Histologie

Le Tissu Musculaire

I) Généralités :

1) définition : le terme de tissu musculaire recouvre l'ensemble des cellules douées de propriétés contractiles et regroupées au sein de structures organisées, les muscles. Il existe 3 types de tissus et de cellules musculaires :

- le tissu musculaire strié qui permet les mouvements volontaires sous contrôle du système nerveux dit cérébro-spinal

- le tissu musculaire lisse qui permet les mouvements non volontaires sous contrôle du système nerveux dit autonome ou végétatif

- le tissu musculaire myocardique qui permet la contraction non volontaire du muscle strié cardiaque sous contrôle du système nerveux autonome.

2) myocyte : Quel que soit leur tissu d'appartenance, les myoytes, c'est-à-dire les cellules musculaires encore appelées fibres musculaires, possèdent les caractéristiques suivantes :

a) le cytoplasme des myocytes contient deux types de protéines filamentaires contractiles : les myofilaments d'actine et les myofilaments de myosine.

b) la membrane plasmique contient de nombreux recepteurs et transporteurs, notamment des transporteurs du glucose.

c) une membrane basale recouvre les myocytes.

d) les myofilaments d'actine des myocytes sont ancrés à la laminine de la membrane basale par un complexe protéique transmembranaire constitué entre autres d'une molécule de dystrophine.

II) le tissu musculaire strié

1) structure générale : le tissu musculaire strié comprend 4 composantes que nous allons aborder successivement : musculaire, conjonctive, vasculaire et nerveuse.

a) composante musculaire : 

Le corps du muscle strié est relié au squelette par les tendons. Il est formé de faisceaux de fibres musculaire (1 fibre musculaire = 1 cellule musculaire). Chaque cellule musculaire striée, encore appelée rhabdomyocyte, contient dans son cytoplasme des myofibrilles. Chaque myofibrille est formée par l'alignement d'unités contractiles élémentaires nommées sarcomères. La cellule musculaire striée à la forme d'un fuseau d'environ 50 microns de diamètre et pouvant atteindre 50 cm de long. Les rhabdomyocytes possèdent plusieurs centaines de noyaux situés en périphérie de la cellule, contre la membrane plasmique encore appelée sarcolemme. Au sein du cytoplasme, les myofibrilles confèrent un aspect strié aux muscles squelettiques du fait de l'alignement des sarcomères c’est-à-dire les unités élémentaires constituant les myofibrilles.

En coupe longitudinale après coloration standard, cette striation est observable en microscopie optique et correspond à l’alternance de bandes sombres et de bandes claires.

La bande sombre est nommée disque A car elle est anisotrope en microscopie à contraste de phase c’est-à-dire d’aspect inhomogène. La bande claire est nommée bande I car elle est isotrope c’est-à-dire homogène. Chaque bande claire est traversée d’une ligne transversale qu’on nomme strie Z.

Entre les myofibrilles, le cytoplasme restant est nommé sarcoplasme et contient les organites et molécules suivantes :

- des mitochondries volumineuses alignées en file le long des myofibrilles et qui leur fournissent l'ATP nécessaire à la fonction contractile

- des grains de glycogène permettant le stockage du glucose.

- des molécules de myoglobine qui donnent leur coloration rouge au muscle et dont la fonction est de fixer l’oxygène et de le transmettre au mitochondries.

- des protéines du cytosquelette (filaments intermédiaires de desmine et microtubules) assurant la cohésion des faisceaux de myofibrilles

- d’autres protéines telles que la créatine et la créatine phospho-kinase (CPK) qui permet le catabolisme de la créatine en créatinine (la créatininémie est corrélée à la masse musculaire ; par ailleurs, la clearance de la créatinine est reflet de la fonction rénale)

- des poches de réticulum endoplasmique lisse encore appelé réticulum sarcoplasmique qui forment un réseau participant au système dit sarcotubulaire ou système T.

La richesse relative en glycogène, mitochondries et myoglobine permet de distinguer les fibres  de type I (dites rouges) des fibres de type II (dites blanches).

Les fibres rouges sont riches en mitochondries et myoglobine mais pauvres en glycogène. Elles sont un fonctionnement aérobie et sont abondantes dans les muscles posturaux. Leur fatigabilité est faible et leur contraction lente.

Les fibres blanches sont riches en glycogène mais pauvres en mitochondries et myoglobine. Elles ont un fonctionnement anaérobie et sont abondantes dans les muscles phasiques. Leur fatigabilité est élevé et leur contraction rapide.

b) composante conjonctive : Les fibres musculaires striées (c'est-à-dire les cellules musculaires) sont groupées en faisceaux et sont réunies et entourées par un tissu conjonctif formant plusieurs tuniques. L'épimysium revêt le muscle dans son entier, le périmysium entoure chaque faisceau et l'endomysium est le nom donné au tissu conjonctif entourant chaque fibre musculaire.

On trouve également des amas d’adipocytes au sein de du périmysium. Par ailleurs, les cellules musculaires et le tissu conjonctif de soutien sont reliés au squelette par les tendons, formations de tissu conjonctif dense dont les fibres de collagène adhérent à l’épimysium mais aussi à la membrane basale des cellules musculaires les plus longues.

c) composante vasculaire : Des vaisseaux sanguins (artérioles et veinules) circulent dans les cloisons conjonctives du périmysium et forment un réseau capillaire artérioveineux au niveau de l'endomysium. Ce réseau entoure chaque fibre musculaire.

d) composante nerveuse : 

Innervation motrice : Chaque cellule musculaire est innervée par une fibre nerveuse motrice issue d'un motoneurone alpha. Le corps cellulaire de chaque motoneurone alpha est localisé dans la corne antérieure de la moelle épinière et envoie un axone dont chacune des terminaisons fait synapse au niveau d'une jonction neuromusculaire, encore appelée plaque motrice. Chaque motoneurone commande ainsi plusieurs fibres musculaires via l'arborisation axonale terminale.

L'ensemble des fibres musculaires sous contrôle d'un motoneurone constitue une unité motrice. Le neurotransmetteur des jonctions neuromusculaires est l’acétylcholine et les récepteurs de l’acétylcholine sont localisés sur la membrane plasmique des fibres musculaires. Dans la fente synaptique, l’acétylcholine en excès est dégradé par la l’acétylcholine estérase. 

Innervation sensitive : Le muscle strié est également innervé par des fibres nerveuses sensitives qui font synapse au niveau de deux structures équipées de mécanorécepteurs : les fuseaux neuromusculaires et les organes neurotendineux. Les fuseaux neuro-musculaires sont des structures encapsulées localisées au sein de l’endomysium et formées de fibres musculaires spécialisées dites intrafusales et de fibres sensitives (des fibres 1-a) sensibles à l’étirement des fibres musculaires intrafusales.

A l’état basal, le maintien d’un état d’étirement normal des fibres intrafusales est assuré par des fibres nerveuses motrices spécialisées, les fibres gamma. Lorsqu’un étirement mécanique du muscle se produit, la stimulation des fibres 1-a entraîne la stimulation des motoneurones alpha de la corne antérieure, stimulation qui est responsable de la contraction des fibres musculaires intra et extrafusales, ce qui permet de stopper l’étirement.

2) le sarcomère : 

a) ultrastructure morphologique : Chaque sarcomère localisé entre 2 stries Z est constitué de myofilaments parallèles à son grand axe et qui se répartissent en 2 contingents : les myofilaments épais et les myofilaments fins. Le disque sombre ou disque A contient des myofilaments fins et des myofilaments épais ce qui lui confère son aspect anisotrope. Le disque I ou disque clair ne contient que des myofilaments fins ce qui lui confère son caractère isotrope. Ces myofilaments fins s’arriment aux myofilaments fins des sarcomères voisins au niveau des stries Z. Au sein du disque A, la zone centrale appelée bande ou disque H ne contient que des myofilaments épais dont les extrémités se font vis à vis au niveau de la bande M. Les parties latérales du disque A sont les zones ou les myofilaments fins et épais se chevauchent et établissent des contacts nommés ponts d’union. 

b) ultrastructure moléculaire : 

* myofilaments fins : ils sont constitués de trois éléments :

- des molécules d’actine polymérisées (protéines globulaires) qui s’associent en chapelet

- des molécules de tropomyosine qui s’enroule autour de l’axe formé par les molécules d’actine

- des molécules de troponine qui s’insèrent de manière périodique sur les molécules d’actine sous forme d’hétérotrimère constitué de 3 sous-unités :  la troponine i (inhibitrice) qui masque au repos le site d’interaction de l’actine avec la myosine ; la troponine C qui est capable de fixer le calcium ; la troponine T qui se lie à la tropomyosine

* myofilament épais : chaque myofilament épais résulte de l’assemblage d’environ 300 molécules de myosine. La molécule de myosine ressemble à une crosse de Hockey à double tête présentant au niveau de chaque tête 1 site de liaison à l’actine et 1 site à activité ATPase qui est actine dépendante. Les têtes de molécule de myosine émergent régulièrement le long des myofilaments épais selon une disposition hélicoïdale.

c) fonctionnement : 

* au repos : la troponine i masque le site de liaison de la myosine avec l’actine

* l’influx nerveux induit une augmentation de la concentration intracytoplasmique de calcium et celui-ci se fixe à la troponine C. Cette fixation induit un changement de conformation de la troponine qui permet le démasquage du site de fixation de l’actine à la myosine.

* la liaison actine-myosine déclenche l’activité ATPase de la myosine permettant l’hydrolyse de l’ATP en ADP.

* l’energie fournie permet le basculement de la tête de myosine qui induit un déplacement des myofilament fins le long des myofilaments épais et donc la contraction musculaire.

3) le système sarcotubulaire (ou système T) : La cellule musculaire striée squelettique est un des rares type cellulaire qui est riche en réticulum endoplasmique lisse appelé dans ce cas réticulum sarcoplasmique. Le réticulum sarcoplasmique est constitué par un réseau de canalicules anastomosés qui entoure chaque myofibrille. Ces canalicules se réunissent périodiquement pour former des citernes terminales à chaque jonction entre disque I et disque A. Ces citernes sont le siège de fortes concentrations en calcium. Par ailleurs, au niveau de chaque jonction entre disque I et disque A, on observe entre 2 citernes terminales adjacentes une invagination tubulaire de la membrane plasmique des rhabdomyocytes. Chaque tubule forme ainsi avec 2 citernes terminales adjacentes ce qu’on appelle une triade. C’est l’ensemble des triades que l’on nomme système sarcotubulaire ou système T. 

Le rôle du système T est de transmettre l’onde de dépolarisation induite par l’influx nerveux depuis la plaque motrice jusqu’au réticulum sarcoplasmique. Cette onde suit la membrane plasmique jusqu'aux invaginations tubulaires puis est transmise aux citernes terminales. Elle y provoque la libération de calcium en forte concentration et la contraction des myofibrilles.

IV) les cellules satellites : Les cellules satellites sont des cellules souches musculaires permettant la croissance, le renouvellement et la régénérescence du tissu musculaire. Avant d'aborder la morphologie, le phénotype et les fonctions des cellules satellites, nous commencerons par quelques généralités sur les cellules souches.

1) les cellules souches : 

a) définitions : Les cellules souches sont les seules cellules de l'organisme réunissant les 2 propriétés suivantes :

i) la capacité à s'autorenbouveler de manière indéfinie ;

ii) la capacité à se différencier en types cellulaires multiples. Les cellules souches embryonnaires, présentes exclusivement dans l'embryon, sont les seules cellules souches dites totipotentes c'est-à-dire capables de générer d'une part les cellules du trophoblaste et d'autre part les cellules l'ensemble des tissus de l'organisme. Les cellules souches somatiques, encore appelées cellules souches adultes, sont des cellules souches réparties dans l'ensemble des tissus depuis le stade foetal. Ces cellules sont soit pluripotentes, c'est-à-dire capables de générer les cellules dérivant des 3 feuillets embryonnaires, soit multipotentes, c'est-à-dire capables de générer les cellules dérivant d'un seul feuillet embryonnaire ou appartenant à un seul lignage cellulaire. Toutefois, on considère que le caractère pluripotent ou multipoptent d'une cellule souche somatique est essentiellement déterminé par son environnement. Par exemple, des cellules souches dites mésenchymateuses (fibroblastes, adipocytes, ostéoblastes, chondrocytes) sont capables de générer des cellules gliales et des neurones lorsqu'elles sont greffées dans le SNC.

Les cellules souches sont à distinguer de 2 catégories cellulaires qui ont été initialement inventoriées par les hématologistes :

i) les cellules progénitrices (progéniteurs) ont un fort potentiel de division et de différenciation au sein d'un lignage cellulaire. Premier exemple : les progéniteurs oligodendrocytaires peuvent générer des oligodendrocytes ou des astrocytes. Deuxième exemple : les progéniteurs myéloïdes du système hématopoïétique donnent toutes les cellules myéloïdes du système sanguin (pour mémoire : monocytes, macrophages tissulaires, cellules dendritiques, polynucléaires). Les progéniteurs sont capables d'un nombre fini de division et ne possèdent pas la propriété d'autorenouvellement des cellules souches.

ii) les précurseurs ont un potentiel de prolifération et de division restreint (exemple : le monocytes sanguins sont les précurseurs des macrophages).

b) fonctions : les cellules souches permettent le renouvellement constant de tous les tissus et, en cas de besoin, assurent la réparation tissulaire. L'activité des cellules souches est principalement régulée par le microenvironnement qui forme la niche des cellules souches. Cette niche est le plus souvent formée par du tissu conjonctif organisé en lame basale. Parfois la niche est constituée d'un groupe de cellules qui organise le microenvironnement de la cellule souche (macrophages, fibroblastes, cellules ependymaires...) L'autorenouvellement des cellules souches nécessite que des signaux extrinsèques spécifiques déclenchent leur mise en cycle cellulaire. Parmi ces signaux extrinsèques, on retient essentiellement un groupe de cytokines à signalisation intracellulaire comprenant l'Interleukine 6 et le LIF (Leukemia Inhibiting Factor). L'autorenouvellement des cellules souches requière également un mécanisme de division cellulaire qui est propre aux cellules souches : la division asymétrique. Au cours des divisions dites symétyriques, 2 cellules filles identiques sont générées, qui sont distinctes de la cellule mère. Au cours des divisions aymétriques, la cellule mère génère une cellule fille et une nouvelle cellule mère identique à la cellule génitrice.

2) morphologie des cellules satellites : 

a) les cellules satellites quiescentes : elles sont localisées dans un dédoublement de la lame basale et sont préférentiellement situées à proximité des capillaires et des plaques motrices. Elles ont un rapport nucléo-cytoplasmique élevé, peu d’organites cellulaires et une hétérochromatine riche (ADN faiblement accessible aux facteurs de transcription). Elles sont dépourvues de ramifications.

b) les cellules satellites activées : elles sont également localisées dans un dédoublement de la lame basale mais peuvent migrer à distance de leur localisation initiale. Ces cellules présentent une activité mitotique qui s’accompagne de l’enrichissement en organites cellulaires, une diminution du rapport nucléocytoplasmique, l’appauvrissement en hétérochromatine et l’acquisition de ramifications du corps cellulaire.

3) phénotype des cellules satellites : Les cellules satellites quiescentes expriment un certain nombre de marqueurs qui sont présents sur d’autres type de cellules souches et en particulier les cellules souches hématopoïétques. Il sa'git des molécules de surface CD34 et SCA ("stem cell antigen"). Elles expriment également des marqueurs spécifiques du lignage musculaire tels que les facteurs de transcription MNF (myocyte nuclear factor) et la molécule d’adhésion M-cadhérine. L’activation, la prolifération et la différenciation des cellules satellites s’accompagnent de la perte des marqueurs membranaires les plus immatures (CD34, SCA). On observe, en parallèle, l’expression de gènes impliqués dans le phénomène de spécification musculaire. Il s’agit de gènes codant pour des facteurs de transcription contrôlant l’expression d’un ensemble de gènes spécifiques des cellules musculaires matures (pour mémoire : c’est le cas des facteurs de transcription Myf 5 et MyoD).

4) Fonctions des cellules satellites : 

a) mobilisation des cellules satellites : lors de tout traumatisme musculaire ou lors de toute perte de fibres musculaires quelle que soit son origine, on observe la séquence suivante :

i) les cellules satellites quiescentes s'activent et prolifèrent. Cette activation/prolifération conduit au renouvellement des cellules satellites quiescentes et à la génération de cellules musculaires immatures : les myoblastes ;

ii) les myoblastes migrent jusqu’au site de lésion en restant sous la lame basale lorsque celle-ci est préservée par le processus pathologique ;

iii) les myoblastes fusionnent avec une fibre musculaire pré-existante (on observe alors une hypertrophie des fibres musculaires) ou fusionnent entre eux pour former une nouvelle fibre musculaire (on observe alors une augmentation du nombre des fibres musculaires : c'est le phénomène d'hyperplasie).

iv) la fibre musculaire nouvellement formée (néo-formée) ou régénérée aura la particularité, pour un temps, de présenter une localisation centrale des noyaux.

b) contrôle moléculaire : La "mobilisation" des cellules satellites est soumise à une étroite régulation qui dépend de facteurs dérivés essentiellement de 4 types cellulaires :

i) les cellules immunes qui infiltrent le tissu musculaire lésé. On considère qu'un rôle majeur est joué par les macrophages qui synthétisent des cytokines induisant l'entrée en cycle cellulaire des cellules satellites (LIF et IL-6) ;

ii) les motoneurones contrôlent également la mobilisation des cellules satellites en synthétisant notamment des neurotrophines. Ce rôle des motoneurones donne un sens à la localisation préférentielle des cellules satellites à proximité de la plaque motrice ; 

iii) les cellules endothéliales (elles aussi localisées à proximité des cellules satellites) contrôle la mobilisation des cellules satellites via la synthèse de facteurs de croissance (pour mémoire IGF et HGF) ;

iv) les cellules satellites contrôlent leur mobilisation sur un mode autocrine en synthétisant elles aussi des facteurs de croissance.

V) Pathologie du muscle strié squelettique : 

1) Myopathies Génétiques : 

a) La myopathie de Duchenne : c'est une pathologie à transmission récessive liée au chromosome X, qui touche, à la naissance, un garçon sur 3500 chaque année en France. Cette maladie est liée à la délétion partielle du gène de la dystrophine, qui est le plus long connu de tout notre génome puisqu’il est formé de 2,4 millions de paires de bases. Au plan clinique, on observe une dystrophie musculaire progressive (d’ou le nom donné à la dystrophine) conduisant à la perte de la marche, à une scoliose sévère, puis à des troubles respiratoires et cardiaques.

b) les myopathies métaboliques d’origine génétique : Elles sont dues à des déficits enzymatiques qui perturbent le métabolisme énergétique de la cellule musculaire. On peut les regrouper en deux grandes catégories : les glycogénoses qui touchent les voies de la glycogénolyse, et les cytopathies mitochondriales. Dans le cas des cytopathies mitochondriales, bien que les anomalies mitochondriales soit le plus souvent présentes dans l'ensemble des tissus, les deux tissus qui présentent la souffrance la plus marquée sont le muscle et le cerveau.

2) les myopathies inflammatoires : encore nommées polymyosites, les myopathies inflammatoires sont des pathologies auto-immunes qui surviennent de façon isolée ou associée à d’autres maladies auto-immunes. Dans certains cas, les polymyosites accompagnent de cancers qui n’ont pas encore été détectés. Ils témoignent alors d’un dérèglement du système immunitaire qui accompagne la réponse immune anti-tumorale. Au plan clinique, on observe une faiblesse et des douleurs musculaires parfois accompagnées d’une atteinte inflammatoire de la peau. On parle dans ce cas de dermatomyosite.