Caratteristiche della rigenerazione muscolare

Il muscolo scheletrico dei mammiferi adulti è un tessuto stabile con un basso livello di ricambio cellulare (Decary et al., 1997; Schmalbruch & Lewis, 2000). Le piccole lesioni inflitte quotidianamente dal logoramento e dagli stiramenti inducono solo un piccolo ricambio dei costituenti multinucleati delle fibre muscolari. È stato stimato che nel muscolo normale di ratto adulto, non più dell‟1-2% dei mionuclei è sostituito ogni settimana (Schmalbruch & Lewis, 2000). Non di meno, il muscolo scheletrico dei mammiferi ha la capacità di completare una rapida ed estesa rigenerazione in risposta a danno severo. Sia che il danno muscolare dipenda da un trauma diretto (attività fisica intensa e allenamento alla resistenza) o da difetti innati, la rigenerazione muscolare è caratterizzata da due fasi: una fase degenerativa ed una fase rigenerativa. L‟evento iniziale della degenerazione muscolare è la necrosi delle miofibre. Questo evento è generalmente innescato dalla distruzione del sarcolemma delle miofibre che genera un‟aumentata permeabilità delle fibre. La distruzione dell‟integrità della miofibra si riflette nell‟aumento dei livelli sierici di proteine muscolari, come la creatinina chinasi (CK) che normalmente si trova soltanto nel citoplasma delle miofibre. Nei modelli sperimentali umani e animali, l‟aumento dei livelli sierici di CK si osserva in seguito a stress meccanico o nel corso di malattie degenerative del muscolo scheletrico come le distrofie muscolari, tutte caratterizzate da un‟induzione del processo di rigenerazione muscolare (Coulton et al., 1988; Nicholson et al., 1979; Percy et al., 1979; Armstrong et al., 1991).

È stato ipotizzato che l‟aumento dell‟influsso di calcio in seguito a danno del sarcolemma o del reticolo sarcoplasmatico generi perdita dell‟omeostasi del calcio e aumento della proteolisi calcio-dipendente, che porta i tessuti a degenerazione (Alderton & Steinhardt, 2000).

Le calpaine sono proteasi attivate dal calcio che possono tagliare proteine miofibrillari e citoscheletriche e quindi essere implicate in questo processo (Kwak et al., 1993). Le miofibre danneggiate quindi, vanno incontro ad auto-lisi focalizzata o totale in base all‟estensione del danno.

La fase precoce del danno muscolare è generalmente accompagnata dall‟attivazione delle cellule mononucleate, principalmente infiammatorie e muscolari.

Lavori recenti suggeriscono che fattori rilasciati dal muscolo danneggiato attivano le cellule infiammatorie che risiedono nel muscolo che a loro volta forniscono i segnali chemiotattici per le cellule infiammatorie circolanti (Rappolee & Werb, 1992; Tidball, 1995). I neutrofili sono le prime cellule infiammatorie a invadere il muscolo danneggiato con un aumento rilevante del loro numero, osservabile nelle prime 6 ore in seguito a danno indotto mediante miotossine o esercizio (Fielding et al., 1993; Orimo et al., 1991). In seguito all‟infiltrazione dei neutrofili e a 48 ore dal danno muscolare, i macrofagi diventano le cellule infiammatorie predominanti nel sito del danno. I macrofagi infiltrano il sito danneggiato e fagocitano i detriti cellulari ma potrebbero essere coinvolti in altri aspetti della rigenerazione muscolare come l‟attivazione delle cellule muscolari progenitrici (Lescaudron et al., 1999; Merly et al., 1999; Robertson et al., 1993). Alcuni studi hanno dimostrato la stimolazione dei macrofagi del peritoneo in seguito ad intensa attività fisica, suggerendo che in seguito a danno muscolare, potrebbe essere rilasciato un fattore sistemico capace di indurre una risposta infiammatoria in tutto il corpo (Fehr et al., 1988; Woods et al., 1993). Benché alcuni mediatori coinvolti nell‟attivazione della risposta infiammatoria siano stati caratterizzati, molti studi saranno necessari per dimostrare il loro potenziale ruolo nel processo di rigenerazione muscolare in vivo. La necrosi delle fibre muscolari e l‟aumento del numero di cellule mononucleate non-muscolari all‟interno del sito danneggiato, sono le principali caratteristiche istopatologiche degli eventi precoci che seguono al danno muscolare.

La degenerazione muscolare è seguita dall‟attivazione del processo di riparazione muscolare. La proliferazione cellulare è un evento importante e necessario per la rigenerazione muscolare, come dimostrato dalla ridotta capacità rigenerativa del muscolo in seguito ad esposizione alla colchicina (un inibitore della divisione mitotica) o a radiazioni (Pietsch, 1961; Quinlan et al., 1995).

L‟espansione delle cellule muscolari fornisce una fonte sufficiente di nuovi mionuclei per la riparazione del muscolo (Campion, 1984; Hawke & Garry, 2001). Numerosi esperimenti di radiomarcatura nucleare hanno dimostrato il contributo delle cellule muscolari in divisione alla rigenerazione delle miofibre ed è ora comunemente accettato che, in seguito alla fase di proliferazione, le cellule muscolari differenzino e si fondano con le fibre preesistenti danneggiate o fondano tra loro per formare una nuova miofibra (Snow, 1977). Anche le caratteristiche istologiche a lungo termine sono ancora utilizzate per identificare il processo di rigenerazione muscolare nei mammiferi. Queste fondamentali caratteristiche morfologiche sono visibili su sezioni trasversali di muscolo, dove è possibile osservare che le miofibre di nuova formazione hanno un calibro più piccolo e hanno nuclei collocati al centro della fibra. Le miofibre di nuova formazione sono spesso basofile ed esprimono forme di MHC (Myosin Heavy Chains) embrionali (Whalen et al., 1990). Su sezioni longitudinali di muscolo e su fibre muscolari isolate si possono osservare mionuclei centrali in molte porzioni delle fibre in rigenerazione o lungo tutta la miofibra e ciò suggerisce che la fusione cellulare non è diffusa durante la rigenerazione ma si focalizza nel sito del danno (Blaveri et al., 1999). La divisione e la ramificazione delle fibre muscolari sono caratteristiche comuni della rigenerazione muscolare e sono probabilmente dovute ad una fusione incompleta delle fibre all‟interno della stessa lamina basale (Blaivas & Carlson, 1991). La divisione delle fibre muscolari invece si osserva comunemente nei pazienti con malattie neuromuscolari, nei muscoli ipertrofici e in quelli di topi in età avanzata, tutti accumunati da una capacità rigenerativa anormale (Bockhold et al., 1998; Charge et al., 2002). Una volta che la fusione delle cellule muscolari è terminata, le nuove miofibre aumentano di taglia e i mionuclei muovono verso la

periferia delle fibre muscolari. In condizioni normali il muscolo rigenerato è morfologicamente e funzionalmente indistinguibile dal muscolo sano.