcomères) Myosines corps Tête (= moteur) 2 chaînes lourdes + 2 x 2 chaînes légères - fixation ATP - fixation à l actine - activité ATPase actine dépendante ATP ADP + énergie Isoformes de myosine : vitesse de contraction M Titine liaison filament épais - strie Z propriétés élastiques Myomésine M-protéines

15 Structure des myofilaments fins 2 chaînes d actine F = polymères d actine G 2 chaînes de tropomyosine (dans gouttières entre l actine F) Molécules de troponine en regard des têtes de myosine 3 sous unités Tn t : fixation tropomyosine Tn c : fixation du calcium Tn i : inhibition interaction actine / myosine

16 Protéines du cytosquelette endosarcomérique Myofilaments épais : titine, M-protéine, myomésine Myofilaments fins Z Tropomoduline a-actinine Protéine Cap Z Nébuline Maintien alignement des myofilaments fins spécifique des rhabdomyocytes

17 Principes de la contraction musculaire Interactions myofilaments fin / épais + Ca 2+ + ATP Repos : liaison actine / tête de myosine inhibée par la troponine i Activation : libération d ions Ca 2+ fixation sur troponine c déplacement troponine c entrainant la troponine i libération site d interaction entre actine et tête de myosine interaction actine / tête de myosine activation activité ATPase actine-dépendante de la tête de myosine

18 Principes de la contraction musculaire Principes de la contraction musculaire : pivot de la tête de myosine ATP ADP + énergie traction sur l actine engrenage des myofilaments épais / fins et raccourcissement du sarcomère

19 Sarcomère et contraction musculaire Z H I (1/2) Repos (2,5 mm) Rapprochement des stries Z Réduction bande H Réduction bande I Z H I (1/2) Contraction Réduction de taille de 20% 2,5 2 mm) Pas de racourcissement des myofilaments (mais un glissement) Transmission à la MEC et au tendon par systèmes d ancrages Fin de la contraction : recapture calcium et échange ADP pour ATP sur les têtes de myosines relâchement du sarcomère

20 Le sarcoplasme non fibrillaire Les costamères Visible en M.E. sous forme de zones denses Localisées sous la membrane plasmique en regard des stries Z Rôle dans la transmission de la variation de taille du rhabdomyocytes complexes DYSTROPHINES / glycoprotéines associées Ponts entre le cytosquelette du rhabdomyocytes (desmine, vimentine, actines cytoplasmiques) et la lame basale externe complexes intégrines a7b1 / taline / vinculine Ponts entre les stries Z (a-actinine) le sarcolemme la lame basale. N.B. : Myopathie de Duchenne Mutation du gène de la dystrophine sur le bras court chromosome X Atteintes musculaires chez les garçons

21 Le sarcoplasme non fibrillaire - Cytosquelette «exosarcomérique» (desmine, vimentine) - Mitochondries (production ATP) 1 à 5 % du volume total du rhabdomyocyte - Grains de glycogènes (réserve énergétique) - Myoglobine fixe O 2 libre dans le cytoplasme, couleur rouge - R.E.G. - Golgi (près des noyaux) - Triades = citernes de R.E.L + tubules T

22 Le sarcoplasme : les triades myofibrilles tubules T sarcolemme basale Triade Citerne R.E.L. Tubule T Citerne R.E.L. Z I A A Réticulum sarcoplasmique (R.E.L.) stockage libération Ca ++ Triade Sarcomère Z Pompage du Ca ++

23 Le sarcolemme - Dispositifs d ancrage latéraux : costamères à la basale, aux myofibrilles aux filaments intermédiaires de desmine distaux : jonction musculo-tendineuse Replis membranaires : augmentation de 10 fois la surface de contact. Replis associé de la membrane basale. Ancrage des fibrilles de collagène I (du tendon) sur la lame basale.

24 Le sarcolemme - Récepteurs hormonaux membranaires (insuline) -Transporteurs du glucose (énergie) - Cavéoles (réserve de membrane) - Une région spécialisée par rhabdomyocyte = la plaque motrice (lieu d initiation de la dépolarisation) - Canaux voltage dépendant transmission de la dépolarisation - sur le sarcolemme - prolongée dans les tubules T Rq. : lame basale = isolation électrique de chaque rhabdomyocyte

25 La plaque motrice Axone Motoneurone a Rhabdomyocyte plaque motrice unité motrice = Rhabdomyocytes (de 1 à 150) innervés par un même motoneurone a Ramification et dilatation terminale de l axone = synapse neuromusculaire

26 La synapse neuromusculaire Gaine de myéline Terminaison axonale Axone Cellule de Schwann basale Fente synaptique Membrane post-synaptique Rhabdomyocyte

27 M.E. Terminaison axonale La synapse neuromusculaire - Vésicules synaptiques (acétylcholine) - Mitochondries Fente synaptique primaire (60 nm) secondaire Lame basale (acétylcholinestérase produit par rhabdomyocyte) Rhabdomyocyte Membrane post-synaptique Récepteurs à l acétylcholine : canaux sodiques Rq: - Curare : bloque récepteurs à l acétylcholine - Neurotoxiques organophosphorés : bloquent acétylcholinestérase. - Myasténie : récepteurs à l acétylcholine (auto-anticorps)

28 Différents types de cellules musculaires striées squelettiques extrafusales Type I Type IIa Type IIb Contraction lente rapide myoglobine métabolisme (glycolyse) aérobie anaérobie mitochondries inclusions lipidiques ATPase (basique) glycogène Prédominance Muscles de posture (resistant à la fatigue) Prédominance Muscles à contraction intense mais sporadiques

29 Cellules musculaires striées squelettiques extrafusales La distinction est impossible à l examen standard chez l homme techniques spéciales histoenzymatiques (congélation) Succinate déshydrogénase ATPase basique (enzyme oxydative) (ph 9,6) Type 1 (aérobie) Type IIb (anaérobie)

30 Cellules musculaires striées squelettiques extrafusales La différentiation (type I, intermédiaire ou II) est fonction de l innervation 1 motoneurone a toujours cellules de même type (unité motrice) facteurs trophiques pour les rhabdomyocytes Muscle = toujours panachage des différents types Adaptation différente à l entraînement Type I : hypertrophie modérée ( de la taille) Type intermédiaire : intermédiaire Type II : hypertrophie importante ( de la taille)

31 Origine, croissance et régénération des rhabdomyocytes Cellules mésenchymateuses Rhabdomyoblastes (transitoires) Multiplication Fusion Différentiation (synthèse myofillaments) Myotubes (transitoires) Rhabdomyocytes Cellules satellites (permanentes et quiescentes) Multiplication en MPC (muscle precursor cells) Fusion Allongement Réparation Stimuli Hormonal (croissance) ou Lésionnel

32 Les cellules satellites Uniquement muscles striés squelettiques. Cellule non musculaire, non striée. Localisation : entre la lame basale et le sarcolemme. Identification par IHC : Pax7, Myf5 Abondance : environ 4% des noyaux totaux. Cellules souches auto-renouvellement différenciation en M.P.C., multiplication puis différenciation en myotubes ou fusion avec rhabdomyocyte existant. Dans niches : - proche des capillaires sanguins - régions hypoxiques

33 Pathologie des rhabdomyocytes Atrophies musculaires primaires Atteinte du rhabdomyocyte = myopathies Atrophies neurogènes (ou secondaire) Atteinte de l innervation atrophie des rhabdomyocytes (corps cellulaire du motoneurone a, prolongements nerveux, synapse) Tumeur du muscle strié = rhabdomyosarcomes

34 Les tissus musculaires Organisation des muscles striés et fuseau neuromusculaire

35 Les tissus musculaires striés Organisation générale Motricité volontaire Tendon Aponévrose Tendon Muscle Zone d insertion (Ex. : os) Cellules spécialisées Rhabdomyocytes + Cellules satellites Tissus conjonctifs + vaisseaux + nerfs

36 Organisation générale d un muscle strié squelettique endomysium (tissu conjonctif réticulé) rhabdomyocytes épimysium (tissu conjonctif lâche) faisceaux de myofibrilles Capillaires Adipocytes faisceaux de cellules musculaires striées squelettiques Nerfs (moteurs et sensitifs) vaisseaux périmysium aponévrose (tissu conjonctif dense bitendu)

37 Muscle strié squelettique M.O. HES, coupe transversale Coupe transversale : pas de striation Endomysium Rhabdomyocyte Coupe longitudinale Striation transversale

38 Fuseau neuro-musculaire = mécanorécepteur état d étirement du muscle Gaine conjonctive externe (capsule ou périmysium) Tendon Aponévrose Tendon Os Fuseaux neuromusculaires Composition Rhabdomyocytes à chaînes nucléaires Rhabdomyocytes à sacs nucléaires

39 Représentation schématique d un fuseau neuro-musculaire Endomysium CAPSULE Innervation Motrice : Motoneurone g Innervation sensitive : Fibres type 1a (rapides) Fibres type 2 (lentes) Rhabdomyocyte à chaîne nucléaire Rhabdomyocyte à sac nucléaire

40 Récepteur musculo-tendineux de Golgi Mécanorécepteur état de traction du tendon Localisé dans le tendon, à proximité de l insertion musculaire Innervation sensitive : Fibre type 1b (rapides) = Dendrite sensitif ramifié entre fibres collagène type I Os Tendon Muscle

41 Les tissus musculaires Les cardiomyocytes

42 Le myocarde Cœur : 3 tuniques interne = endocarde moyenne = myocarde externe = épicarde ou péricarde viscéral Le Myocarde : Cardiomyocytes + Tissus conjonctif de soutien (endomysium) vascularisation innervation

43 Les cardiomyocytes strie - environ 80 mm de long sur 5 à 15 mm de diamètre - uni ou binucléés, noyau(x) centraux - morphologie en Y ou en X réseau 3D - interconnexions entre cardiomyocytes = stries scalariformes - double striation du myocarde transversale (myofibrilles) transversale (stries scalariformes) - membrane basale périphérique CARDIOMYOCYTES basale Cardiomyocytes capillaire Noyau capillaire Stries scalariformes coupe longitudinale

44 Origine des cardiomyocytes Origine : In utero : mésoblaste aire cardiogène (3 ème semaine) différentiation en cardiomyocytes contraction prolifération des cardiomyocytes et apoptose focale : formation des valves, piliers et cordons) Post-natal : Arrêt de prolifération irréversible (différentiation terminale) Hypertrophie (synthèse de myofilaments) Contraction Pas de cellules satellites : lésions du myocarde irréversibles

45 Ultrastructure des cardiomyocytes Noyau : 1 (à 2) central 1 ou 2 nucléoles Parfois polyploïde (adulte) Myoplasme Striations = myofibrilles (sarcomères) Organisation = similaire au rhabdomyocyte M.E. : bandes A, I, H et stries Z, M Composition biochimique : pas de nébuline nombreuses isoformes cardiaques spécifiques Exemple : troponine Intérêt : dosage sérique de la troponine I cardiaque et de la troponine T cardiaque comme marqueur d une nécrose cardiaque (infarctus) et comme indicateur du facteur de gravité

46 - Golgi - R.E.G. Sarcoplasme non fibrillaire (abondant en région péri-nucléaire) - Grains de glycogènes (réserve énergétique) - Myoglobine (réserve O 2 ) - Lipides - Lipofuschines - Mitochondries 30 à 40 % du volume total - Réseau de filaments intermédiaires (vimentine et desmine) - Pas de triades mais des DIADES (tubule T + 1 seule citerne de REL) Tubules T larges au niveau des stries Z tapissés par lame basale - R.E.L. peu abondant

47 Le sarcolemme - Cavéoles - Récepteurs membranaires au neurotransmetteurs du système nerveux autonome (SNA) Récepteurs à : acetylcholine (SNA para ), adrenaline, noradrenaline (SNA ) Libérées par terminaisons nerveuses ou varicosités = action paracrine Absence de synapse et de plaque motrice - Stries scalariformes

48 Strie scalariforme = disque intercalaire Cardiomyocyte «A» Cardiomyocyte «B» Basale Jonctions communicantes (jonction GAP) Zonula adhaerens Sarcomère Myofibrille Z Z Z Z Desmine Z Z Z Desmosomes

49 Les différents types de cardiomyocytes Cardiomyocytes des oreillettes = fonctions mixtes plus petites contractile + conduction + endocrine (facteur natriurétique auriculaire) OD Cardiomyocytes à fonction principale contractile = cellules des ventricules VD OG VG Cardiomyocytes spécialisées dans l initiation de la dépolarisation (nœud sinusal et atrio-ventriculaire) = cellules nodales (activité pacemaker, innervation et para ) Cardiomyocytes spécialisées dans la conduction de la dépolarisation = faisceaux de His et cellules de Purkinje + cellules larges riches en glycogène peu de myofibrilles

50 Exemples de pathologie Myocarde Cardiomyopathies = atteinte des cardiomyocytes Primitive : Secondaire : atteinte initiale du cardiomyocyte déficit du cardiomyocyte secondaire à une anomalie du système cardiovasculaire Destruction des cardiomyocytes (Ex : ischémie) infarctus du myocarde (nécrose de certains cardiomyocytes) Pas de cellule satellite Pas de division Lésions irréversibles (cicatrice fibreuse par fibroblastes)

51 Les tissus musculaires Les léiomyocytes

52 Tissus musculaires lisses Organisation générale Léiomyocytes + Tissus conjonctif (stroma) + Vaisseaux + Innervation Léiomyocytes : cellules hétérogènes, pas de striation - soit regroupés en tunique musculeuse ex : - voies digestives, bronchiques, urogénitales - média (ou tunique moyenne des vaisseaux) Couche parfois la plus volumineuse d un organe: ex Myomètre (utérus) - soit isolés dans des tissus conjonctifs ex : stroma de la prostate - soit formant de petits muscles ex : muscles arrecteurs des poils, du mamelon muscles constricteurs et dilatateurs de l iris

53 Stroma peu abondant, collagène type I et élastine Vaisseaux sanguins. Tissu musculaire lisse Ex. Myométre (utérus) Léiomyocytes (coupe longitudinale) Léiomyocytes (coupe transversale)

54 Les léiomyocytes Cytoplasme éosinophile Myofilaments (réseau 3D) + cytosquelette + R.E.L. Région périnucléaire claire Golgi, mitochondries, RER, REL, Glycogène plaques d adhérence zones denses Vésicules d exocytose (production réticuline, basale, collagène, élastine, M.E.C., ), cavéoles et vésicules de stockage du Ca ++ Longueur environ Diamètre environ 20 mm 4 mm. Lame basale + Réseau de fibres de réticuline externe et collagène I NB exception : utérus en gestation, hypertrophie jusqu à 500 mm

55 Les léiomyocytes Noyau : toujours unique, central, «en cigare», avec petit nucléole Cytosquelette : réseau 3 D de filaments intermédiaires - desmine - vimentine Appareil contractile : différent du muscle strié pas de sarcomère Myofilaments fins Myofilaments épais Zones d ancrage au cytosquelette (zone dense) au sarcolemme (plaques d adhérence)

56 Appareil contractile du léiomyocyte Plaque d adhérence Zone dense Myofilaments fins : - actine musculaire lisse (isoformes musculaires lisses a et g) - tropomyosine pas de troponine - caldesmone (inhibitrice) Myofilaments épais : - myosine (isoformes musculaires lisses) peu nombreux (1 pour 15 actines) Modifié de Sobbota, Précis d histologie U. Welsch, EMI ed. 2003, p, 140.

57 Les léiomyocytes Zone denses, 100 à 300 nm en M.E., zones d ancrage des myofilaments fins au cytosquelette a-actinine Plaques d adhérences zones d ancrage des myofilaments fins au cytosquelette et à la membrane basale - a-actinine, vinculine - cytosquelette (desmine, vimentine) - intégrines (jonction lame basale)

58 Les léiomyocytes Mécanisme d activation de la contraction - calcium dépendant - différent du muscle strié - lente et involontaire Repos : pas d interaction actine myosine, bloquée par caldesmone Activation : libération de Ca 2+ stocké dans le R.E.L. juxta-membranaire Fixation du Ca 2+, déplace caldesmone de l actine + Fixation du Ca 2+ sur la calmoduline

59 Mécanisme de contraction calcium dépendant Calmoduline - Ca 2+ Activation d une myosine-kinase phosphorylation chaîne légère de myosine fixation tête de myosine - actine hydrolyse de l ATP déplacement modification de la forme de la cellule : réduction d environ ¼ de la longueur traction sur la lame basale Fin de contraction : - capture du calcium - action d une myosine phosphatase - fixation caldesmone-actine

60 Le sarcolemme - Pas de synapse - Récepteurs de surface Multiples et Hétérogènes +++ Contrôle par le système nerveux autonome NA Récepteurs à - acetylcholine (SNA para ), - adrenaline, noradrenaline (SNA ) Libérées par terminaisons nerveuses ou varicosités = action paracrine Différents types de récepteurs pour un même neurotransmetteur Contrôle hormonal Angiotensine, vasopressine, ocytocine, Contrôle par cytokines, facteurs de croissance et autres médiateurs (sérotonine, histamine) Contrôle par gaz : Monoxyde d azote ou NO

61 Jonctions entre léiomyocytes - Muscles lisses unitaires = contractions rythmiques le plus fréquent : ex muscle lisse intestinal, muscle lisse des bronches Excitation progression dépolarisation Onde de contraction CML Jonctions communicantes - Muscles lisses multi-unitaires (ex : iris, canal déférent, prostate) Pas de jonctions communicantes entre léiomyocytes ou groupes de léiomyocytes contraction individuelle de chaque léiomyocyte

62 Origine : mésoblaste Les léiomyocytes Cellules capables de se diviser : régénération, adaptation tout au long de la vie Léiomyocytes spécialisés Dans une production endocrine ex. : Cellules myoépithélioïdes (de Ruyters) Appareil juxtaglomérulaire (rein) production endocrine de rénine régulation de la tension artérielle Dans une importante activité de synthèse de la MEC ex. : Cellules rameuses des artères élastiques synthése d élastine et de collagène, peu d activité contractile. Dans une activité pacemaker spontanée ex. : Cellules de Cajal du tube digestif (IHC : c-kit +)