APPUNTI DI PATOLOGIA GENERALE
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DEFINIZIONE E OGGETTO DELLA PATOLOGIA GENERALE Patologia: letteralmente studio (in greco: logos) della sofferenza (in greco : pathos) La patologia è quindi lo studio delle “sofferenze” delle cellule e dei tessuti indotte da stimoli lesivi, cioè delle malattie • … delle cellule? ◦ La cellula non è un’isola ma parte di un insieme. La cellula è l’unità morfologica e funzionale dell’organismo ◦ Il patologo guarda alla cellula come ad un “paziente elementare” • … malattia? ◦ La malattia è una condizione del corpo o della mente che diminuisca le probabilità di sopravvivenza dell’individuo o della specie. E' vero? Molte le critiche possibili: ▪ sono da escludere condizioni estrinseche ▪ si deve ammettere che alcune malattie possano talora favorire la probabilità di sopravvivenza (es. anemia falciforme e talassemie) ▪ non sempre individuo e specie sono svantaggiati contemporaneamente ▪ non si può ignorare come i diversi contesti sociali e culturali possano influenzare la definizione di malattia • Definizione di salute dell'OMS: Salute è una condizione di completo benessere fisico, mentale e sociale ◦ la malattia sarebbe quindi una limitazione in questo Il numero delle possibili malattie è enorme! Oltre 8000 malattie comprese nell’elenco della Classificazione Internazionale delle Malattie (1980): Sangue
71
Cute
143
Condizioni perinatali
162
Respiratorie
174
Varie
195
Endocrine, nutrizionali, metaboliche, immunitarie
228
Mentali
293
Circolatorie
300
Genitourinarie
311
Digestive
332
Congenite
357
Neoplasie
579
Infettive e parassitarie
691
Muscolo, scheletro, tessuto connettivo
858
Gravidanza, parto, puerpuerio
917
Sistema nervoso
1167
Traumi e avvelenamenti
1516
TOTALE
8294
Il termine “PATOLOGIA” significa letteralmente studio (in greco: logos) della sofferenza (in greco: pathos). La patologia è quindi lo studio delle sofferenze cellulari indotte da stimoli lesivi, cioè delle malattie. Il numero delle possibili malattie è enorme! La PATOLOGIA GENERALE studia i fenomeni reattivi “generali” delle cellule sottoposte a stimoli lesivi, cioè quei fenomeni che sono alla base di tutte le malattie. Alcune definizioni • ETIOLOGIA di una malattia significa causa • PATOGENESI è l’insieme dei meccanismi attraverso i quali l’agente etiologico conduce alla malattia • DECORSO ◦ acuto = se inizia e poi termina con la guarigione o con la morte dell'individuo ◦ cronico = se si instaura una sorta di equilibrio tra l'agente patogeno e l'organismo (per malattie infettive, es. tubercolosi), oppure non è risolvibile (es. per endocrinopatie come il diabete) Appunti di Patologia Generale – Pag, 2
◦ ◦ •
•
sub-acuto sub-cronico
TOPOGRAFIA: localizzazione di una malattia ◦ focale = se limitata ad una zona precisa di un organo (es. tonsillite, apice dentario) ◦ diffusa = se colpisce un distretto (es. polmonite) ◦ disseminata = es. malattia esantematica infantile (morbillo, varicella, rosolia) ◦ sistemica = se occupa un intero sistema (sistema emopoietico, app. gastrointestinale, SNC) ◦ generalizzata = se si distribuisce a diversi organi, apparati, sistemi DIAGNOSI DIFFERENZIALE ◦ alcuni segni e sintomi sono comuni a più malattie, si tratta di conoscere e identificare quelli che le differenziano
Cause di danno cellulare • CHIMICHE (acidi, alcali, veleni, inquinanti ambientali, alcool etilico) • FISICHE (alte e basse temperature, radiazioni ionizzanti, shock elettrico) • IPOSSIA • INFEZIONI • AUTOIMMUNITA’ • ALTERAZIONI GENETICHE (esempio delle talassemie) • SQUILIBRI NUTRIZIONALI (esempio dell’aterosclerosi) Possibili reazioni della cellula all’agente dannoso • ADATTAMENTI CELLULARI (esempi: ipertrofia, atrofia) • Se sono superati i limiti dell’adattamento cellulare si crea una sofferenza o danno cellulare: • SOFFERENZA O DANNO CELLULARE REVERSIBILE (corrisponde alla degenerazione della patologia classica) • SOFFERENZA O DANNO CELLULARE IRREVERSIBILE E MORTE CELLULARE
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ADATTAMENTO CELLULARE Risposta di un gruppo di cellule ad uno stimolo fisiologico o patologico che ne alteri l'equilibrio, lo stimolo è dannoso, ma non è tale da provocare un danno cellulare reversibile o irreversibile, ma altera solamente le caratteristiche funzionali e/o morfologiche della cellula, che la rende adatta alla nuova funzione richiesta. Cause di stimoli patologici • Genetici: difetti genetici, difetti cromosomici • Nutrizionale: deficienze o eccessi di sostanze nutritive, ad esempio ferro, vitamine • Immunologico: danni causati dal sistema immunitario, ad esempio autoimmunità • Endocrino: attività ormonale carente o eccessiva • Agenti fisici: traumi meccanici, danno termico, radiazioni • Agenti chimici: molti agenti chimici tossici, ad esempio metalli pesanti, solventi, farmaci • Agenti infettivi: infezioni da virus, batteri, parassiti, funghi e altri organismi • Anossia: di regola secondaria ad alterazioni della funzione respiratoria o della funzione circolatoria Le cellule sono unità capaci di adattamento: se le cellule costituissero un sistema statico e rigido ogni cambiamento ambientale provocherebbe uno sconvolgimento della funzione dei tessuti. Le cellule si adattano a cambiamenti di ambiente accettabili: per mantenere una funzione normale le cellule adottano modificazioni metaboliche fisiologiche. Esempi sono: la mobilizzazione del calcio dalla matrice ossea per effetto del paratormone nelle carenze; la metabolizzazione degli acidi grassi nel digiuno; enzimi lisosomiali epatici dopo somministrazione di rifampicina. Le cellule possono anche andare incontro a modificazioni strutturali: ciò accade anche in condizioni fisiologiche (adattamenti fisiologici strutturali): • Ipertrofia • Iperplasia • Atrofia • Metaplasia Modificazioni severe dell’ambiente di vita delle cellule costituiscono stimoli patologici. Non sempre i confini fra fisiologico e patologico sono rigidi e possono essere schematizzati a priori: molte le variabili. Meccanismi come ipertrofia e iperplasia possono verificarsi contemporaneamente in seguito alla risposta di organi e tessuti a un aumentato stress e alla perdita cellulare. Iperplasia = aumento del numero di cellule => aumento del volume dell'organo. E' possibile negli organi le cui cellule possono dividersi (es. fegato). − Fisiologica − da stimoli ormonali (es. utero in gravidanza, mammella in lattazione) − compensatoria = es. in seguito a epatectomia parziale => promossa da fattori di crescita a effetto promitogeno e da ormoni come GH => in seguito, quando la massa epatica si è ripristinata, il fegato stesso produce fattori inibitori per la proliferazione − Patologica − in genere da iperstimolazione ormonale o per effetto dei fattori di crescita − es. iperplasia adenomatosa dell'endometrio (aumenta il numero di elementi ghiandolari) => dovuta a squilibrio tra estrogeni (che sono troppo elevati) e progestinici − es. iperplasia prostatica L'iperplasia regredisce al cessare dello stimolo ormonale, ma quella patologica è un terreno fertile sul quale può eventualmente instaurarsi una proliferazione neoplastica. L'iperplasia è una risposta importante del tessuto connettivale nella guarigione delle ferite. Ipertrofia = aumento di dimensioni delle cellule (e conseguentemente dell'organo), è sempre accompagnata da aumento di numero degli organelli intracellulari (mitocondri, fibrille, ecc.). In alcuni casi non può verificarsi insieme all'iperplasia (non c'è aumento di numero di cellule) perché le cellule dell'organo non possono dividersi (es. miocardio). − fisiologica o patologica − da stimolazione ormonale (estrogeni nell'utero gravidico) − da aumentata richiesta funzionale (muscolo scheletrico/cardiaco per aumentato carico di lavoro) − muscolare = in questo tessuto è sempre ipertrofia, per aumento del carico di lavoro (aumento del numero di miofibrille per cellula) − nel miocardio la ipertensione arteriosa sistemica comporta ipertrofia cardiaca per aumento di lavoro − aumentano le dimensioni cellulari, ma non il numero di capillari del microcircolo e quindi c'è tendenza all'ipossia Appunti di Patologia Generale – Pag, 4
− il rapporto tra volume cellulare e superficie non aumenta proporzionalmente Atrofia = sarebbe più corretto chiamarla ipotrofia, perché il tessuto non scompare! E' la riduzione delle dimensioni della cellula per perdita di elementi cellulari. Può culminare con la morte cellulare (per necrosi o apoptosi). − fisiologica o patologica − da disuso (es. arto ingessato) − atrofia del muscolo − osteoporosi da non uso − da denervazione (es. poliomielite) − da diminuito apporto sanguigno − da inadeguata nutrizione − da perdita di stimolazione endocrina − nell'invecchiamento (es. del cervello, forse per diminuito apporto sanguigno) − nell'atrofia timica il tessuto dell'organo è sostituito da quello adiposo − da compressione prolungata del tessuto L'atrofia si verifica attraverso la degradazione degli elementi cellulari, ad es. la degradazione proteica. Normalmente c'è un equilibrio tra produzione e degradazione delle proteine, che è regolata anche da ormoni: − Ormoni tiroidei e glucocorticoidi => stimolano la degradazione proteica − Insulina => stimola l'effetto opposto L’atrofia senile è associata con autofagia proteine strutturali ed organuli delle cellule sono distrutti =>Il materiale non digeribile forma i granuli (o pigmenti) di lipofuscina => restano questi addensamenti scuri visibili al microscopio. Quando c'è apoptosi non si vede mai un grande numero di cellule in questa fase, mentre ciò avviene quando c'è necrosi. Metaplasia = Si pensa che insorga per una riprogrammazione genetica di cellule staminali residenti in molti tipi di epitelio o di cellule mesenchimali indifferenziate presenti nel tessuto connettivale. Deriva dalla riprogrammazione degli elementi staminali del tessuto. • E’ la sostituzione di una cellula adulta epiteliale o connettivale con un’altra cellula adulta di diverso tipo, più adatta alle nuove condizioni ambientali • es. nelle vie aeree superiori = sostituzione dell'epitelio cilindrico ciliato con un epitelio pavimentoso pluristratificato (detta perciò metaplasia pavimentosa) che non può allontanare il pulviscolo, ne produrre muco. Ha però un maggior spessore dell'epitelio originale e dà maggior difesa da insulto chimico del fumo. Arma a doppio taglio: più adatto alla sopravvivenza ma meno protetto ◦ provocata anche da carenza di vitamina A • es. metaplasia colonnare dell'esofago per reflusso gastrico • metaplasia connettivale = quando si forma cartilagine, osso, tessuto adiposo dove normalmente non sono presenti Fatti principali dell'adattamento cellulare: − le cellule possono adattarsi entro limiti fisiologici − producono proteine da stress (HSP) che proteggono dal danno e facilitano il recupero − quando lo stimolo è ripetuto − una richiesta funzionale aumentata è soddisfatta da ipertrofia e iperplasia − riduzione per disuso o per scarsa nutrizione è soddisfatta con atrofia e riduzione metabolica − riduzione del numero di cellule nei tessuti è soddisfatta da apoptosi => fagocitosi − i tessuti possono adattarsi alla funzione con un cambiamento di differenziamento (metaplasia)
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DANNO CELLULARE Danno = stimolo nocivo di varia natura subito dalla cellula − chimico = alcali, acidi, detergenti, inquinanti ambientali, alcol etilico − fisico = calore, raffreddamento, radiazioni ionizzanti, radiazioni eccitanti, shock elettrico − biologico = veleni: interferiscono con le principali funzioni energetiche/di sintesi della cellula − ipossia − infezioni − autoimmunità − alterazioni genetiche (es. talassemie) − squilibri nutrizionali (es. aterosclerosi) Entità del danno = dipende dall'intensità e dalla durata dell'insulto − lieve e breve => sofferenza cellulare => reversibilità => ritorno alla normalità − si parla di degenerazione = perché si è visto che prevale la alterazione morfologica − forte e prolungato => morte cellulare − programmata = apoptosi − non facente capo a meccanismi genetici predisposti = necrosi Possibili reazioni della cellula all'agente dannoso − adattamenti cellulari: es. ipertrofia, iperplasia, atrofia, metaplasia − produzione di proteine da stress − se sono superati i limiti dell'adattamento cellulare si crea una sofferenza o danno cellulare: − sofferenza o danno cellulare reversibile = corrisponde alla degenerazione della patologia classica − es. rigonfiamento torbido, degenerazione vacuolare, degenerazione idropica, steatosi − sofferenza o danno cellulare irreversibile e morte cellulare − la necrosi rappresenta sempre un processo patologico − l'apoptosi non è necessariamente associata al danno cellulare
DEGENERAZIONI CELLULARI – DANNO CELLULARE REVERSIBILE Aspetti morfologici del danno cellulare ancora reversibile: − modesta formazione di bolle sulla superficie cellulare − rigonfiamento mitocondriale di lieve entità − disaggregazione del reticolo endoplasmatico 1) Rigonfiamento torbido Aumento di volume, aspetto opaco, visione offuscata del nucleo, confini intercellulari indistinti. E' torbido perché aumenta il volume dei mitocondri che assumono un aspetto rotondeggiante, non sono visibili al microscopio ottico, ma danno diffusione laterale della luce proporzionalmente alla loro dimensione e quindi si ha una minor trasparenza. L’aspetto torbido è palese nell’osservazione cellulare a fresco o al microscopio elettronico. Nelle comuni fissazioni e colorazioni si osserva solo l’aumento di volume delle cellule e una certa granulosità del citoplasma. Appunti di Patologia Generale – Pag, 6
Cause: − tossine batteriche (es. difterica negli stadi iniziali, in seguito può dare steatosi) − veleni − ipossia = diminuito apporto di ossigeno − anemica = diminuito trasporto di ossigeno con l'emoglobina − ipossica = scambi respiratori insufficienti − da ristagno = per ristagno locale di sangue − istotossica = se c'è una limitazione nel trasporto degli elettroni nella catena mitocondriale − ischemia = difetto di apporto ematico (e quindi di ossigeno e nutrienti) per ostruzione arteriosa o per ristagno venoso Cellule colpite: epatociti, tubuli renali, miocardiociti Lesione biochimica del rigonfiamento torbido Minore efficienza della fosforilazione ossidativa => diminuzione del rapporto P/O => riduzione ATP => riduzione pompe di membrana (sono il primo sistema a risentire dell'insufficienza di ATP, ad es. la pompa Na+/K+) => accumulo acqua cellulare => rigonfiamento cellulare. Sintesi proteiche nel rigonfiamento torbido • L’aumento di volume cellulare è accompagnato da una aumentata sintesi proteica • Il peso del fegato nel rigonfiamento torbido aumenta del 20%, ma l’iperidratazione giustifica solo il 5% • Il rigonfiamento torbido è una ipertrofia cellulare tendente alla degenerazione • La cellula dirotta l’energia disponibile alle sintesi macromolecolari, con compromissione invece di altre funzioni Il rigonfiamento torbido non è ormai più preso in considerazione, perché oggi si va più nello specifico. 2) Degenerazione vacuolare Formazione di vacuoli nel citoplasma di dimensioni sempre più grandi, fino ad arrivare ad una forma vescicolare vera e propria • microvacuolare • macrovacuolare • vescicolare Sedi: rene, cuore e soprattutto fegato. Cause: principalmente ipossia, specialmente nel fegato, che ha il circolo portale e nella zona centrolobulare le cellule sono prossime al punto di asfissia perché c'è sangue venoso ed è la prima parte a risentire dell'ipossia. Danni biochimici: ridotta produzione di ATP per minor quantità di ossidazione nella catena mitocondriale, ridotta attività delle pompe e ridotta sintesi macromolecolare. Fosfofruttochinasi = catalizza reazione fru => fru 1,6BP Il termine edema qui è un po' improprio. Qui la riduzione dell'ATP è dovuta alla riduzione dell'ossidazione e non da disaccoppiamento P/O. Non c'è aumentata sintesi macromolecolare, ma il rigonfiamento è dato solo dall'ingresso di acqua. 4) Degenerazione idropica Dovuta a danno della membrana e/o delle pompe di mebrana => tutta la cellula è rigonfia a causa dell'ingresso di acqua per osmosi. Non ci sono vescicole. Sedi: soprattutto epitelio renale e altri epiteli.
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3) Steatosi Definizione: E’ un accumulo di grasso istochimicamente dimostrabile al microscopio ottico in cellule che normalmente non ne contengono. Sedi: soprattutto fegato, ma anche rene e cuore (nel fegato perché è un organo centrale nel metabolismo dei lipidi). Coloranti dei lipidi per microscopia ottica: − Sudan V => nero − Sudan III => arancio − acido osmico => precipita e colora in nero i grassi Il grasso deve ovviamente rimanere nelle cellule del preparato, normalmente invece si usa includerlo in paraffina dopo passaggio in alcol e xilolo => tutta la procedura scioglie i grassi e dove erano presenti resta solo un buco. Il grasso è preservato affettando il preparato col microtomo al congelatore (con anidride carbonica liquida che congela il pezzo rendendolo affettabile) => poi si colora. Alternativamente si può usare fissazione attraverso sali dell'acido osmico => i grassi si colorano in nero => è più adatto alla visione al microscopio elettronico. Il vacuolo delle degenerazioni vacuolari ha sempre una nube eosinofila attorno, mentre il vacuolo normale è solo un buco. Il nucleo nella degenerazione vacuolare resta centrale, mentre nella steatosi si sposta perifericamente (detto anello con castone). Metabolismo dei grassi: − i grassi dall'intestino tenue (origine esogena) => chilomicroni => cedono grassi al tessuto adiposo attraverso la lipasi lipoproteica => si trasformano in un residuo chilomicronico che può essere captato dal fegato. − grassi da adipociti (origine endogena) => il fegato riceve da loro anche NEFA (non-esterified fatty acids) sotto stimolo di adenilato ciclasi o di adrenalina => viaggiano legati ad albumina − il fegato rilascia i grassi attraverso le VLDL Se c'è equilibrio tra grassi acquisiti dal fegato ed esportati si ha una situazione normale, ma se ne assume troppi o ne rilascia pochi il grassi si accumulano. Il fegato macroscopicamente esternamente appare traslucido, lucente, giallastro. CLASSIFICAZIONE DELLA STEATOSI • Classificazione etiologica (per cause che portano all'insorgenza della patologia) • da cause dietetiche • da cause ormonali • da cause tossiche • da ipossia • da infezioni • Classificazione patogenetica (per meccanismi che portano all'insorgenza della patologia) => migliore • sovraccarico di grassi di origine extraepatica • provenienti da dieta iperlipidica • provenienti da eccessiva mobilizzazione di acidi grassi dai depositi (tessuti adiposi) • diabete • obesità • eccessiva sintesi di trigliceridi negli epatociti • soprattutto da alcolismo (intossicazione da etanolo) • anche per dieta iperlipidica • carenza di acidi grassi polinsaturi • deficiente ossidazione epatica degli acidi grassi (β-ossidazione) • ipossia ipossica/anemica/stagnante/istotossica • carenze vitaminiche del gruppo B [di biotina (B8) e cobalamina (B12) => necessarie per l'ossidazione finale del propionil-coA (3 atomi di carbonio) che deriva dagli acidi grassi a catena dispari] • danno mitocondriale da etanolo • deficiente escrezione epatica di lipoproteine ricche di trigliceridi (VLDL) • digiuno prolungato • deficit proteico • diete ipoproteiche • inibizione della trascrizione (aflatossina, amanitina)
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•
inibizione della traduzione (puromicina, tossina difterica, ricina/modeccina, etionina [trappola ATP e inibizione dell'attivazione degli aminoacidi]) • kwashiorkor [gravissima forma di denutrizione in particolare proteica, es. bambini africani svezzati troppo in fretta ai quali viene data una dieta composta praticamente solo da carboidrati => edema generalizzato, lesioni cutanee, fortissimo calo ponderale, ecc.] • sostanze inibenti la sintesi proteica ma non la mobilizzazione dei lipidi • variazioni qualitative dei lipidi di membrana • deficit di fosfolipidi (dieta priva di colina, ipervitaminosi PP [niacina, vitamina del gruppo B]) • avvelenamento da CCl4 (teatracloruro di carbonio) • scissione omolitica del CCl4 in radicali perossidanti (CCl4 + e- => CCl3 + Cl-) • cloroalchilazione delle proteine del reticolo endoplasmico • perossidazione lipidica delle membrane intracellulari delle vescicole che dovrebbero esportare le VLDL • alterazioni funzionali del citoscheletro + • acetaldeide proveniente dal metabolismo dell'etanolo Steatosi epatica = accumulo negli epatociti di trigliceridi (glicerolo + 3 catene di acidi grassi) perché si instaura un disequilibrio fra quantità presente e capacità di smaltimento.
PATOGENESI DELLA STEATOSI DA ETANOLO Abuso di alcool L’etanolo è la sostanza più usata e abusata del mondo. Si calcola che negli Stati Uniti vi siano tra i 15 e i 20 milioni di alcolisti e circa 100 000 decessi all'anno sono dovuti all'eccesso di alcool, con un costo in termini economici stimato in 100-130 miliardi di dollari. L'assunzione di etanolo avviene attraverso le bevande alcoliche come la birra, il vino e i superalcolici. Un livello ematico di alcool pari a 50 mg/dl è considerato, in Italia, il limite di legge per la definizione di guida in stato di ebbrezza. Si raggiunge questo livello ematico (uomo di 70 kg di peso) con l’assunzione di circa 45 ml di etanolo a livelli ematici di 300-400 mg/dl si ha coma, arresto respiratorio e morte. Fenomeno della induzione enzimatica: i bevitori abituati possono tollerare tassi alcolici fino a 700 mg/dl. Questa tolleranza metabolica può essere spiegata da una induzione, (5-10 volte rispetto alla norma) degli enzimi microsomiali di biotrasformazione, soprattutto il citocromo P-450 (CYP2El). Tasso alcolemico e guida La guida in stato di ebbrezza è sanzionata dall' art. 186 del codice della strada. E' un reato di competenza del Tribunale e non del Giudice di pace. Con il nuovo decreto legge del 3 agosto 2007, convertito il legge 2 ottobre 2007, le sanzioni sono ancora più severe: • tra 0,5 g/l a 0,8 g/l ammenda da 500 a 2.000 euro. Sospensione della patente da 3 a 6 mesi. • tra 0,8 e 1,5g/l ammenda tra 800 e 3.200 euro e arresto fino a 3 mesi. Sospensione della patente per un periodo di tempo compreso fra 6 mesi e 1 anno. • oltre 1,5 g/l ammenda tra 1.500 e 6.000 euro e arresto fino a 6 mesi. Sospensione della patente da 1 a 2 anni. BIOTRASFORMAZIONE DELL'ETANOLO L'etanolo viene trasformato in acetaldeide da tre enzimi: − l'alcol-deidrogenasi presente nel fegato e nella mucosa gastrica − il citocromo P-450 (CYP2El) e la catalasi presenti a livello epatico L'acetaldeide a sua volta viene convertita in acido acetico dall'enzima aldeide-deidrogenasi.
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Il gene dell'aldeide-deidrogenasi mostra un polimorfismo che influenza il metabolismo dell'etanolo. Circa il 50% dei Cinesi, dei Giapponesi e dei Vietnamiti ha una attività ridotta dell'enzima, a seguito di una mutazione puntiforme che converte il residuo aminoacidico 487 da glutamina a lisina.
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DANNI DA ETANOLO Danni epatici, in ordine di apparizione: − steatosi (o degenerazione grassa) = manifestazione acuta e reversibile dell'assunzione di etanolo. Nell'alcolismo cronico l'accumulo di lipidi può determinare un notevole ingrossamento del fegato − epatite alcolica acuta − cirrosi = aumento del tessuto connettivo fibroso attorno ai lobuli epatici degenerati Patogenesi del danno epatico • Aumenta il catabolismo lipidico nei tessuti periferici => incremento dell'apporto di acidi grassi liberi al fegato • Stimolo della sintesi lipidica epatica da acido acetico => accumulo di lipidi • la biotrasformazione dell'etanolo ad acetaldeide nel citosol e dell'acetaldeide ad acido acetico nel mitocondrio, converte il NAD+ a NADH un eccesso di NADH stimola la biosintesi lipidica • Nel mitocondrio diminuisce l'ossidazione degli acidi grassi • L'acetaldeide forma addotti con la tubulina alterando le funzioni dei microtubuli, ciò causa una diminuzione della liberazione di lipoproteine di origine epatica Danni acuti dell'etanolo al sistema nervoso • L’etanolo ha un effetto di depressione del SNC, e provoca disinibizione comportamentale. ◦ Il meccanismo di questa azione centrale non è completamente chiaro. Sebbene l'etanolo, a concentrazioni efficaci, produca un aumento del disordine strutturale di membrana, è più probabile che la sua azione dipenda principalmente dai suoi effetti sui canali ionici di membrana e su recettori specifici. • Le principali attività sono: ◦ aumento dell'inibizione mediata dal GABA, principale amminoacido inibitorio del sistema nervoso centrale: l'etanolo aumenta l'azione del GABA sui recettori GABAA. ◦ inibizione dell'ingresso del calcio attraverso i canali del calcio voltaggio-dipendenti: l'etanolo inibisce il rilascio dei trasmettitori in risposta alla depolarizzazione delle terminazioni nervose attraverso l'inibizione dell'apertura dei canali del calcio neuronali ◦ inibizione della funzione dei recettori NMDA (recettore post-sinaptico dell'acido glutammico, principale neurotrasmettitore della nocicezione) • Altre attività dell'etanolo, la cui importanza non è ancora ben chiara, sono l'aumento degli effetti eccitatori prodotti dai recettori colinergici nicotinici e dai recettori serotoninergici 5-HT3 Danni cronici dell'etanolo al sistema nervoso • La somministrazione cronica causa sindromi neurologiche irreversibili, dovute all'etanolo stesso o ai suoi metaboliti, o secondarie alla carenza di tiamina che viene costantemente osservata negli alcolisti • La maggior parte degli etilisti cronici mostra un grado di demenza associato a un allargamento dei ventricoli • Può anche essere presente degenerazione del cervelletto e in altre regioni encefaliche • Sindrome di Wernicke: atassia (progressiva perdita della coordinazione muscolare), alterazione delle capacità cognitive, oftalmoplegia (paralisi dei muscoli oculari) e nistagmo (movimento oscillatorio involontario dei globi oculari), a causa di lesioni al cervelletto • Sindrome di Korsakoff: gravi alterazioni della memoria con disorientamento spaziale Danni dell'etanolo al sistema cardiocircolatorio • L’alcol ha numerosi effetti acuti e cronici sull’apparato circolatorio • Vasodilatazione cutanea e iperemia gastrica ◦ Aumentata perdita di calore (che dà la tipica sensazione di calore) con diminuzione della temperatura corporea, che, insieme alla depressione dei centri termoregolatori, aumenta il rischio di morte per ipotermia • Aritmie cardiache (prolungamento dell’intervallo QT nell’elettrocardiogramma) e depressione della contrattilità del muscolo cardiaco, con conseguente cardiomiopatia • Aumento della pressione sanguigna • Aumentata incidenza di infarto in chi beve tra i 40 e i 60 grammi di alcol al giorno • Un moderato consumo giornaliero (20-40 g/dì) invece è correlato a una riduzione di circa il 30% della mortalità da ischemia miocardica ◦ Questo effetto è dovuto all’inibizione dell'aggregazione piastrinica e un aumento del colesterolo HDL, con una conseguente protezione dalle coronaropatie e prevenzione dell’aterosclerosi che è invece comune tra gli etilisti cronici Appunti di Patologia Generale – Pag, 11
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il vino rosso contiene anche antiossidanti
Danni dell’etanolo al tratto gastrointestinale • Aumento della secrezione salivare e gastrica, effetti riflessi prodotti dal gusto e dall'azione irritante di alte concentrazioni di etanolo a livello gastrico • In bevitori cronici di alcol si ha malassorbimento intestinale e diarrea, probabilmente dovuti a cambiamenti morfologici dell’epitelio intestinale (con un appiattimento dei villi) e una diminuzione degli enzimi digestivi ◦ una riduzione di assorbimento delle proteine significa anche un minor apporto di aminoacidi al fegato, che può produrre di conseguenza meno proteine => meno VLDL => steatosi • Effetto tossico sia acuto che cronico sul pancreas, con conseguenti pancreatiti probabilmente per una azione tossica diretta sulle cellule degli acini pancreatici • I maggiori effetti tossici si osservano nel fegato: ◦ steatosi ◦ Il danno epatico progredisce verso un'irreversibile necrosi e fibrosi epatica: cirrosi ◦ l'aumento ematico della gamma-glutamil-transpeptidasi (GGT) è un indice di danno epatico ◦ La cirrosi è fattore di rischio per l'epatocarcinoma (HCC) Danni dell’etanolo al sistema riproduttivo • L’assunzione, sia acuta che cronica, provoca impotenza nell’uomo • Circa il 50% degli etilisti cronici di sesso maschile sono impotenti e mostrano segni di femminilizzazione testicolare e ginecomastia (sviluppo delle mammelle nell'uomo) • Questi effetti sono sia secondari a un’alterata funzione dell’ipotalamo, che diretti sulle cellule di Leydig, provocando una inibizione della sintesi steroidea testicolare • In donne alcoliste è stata segnalata una diminuzione della libido e della lubrificazione vaginale e alterazioni del ciclo mestruale • L’etanolo riduce la secrezione di ossitocina, il che provoca un ritardo del parto • Inoltre nelle donne che fanno uso di alcool si osserva un aumento del rischio di aborto spontaneo Embrio e Fetopatia • L’assunzione di alcol durante la gravidanza provoca effetti tossici gravi sull’embrione e sul feto • Nel primo trimestre aumenta significativamente il rischio di aborto spontaneo • Nel bambino si osserva tipicamente la sindrome alcolica fetale: ◦ anomalie craniofacciali (tra cui microcefalia) ◦ disfunzioni del sistema nervoso centrale (iperattività, deficit di attenzione, ritardo mentale e disfunzioni dell’apprendimento) ◦ rallentamento della crescita. • L’incidenza della sindrome alcolica fetale negli Stati Uniti è di circa 0,5-1 bambino su 1000 nati Altri effetti • L’alcol stimola la diuresi a causa di una inibizione del rilascio di vasopressina (ADH) da parte dell’ipofisi posteriore (neuroipofisi). Il consumo cronico di alcol provoca tolleranza a questo effetto. • L’alcol stimola l'ipofisi anteriore a secernere ACTH provocando un aumento della secrezione di ormoni steroidei dal surrene (sindrome pseudo-Cushing). Intossicazione acuta I primi ben noti sintomi di intossicazione acuta da etanolo nell'uomo sono un eloquio indistinto, incoordinazione muscolare motoria aumentata fiducia in se stessi ed euforia. La maggior parte dei soggetti sono rumorosi ed estroversi, mentre altri diventano più chiusi e solitari: comunque l'umore rimane labile, con atteggiamenti alternati di aggressività, sottomissione, euforia, malinconia. La dose tossica di etanolo dipende da individuo a individuo, per età, sesso, popolazione, alimentazione, malattie, assuefazione. Mentre sotto i 20-40 g non si osservano generalmente effetti sul comportamento, assunzioni più elevate provocano, tra l'altro, un aumento esponenziale della probabilità di incidenti stradali poiché dosi anche relativamente basse di etanolo diminuiscono la capacità di guida. • 15g al giorno nella donna e fino a 30g nell'uomo possono diminuire il rischio d‘infarto miocardico e di accidente vascolare ischemico; • fino a 20g al giorno nella donna e fino a 40g nell'uomo non si rileva significativo cambiamento del comportamento; Appunti di Patologia Generale – Pag, 12
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50 mg/100 ml (10,9 mmol/l) è l'attuale limite di etanolemia secondo il Codice della strada italiano: oltre questo livello le prestazioni intellettuali e motorie e le discriminazioni sensoriali sono ridotte, ma i soggetti sono incapaci di rendersene conto; • 80 mg/100 ml (17,4 mmol/l) corrisponde al precedente livello alcolemico, tollerato dalla legge prima del 2002: è stato ridotto poiché fino a 80 mg/100 ml la probabilità di incidenti stradali aumenta di circa 4 volte; • al di sopra di 150/100 ml (32,6 mmol/l) aumenta di circa 25 volte la probabilità di incidenti stradali; • con circa 300 mg/100 ml si manifesta il coma; • oltre i 400 mg/100 ml si ha il blocco respiratorio e conseguentemente la morte. L'insieme degli effetti comportamentali dell'assunzione elevata di alcol viene definito ubriachezza, e gli effetti fisici che si osservano in seguito sono chiamati postumi dell'ubriachezza. Dipendenza da alcol • Dipendenza = condizione patologica per cui la persona perde ogni possibilità di controllo sull'abitudine • dal punto di vista degli effetti è utile suddividere la dipendenza in • dipendenza fisica => alterato stato biologico • dipendenza psichica => alterato stato psichico e comportamentale • La dipendenza fisica, prodotta essenzialmente dai condizionamenti neurobiologici, è superabile con relativa facilità; la dipendenza psichica, difficile punto nodale della tossicodipendenza, richiede interventi terapeutici lenti, complessi, multicausali. • Le forme più gravi comportano dipendenza fisica e psichica con compulsività, cioè con bisogno di assunzione ripetuta della droga da cui si dipende per risperimentarne l'effetto psichico ed evitare la sindrome di astinenza. • Dal punto di vista delle cause si può dipendere patologicamente da sostanze stupefacenti (tossicodipendenza), in cui rientrano l'alcolismo e il fumo, da cibo (bulimia, binge eater disorder), da sesso (dipendenza sessuale), da lavoro (work-a-holic), da comportamenti come il gioco (gioco d'azzardo patologico), lo shopping (shopping compulsivo), la televisione, internet (internet dipendenza), i videogame. • Rientrano nelle dipendenze patogene anche quelle da luoghi e culture (sindrome da sradicamento) ed anche da rapporti umani (interdipendenza di relazione). La dipendenza da sigaretta rientra invece tra le dipendenze "oggettuali", dove il rapporto con l'oggetto risponde ad un bisogno relazionale di tipo proiettivo. L’alcol provoca dipendenza fisica e psicologica, dimostrata dai sintomi osservati in seguito alla deprivazione. La forma di astinenza fisica nell'uomo, si sviluppa nella forma grave dopo circa 8 ore. Al primo stadio, i sintomi principali sono tremore, nausea, aumento della sudorazione, febbre e qualche volta allucinazioni. Questa fase dura circa 24 ore. La fase può essere seguita dal delirium tremens, caratterizzato da allucinazioni, delirio, febbre, tachicardia, e/o da convulsioni tonico cloniche indistinguibili da quelle del grande male epilettico. Può ridursi durante la quarta o quinta giornata, ma alcuni sintomi possono persistere, con intensità ridotta, persino per 3-6 mesi. Il delirium tremens può avere esito fatale. La ricerca continua ed il bisogno di assunzione di alcol sono tipici segni di dipendenza psicologica (che si osservano anche nelle dipendenze da droghe). Il meccanismo per il quale l’etanolo provoca dipendenza è sconosciuto, ma si ipotizzano effetti a livello di corteccia cerebrale, che è particolarmente sensibile ai danni da abuso di alcol. Il quadro di etilosi irreversibile è rappresentato dalla sindrome di Wernicke-Korsakoff: • encefalopatia correlata al deficit di tiamina (vit. B1) = Sindrome di Wernicke, reversibile • oftalmoplegia, nistagmo, atassia cinetica e statica • alterazioni delle funzioni mentali: confusione mentale, apatia, svogliatezza, disorientamento • deficit irreversibile della memoria a breve termine (Sindrome di Korsakoff, è l'aggravamento della sindrome di Wernicke, sempre correlato ad un deficit di tiamina) • amnesia retrograda, incapacità di acquisire nuove informazioni, confabulazione • Inoltre: • deficit cognitivi • alterazioni della personalità • anomalie comportamentali • nei casi estremi si giunge alla necessità di parziale o totale accudimento
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Grafico comparativo dei possibili effetti negativi dell'alcol rispetto alle altre droghe (da The Lancet)
Danni generali dell'abuso di alcol
Sintesi della patogenesi da etanolo: ETANOLO ====> ACETALDEIDE ====> ACETATO Acetaldeide: − danni alla catena respiratoria mitocondriale => − compromessa la beta-ossidazione degli acidi grassi => si accumulano − formazione di radicali liberi => danno ai mitocondri e danni ad altri substrati proteici e lipidici => ulteriore aumento di acidi grassi − danni al citoscheletro (tubulina) − diminuisce la secrezione di lipidi => accumulo di trigliceridi Acetato: − aumento di NADH => più disponibilità di glicerolo per formazione di trigliceridi Morte cellulare + rigenerazione + formazione di tessuto connettivo => formazione di noduli => cirrosi. Appunti di Patologia Generale – Pag, 14
PATOGENESI DELLA STEATOSI DA TETRACLORURO DI CARBONIO Utilizzi del CCl4 All'inizio del XX Secolo il tetracloruro di carbonio era ampiamente usato come solvente per il lavaggio a secco, come liquido di raffreddamento e negli estintori. Dal 1940 il suo impiego comincia a diminuire, per via della sua dimostrata tossicità. Prima della stipula del protocollo di Montreal, grandi quantità di tetracloruro di carbonio erano impiegate per produrre i freon R-11 e R-12, oggi non più usati per via del loro effetto deleterio sullo strato di ozono dell'alta atmosfera. È tuttavia ancora una materia prima per la produzione di freon meno distruttivi. Tossicità del CCl4 L'esposizione ad elevate concentrazioni di tetracloruro di carbonio, anche in forma di vapori, colpisce il Sistema Nervoso Centrale, incluso il cervello. Le vittime avvertono mal di testa, nausea, confusione, sonnolenza e vomito. In casi gravi si può arrivare al coma e alla morte. L'esposizione cronica e prolungata può danneggiare fegato e reni; l'effetto dannoso a carico del fegato è amplificato dalla presenza di alcol. I danni sono reversibili, se l'esposizione viene fermata in tempo. L'ingestione cronica è correlata al cancro al fegato negli animali; studi sugli esseri umani non sono disponibili, ma molte autorità considerano questo composto un agente cancerogeno quasi certo. Caratteristiche del CCl4 − liquido − molto volatile − non miscibile con acqua (altamente polare) − tende a scindersi in due radicali: CCl4 + e- => CCl3 + Cl− pur essendo organico è ignifugo (un tempo usato negli estintori) − tossico, probabilmente cancerogeno nell'uomo, ma senza evidenze certe negli animali (classe 2B dello IARC) Patogenesi della steatosi da CCl4 E' metabolizzato nel reticolo endoplasmatico liscio dal sistema enzimatico del cyt P450 => viene prodotto un radicale triclorometile (CCl3)in grado di provocare lipoperossidazione: • la catena alifatica dell'acido grasso si trasforma da polare in apolare => si formano buchi nelle membrane (plasmatica e subcellulari) => si scompagina il RE => non può avvenire il montaggio delle VLDL => i grassi non vengono esportati (o in modo minore) => accumulo di trigliceridi • anche i mitocondri sono danneggiati => minor ossidazione dei FA => accumulo di trigliceridi • in seguito al danno mitocondriale si ha minor energia a disposizione => rallenta la sintesi proteica => minor disponibilità di apolipoproteine per VLDL => accumulo di trigliceridi • colpisce anche il citoscheletro e i lisosomi con fuoriuscita di enzimi lisosomiali che possono danneggiare la cellula => può seguire morte cellulare preceduta da accumulo di trigliceridi
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DANNO CELLULARE IRREVERSIBILE Aspetti morfologici del danno cellulare ormai irreversibile • il superamento del "punto di non ritorno" è indicato morfologicamente da: ◦ estremo formarsi di bolle sulla superficie cellulare ◦ notevole rigonfiamento dei mitocondri (aspetto più importante) con formazione di aree elettrondense nella matrice mitocondriale (corrispondenti a precipitati) ◦ rottura della membrana cellulare ◦ dissoluzione degli organuli, compreso il nucleo (picnosi, cariolisi, carioressi), degenerazione lisosomiale ▪ picnosi = nucleo molto compatto e addensato, leggermente più piccolo ▪ carioressi = il nucleo si frammenta grossolanamente ▪ cariolisi = dissoluzione del nucleo in frammenti sempre più piccoli, fino a scomparire Funzioni cellulari vulnerabili Qualunque sia l’agente scatenante, sono sempre compromesse le seguenti funzioni cellulari: − capacità della cellula di mantenere l’integrità della propria membrana (con compromissione dell’equilibrio ionico ed osmotico della cellula) − respirazione aerobia (fosforilazione ossidativa mitocondriale) − sintesi proteica (sia di proteine strutturali, sia enzimatiche) − capacità della cellula di mantenere l’integrità del genoma E' difficile che un danno intenso ad una o più di queste funzioni consenta la vita cellulare. Entità del danno e potenziale reversibilità L’entità del danno e la sua eventuale reversibilità dipendono sia dalle caratteristiche dell’agente lesivo, sia da quelle della cellula colpita: • AGENTE LESIVO: tipo, durata, intensità dello stimolo dannoso • CELLULA COLPITA: tipo cellulare (es. i neuroni sono molto sensibili all'ischemia, i fibroblasti la tollerano meglio), stato fisiologico (esempio del ratto in diverse condizioni dietetiche). Più in generale: capacità di adattamento di “quella” cellula in “quel” contesto. Tra i vari elementi biochimici e strutturali di una cellula vi è una interdipendenza così stretta che, ovunque inizi l’attacco dell’agente etiologico, il danno si propaga a tutti i distretti. Meccanismi biochimici che mediano il passaggio dal danno sino alla morte − aumento del calcio intracellulare − Tale aumento innesca l’attivazione di numerosi enzimi la cui azione risulta deleteria per l’integrità di membrana, come fosfolipasi (la cui azione promuove la perdita di integrità della membrana); proteasi (che degradano proteine citoscheletriche e di membrana); ATPasi (che esauriscono l’ ATP) − è il meccanismo più comune e il più importante − deplezione di ATP − alterazione della permeabilità di membrana − per danno diretto (sostanze chimiche, fisiche, tossine batteriche, virus) o indiretto − azione dell'ossigeno e dei radicali liberi da esso derivati − Tale meccanismo rappresenta la via finale comune nel danno cellulare indotto da una notevole varietà di agenti, fra i quali quelli coinvolti nel danno da radiazioni e da diverse sostanze chimiche. I radicali liberi sono specie chimiche che contengono un unico elettrone spaiato in un orbitale esterno. Altamente reattivi e capaci di innescare reazioni a catena. Sono causa di perossidazione lipidica della membrana cellulare e di danno del DNA.
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NECROSI Secondo Maino dovrebbe essere detta oncosi, ovvero "morte per rigonfiamento", in contrapposizione all'apoptosi che significa "morte per restringimento". Infatti c'è sempre rigonfiamento quando c'è necrosi, fino alla morte per esplosione della cellula. Questo provoca spargimento dei contenuti cellulari nel tessuto circostante, con innesco di un processo infiammatorio. Infatti dove c'è necrosi c'è sempre infiammazione. Es. infarto del miocardio = ostruzione di un'arteria miocardica => il tessuto muore => reazione infiammatoria => si forma una cicatrice biancastra nel tessuto cardiaco (tessuto fibroso) => qui il cuore non funziona => a seconda della parte colpita si hanno diversi effetti. Due sono essenzialmente i processi causa delle alterazioni che caratterizzano il processo necrotico: 1) Necrosi colliquativa = prevalgono fenomeni enzimatici di autolisi (ed eterolisi da enzimi leucocitari nelle infezioni) => spargimento del contenuto => risposta infiammatoria acuta => arrivo in massa di granulociti neutrofili pieni di vescicole contenenti enzimi litici ◦ danno da congelamento = perché quando il tessuto si congela si creano dei cristalli che perforano le membrane cellulari, il danno diventa evidente allo scongelamento 2) Necrosi coagulativa = prevalgono fenomeni di denaturazione proteica (coagulazione proteica), consegue a: ◦ danno da calore, ustione (es. cottura di un uovo => l'albume (albumina) si denatura e coagula) ◦ ipossia (ischemia) L'interno della cellula non è più riconoscibile, ma il suo contorno si => l'architettura grossolana del tessuto è mantenuta, le cellule appaiono più grandi. La denaturazione proteica è anche denaturazione degli enzimi litici: quindi, in questo tipo di necrosi, sono assenti fenomeni di autolisi. Eccezione: il tessuto cerebrale in caso di ipossia va incontro a necrosi colliquativa, le ipotesi a questo riguardo sono: − il tessuto cerebrale è ricchissimo di lipidi, che non coagulano, ma si sciolgono − il tessuto cerebrale è sostenuto da microglia, cellule simili a macrofagi che colliquano il tessuto se c'è necrosi In genere questi due tipi di necrosi sono presenti contemporaneamente, ma di caso in caso si può presentare prevalenza di una delle due. Quadri particolari di necrosi • La necrosi caseosa è un tipo particolare di necrosi coagulativa caratteristico del granuloma tubercolare e dell'infiammazione cronica • l'organismo non è in grado di degradare il granuloma => si addensano attorno cellule macrofagiche e infiammatorie • aspetto e colorito del formaggio fuso • la TBC è stata riportata nelle nostre zone per movimenti di massa • il granuloma è una fase molto avanzata della malattia • La necrosi gommosa è tipica del granuloma sifilitico, con una porzione centrale che ha aspetto gommoso • La necrosi gangrenosa è anch’essa un tipo particolare di necrosi coagulativa da disvascolarizzazione dell’arto inferiore (con claudicatio): • gangrena umida = simile a buccia d'arancia ammuffita, trapassa in colliquativa per infezione, disidratazione non intensa • gangrena secca = simile a buccia d'arancia rinsecchita (aspetto asciutto, verdognolo), intensi fenomeni di disidratazione (un po' orientata alla colliquazione) • gangrena gassosa = infezione da microrganismi che producono gas, con tessuti crepitanti • La necrosi grassa, nota come necrosi pancreatica acuta, è una forma particolare di necrosi colliquativa. • esistono anche la necrosi fibrinoide e la necrosi emorragica
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L'APOPTOSI Sino a 20-25 anni fa si riteneva che la morte della cellula fosse solo dovuta a danno. Invece può anche essere puntiforme, ordinata e programmata, con la partecipazione della cellula interessata. L'apoptosi può insorgere spontaneamente, è stata osservata morfologicamente nel 1972 per la prima volta, ma passarono 10-15 anni prima che la scoperta fosse presa in considerazione: è stata studiata a partire dagli anni '90. Apoptosi = apò (allontanamento) + ptosi (caduta) => caduta e allontanamento, come accade per le foglie di un albero. In genere riguarda uno o pochi elementi cellulari per volta. Comportamento della cellula apoptotica 1) Isolamento: la cellula normalmente ha giunzioni con quelle vicine, la prima cosa che fa è ritirarle e perdere tutte le strutture specializzate di superficie 2) Coartazione: la cellula si restringe perdendo liquido fino a circa il 50% del volume, senza spargere il proprio contenuto all'esterno (anche gli organelli fanno lo stesso). Si formano delle bolle piene d'acqua che si fondono con la membrana determinando perdita del contenuto liquido della cellula. • le proteine di membrana si transglutaminano diventando insolubili => diventano un'impalcatura cellulare subito sotto la membrana che impedisce il passaggio di materiale all'esterno della cellula • il DNA è frammentato a livello delle giunzioni nucleosomiche, i frammenti sono discreti (circa 200bp, mentre nella necrosi la digestione è diffusa casualmente => all'esame elettroforetico si riconoscono delle lunghezze a gradini/a bande ben riconoscibili se si tratta di apoptosi, lunghezze diffuse casualmente se si tratta di necrosi) • gli enzimi più studiati chiamati in causa sono: • NUK18 (nucleasi attiva nell'apoptosi) = agisce a pH neutro, è calcio-magnesio dipendente, inattivato da zinco. Studiato in vitro in timociti stimolati con alta concentrazione di corticosteroidi che induce apoptosi. • DNAasi I = in vitro non produce una frammentazione discreta, non si è convinti del suo ruolo nell'apoptosi • DNAasi II = agisce a pH acido (e non a pH neutro come nell'apoptosi), non si è convinti del suo ruolo nell'apoptosi • Caspasi = enzimi che sono capaci di digerire quasi tutti i tipi di molecole della cellula, si attivano a cascata 3) Frammentazione: la cellula si frammenta in 2-3 corpi apoptotici 4) La cellula viene fagocitata da fagociti specializzati, ma anche da cellule vicine (cannibalismo, sono le cellule dello stesso tessuto, che fino a poco prima erano "sorelle") stimolate da segnali di "magiami!" rilasciati dalla cellula apoptotica Esistono almeno 11 segnali di "mangiami!", quelli sicuri sono: 1. recettori per la vitronectina 2. esposizione della fosfatidilserina (normalmente stra nello strato interno della membrana cellulare) 3. anche molecole di tipo lectinico (che legano zuccheri) sui fagociti potrebbero essere responsabili del riconoscimento di oligosaccaridi presenti sulla cellula apoptotica 5) Alla fine non resta nulla della cellula apoptotica, i corpi apoptotici durano dalle 4 alle 9 ore (sono quindi difficili da identificare, per questo la loro scoperta è recente). Non c'è infiammazione e non resta nessuna traccia. Le cellule apoptotiche appaiono rotonde, ovalari, intensamente eosinofile. Funzione dell'apoptosi Nell'adulto: − bilancia la mitosi per mantenere l'omeostasi tissutale − elimina cellule senescenti o malfunzionanti (non si sviluppano molti tumori per questo) Nell'embrione: − ha il ruolo di "scultore" dell'organismo (per es. per la cavitazione degli organi che nascono come cordoni solidi) − per eliminare membrane come quelle interdigitali − per eliminare neuroni che non hanno stretto rapporti con l'organo bersaglio (i neuroni nell'embrione sono il doppio rispetto al neonato) − il NGF (nerve growth factor, scoperto da Rita Levi Montalcini nel 1966, per questo ha ricevuto il Nobel) è un fattore antiapoptotico => mantiene repressi geni killer, se manca si dereprimono provocando apoptosi − esperimenti di Hamburger = tagliava gli arti ad embrioni => i neuroni che dovevano stringere rapporti con quelle sedi morivano Altri ruoli dell'apoptosi: Appunti di Patologia Generale – Pag, 18
− − −
negli organi ciclici come la mammella, mentre i fattori di crescita hanno il ruolo di regolare l'apoptosi e la crescita cellulare eliminazione dei granulociti neutrofili che hanno terminato la loro funzione se si lega il dotto escretore di una ghiandola esocrina questa si riduce per apoptosi
Apoptosi in patologia L'apoptosi può conseguire a danno cellulare moderato (non certo ad un danno estremo) come quello da tossico, da agenti fisici, chimici. Infatti quando la cellula ne ha modo preferisce morire per apoptosi attivando geni killer (proapoptotici) piuttosto che per necrosi. Geni apoptotici Sono stati studiati in C. Elegans e sono stati chiamati CED (Cell Death), alcuni sono proapoptotici, altri antiapoptotici. Nell'uomo si è trovata corrispondenza con questi geni: − Bcl-2 = prototipo della classe di geni antiapoptotici => se non funziona correttamente provoca linfomi follicolari a basso grado di malignità − Bcr-Abl = alterati in leucemia mieloide cronica, a non elevata malignità − Bax = gene killer – proapoptotico => agiscono quando i protettori sono silenti (normalmente sono da loro inibiti) − P53 = guardiano del genoma => se mutata non induce apoptosi in caso di danno al genoma Iniziazione all'apoptosi, avvio, salvataggio • Non si sa quali siano i fattori legati all'iniziazione della cellula, anche se si ritiene che sia legata ad una conformazione o modulazione genica, essendo l'apoptosi una morte che si verifica per attivazione di un programma genico (attivazione di geni killer o repressione di geni protettori). I linfociti T immaturi nel timo sono cellule iniziate, in quanto all'incontro con l'antigene vanno incontro ad apoptosi, mentre quelli maturi a contatto con l'antigene attivano un programma di risposta, ma cominciano anche a proliferare dando luogo ad un clone. • Il meccanismo di avvio è invece più noto: fra i segnali di avvio quello più conosciuto è quello di aumento di calcio intracellulare plasmatico che deriva dal danno delle membrane degli organelli (che hanno una concentrazione di calcio molto più elevata rispetto al citoplasma). Se il danno è molto forte non c'è il tempo di innescare l'apoptosi e la cellula muore per necrosi. Se invece il danno è piccolo può attivare l'apoptosi. • Fattori di salvataggio: molti fattori di crescita e ormoni inibiscono l'apoptosi. Differenze morfologiche fra apoptosi e necrosi • Necrosi • evento accidentale, violento, improvviso, disordinato • è sempre diffusa a più cellule • passivo (la cellula lo subisce passivamente) • la cellula si rigonfia => esplode spargendo il suo contenuto all'esterno => infiammazione • Apoptosi • evento programmato geneticamente • selettivo • attivo (la cellula partecipa attivamente alla propria morte) • la cellula si coarta (si rimpicciolisce, si rinsecchisce) • non c'è spargimento di materiale, che è fagocitato (corpi apoptotici) dalle cellule vicine => non c'è infiammazione
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LO STRESS Stress è un termine anglosassone usato in fisica per indicare la situazione in cui una forza applicata ad un corpo solido lo deforma per compressione, trazione o torsione. Il termine fu introdotto in biologia in contrapposizione al concetto di omeostasi dal fisiologo americano Cannon all’inizio del 900: − omeostasi = equilibrio stazionario dei parametri biochimici e fisiologici fondamentali dell'organismo (possono variare entro limiti molto ristretti). − stress = perdita della omeostasi per azione di fattori capaci di alterare i parametri biochimici o fisiologici fondamentali Il concetto di stress riferito all'organismo è approfondito qualche decennio più tardi negli studi del canadese Hans Selye, che nel 1936 su Nature definisce i concetti di: − Stress = risposta dell'organismo verso qualunque agente che ne perturbi la omeostasi − Stressor = agente stressante, possono essere molteplici, distinti da Selye in: − fisiologici = malattie, interventi chirurgici e anestesia, sforzo fisico, emorragie, traumi − ambientali = esposizione al caldo e al freddo, "polluzione ambientale" − psicologici = competitività fra membri della stessa specie per il territorio o altro; con altre specie (ad esempio nell'incontro col predatore); conflitti prolungati, situazioni nuove, sensazioni di ansia, frustrazione, inferiorità, intense emozioni, passioni (da pathos, come il termine patologia!) SINDROME GENERALE DI ADATTAMENTO ALLO STRESS(OR) Il concetto fondamentale introdotto da Selye è: alla molteplicità e varietà di stressors corrisponde l'unicità di risposta da parte dell'organismo, questa risposta è costituita dalla sindrome generale di adattamento allo stress(or) (Selye, 1936): 1. Reazione di allarme, nell'"impact" con lo stressor 2. Fase di resistenza verso quello stressor, con neo-omeostasi 3. Fase di esaurimento verso tutti i possibili stressor Quindi se lo stimolo stressante perdura si verifica il trapasso dello stress da situazione "fisiologica", cioè tale da consentire il ritrovamento della omeostasi, a situazione patologica (possibili meccanismi: ipertensione, gluconeogenesi). STRESS CELLULARE – Estrapolazione del concetto di stress dall'organismo alla cellula Le prime osservazioni risalgono al 1962 da parte dell'italiano Federico Ritossa, che sottopone a stress termico (riscaldamento) cellule di Drosophila melanogaster e osserva un rigonfiamento dei cromosomi per incremento della sintesi di RNA (e quindi di proteine) causata dal calore. In seguito Tissières nel 1970 sottopose vari tipi di cellule a vari stressors (metalli pesanti, etanolo, anossia, riduzione del glucosio intracellulare e anche, in cellule di mammifero, febbre, flogosi, infezioni) osservando che tutti gli stressor inducono la sintesi di una particolare classe di proteine. La sindrome di adattamento allo stress, che Selye aveva descritto per l'intero organismo, è ora riferita alla cellula e può essere così definita: − risposta unitaria della cellula verso stimoli abnormi e molto eterogenei fra loro ma di intensità tale da non impedire (generalmente) la sopravvivenza della cellula LE HEAT SHOCK PROTEINS La cellula risponde agli stress con la derepressione di geni il cui prodotto è costituito dalle Heat Shock Proteins (HSP, proteine da stress termico, perché furono inizialmente osservate in questo contesto, ma in seguito definite anche proteine da stress). Quello che accomuna i vari tipi di stress cellulare, e che quindi comporta una risposta univoca, è la denaturazione proteica. La dimostrazione sperimentale di questo è data dal fatto che l'introduzione di proteine denaturate nella cellula (mediante iniezione intracellulare) induce la trascrizione e quindi la sintesi di HSP. Nelle cellule eucariotiche l'attivazione della trascrizione delle HSP è determinata dall'attivazione del Heat Shock Factor (HSF): − fattore di trascrizione presente normalmente inattivo nella cellula in forma monomerica e incapace di legarsi al DNA − in conseguenza dello shock termico e di altri stressors, forma un trimero capace di legarsi al DNA dell'HSE (Heat Shock Element) dei geni che codificano per HSP Nella molecola HSF in conseguenza dello stress: − sono inibiti i domini presenti nella porzione carbossiterminale della molecola deputati al mantenimento della forma monomerica − sono favoriti i domini idrofobici della porzione NH2 della molecola che favoriscono la trimerizzazione Appunti di Patologia Generale – Pag, 20
Quindi: • agenti stressanti ambientali • shock termico • metalli pesanti • condizioni patologiche • processi flogistici • febbre • infezioni e infestazioni • ischemia • danno ossidativo • ipertrofia determinano denaturazione delle proteine e conseguentemente attivazione di HSF, il quale determina l'attivazione della trascrizione dei geni per HSP. Importanza delle HSP − sono presenti nelle cellule di tutte le specie e costituiscono il complesso strutturale biologico maggiormente conservato nelle varie specie nel corso dell'evoluzione − sono citoprotettive e svolgono il ruolo di chaperone molecolari (proteine tutrici o con funzione tutoriale) HSP adattative e costitutive − le HSP sono proteine adattative, cioè sono sintetizzate in conseguenza allo stress − piccole quantità di HSP costitutive sono presenti anche in cellule non sottoposte a stress, hanno il ruolo di riparare o prevenire i danni cellulari "spontanei" che impediscano la necessaria perfezione sterica e funzionale delle proteine neosintetizzate Funzioni delle HSP − adattative (o inducibili) − riavvolgimento di proteine cellulari denaturate da uno stressor − degradazione selettiva di proteine fortemente alterate da stressors − costitutive − pronto soccorso delle proteine danneggiate da uno stressor, nellefasi che precedono la sinesi delle HSP adattative − servizio permanente effettivo per l'assemblaggio assistito di proteine di nuova sintesi − Tutte le HSP svolgono la funzione di chaperone molecolare: mentre il processo di sintesi di una catena polipeptidica è noto, ancora poco chiari appaiono i meccanismi sottesi al raggiungimento della struttura quaternaria (assemblaggio dei monomeri), che consente alle proteine, in particolar modo alle proteine enzimatiche, di raggiungere la conformazione finale idonea alla funzione da svolgere − Anfisen nel 1973 ipotizza, l'autoassemblaggio proteico: i geni codificanti per la proteina contengono anche l'informazione specifica per il confezionamento sterico della proteina adatto all'espletamento delle funzioni − L'autoassemblaggio può anche essere assistito: − proteine tutrici si legano a siti interattivi delle proteine substrato che, nelle proteine di neosintesi, sono esposti durante le fasi iniziali dell'assemblaggio e, nelle proteine finite, sono esposti in seguito a denaturazione per effetto di uno stressor. Il legame non è covalente, ma consente ugualmente la formazione di un complesso stabile che guida l'assemblaggio ed impedisce errori. Ad assemblaggio effettuato il legame si scinde. − sono soprattutto proteine enzimatiche e proteine dapprima intra- e poi extra-cellulari che hanno bisogno di chaperone (e difatti ne sono dotate). MORTE CELLULARE E HSP L'attivazione dei geni delle HSP non necessariamente è in associazione alla morte della cellula, essendo la risposta della cellula agli stressors (attraverso la sintesi di HSP) una risposta adattiva (in parte anche, come abbiamo visto, costitutiva), finalizzata all'adattamento, alla riparazione proteica, al ripristino dell'omeostasi cellulare. • L'attivazione dei geni delle HSP precede (o accompagna) talora l'apoptosi che consegue a condizioni patologiche (ad esempio l'apoptosi da tossici a piccole dosi). Le HSP intervengono soprattutto con funzione di "riassemblaggio" proteico. Se le proteine danneggiate sono fondamentali per la funzione o la struttura della cellula, o troppo numerose, si attivano i geni killer dell'apoptosi. • L'attivazione dei geni delle HSP precede (o accompagna) il danno cellulare irreversibile della necrosi. L'ubiquitina, la più piccola delle HSP, degrada proteine seriamente danneggiate in cellule in necrosi.
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TERMOTOLLERANZA − Acquisizione di resistenza all'azione lesiva del calore indotta da shock termico in Dm (fenocopie) − La concentrazione di HSP i.c è proporzionale al livello di termoresistenza TOLLERANZA ALLO STRESS − Miocardiociti sottoposti a modesto stress termico accumulano nel loro citoplasma HSP-70 e diventano termotolleranti − acquisiscono inoltre la capacità temporanea di resistere allo stress provocato dall'ischemia − la preventiva esposizione del miocardio allo shock termico, inducendo la sintesi di proteine da stress, riduce la liberazione di enzimi lisosomiali e incrementa la ripresa funzionale contrattile del miocardio
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DANNI BIOLOGICI DA RADIAZIONI IONIZZANTI Le radiazioni elettromagnetiche possono esistere sotto forma di onde o di particelle. In ogni caso la lunghezza d'onda è inversamente proporzionale alla frequenza. Radiazioni ionizzanti: ad alta frequenza e bassa lunghezza d'onda • raggi X • raggi γ • raggi cosmici Radiazioni non ionizzanti: a bassa frequenza e alta lunghezza d'onda • onde radio • microonde • luce visibile LET = trasferimento lineare di energia [eV/mm] A parità di energia: • alto LET = la radiazione/particella è in grado di produrre un danno grave, ma per un percorso breve • basso LET = la radiazione/particella è in grado di produrre un danno lieve, ma per un percorso lungo Le radiazioni particolate sono quelle che hanno un LET maggiore, ad esempio in ordine dal LET più alto al più basso si hanno: • particelle α • particelle β • raggi γ • raggi X Le radiazioni ionizzanti Possiedono energia sufficiente a far sì che se colpiscono un atomo venga espulso un elettrone e così si formi uno ione => ionizzazione. L'energia deve essere maggiore di 10 eV. Radiazioni particolate Esempi: • particelle α • particelle β/elettroni • protoni
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Radiazioni elettromagnetiche Derivate da accelerazione. • λ=hυ • λ = lunghezza d'onda • h= costante di Plank • υ = frequenza Maggiore è la densità di ionizzazione e maggiore è la probabilità che la molecola biologica venga colpita in punti vicini.
Curva tipica di ionizzazione specifica di particelle alfa Le particelle alfa perdono energia rapidamente in pochi cm, e man mano che fanno il loro percorso aumenta la ionizzazione specifica, cioè il numero di ioni per cm, quindi la loro densità di ionizzazione è inversamente proporzionale alla loro energia o velocità.
Relazione tra ionizzazione specifica e energia per particelle beta Le particelle beta hanno ionizzazione specifica più bassa.
Modalità di ionizzazione Le modalità con cui le radiazioni ionizzanti provocano ionizzazione sono: 1) effetto fotoelettrico (tungsteno) = un fotone incidente dotato di una certa energia colpisce un elettrone con una certa energia di legame espellendolo => l'elettrone emesso acquista una certa energia che è la differenza fra l'energia del fotone incidente e quella dello stato iniziale dell'elettrone.
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2) effetto Copton = trasferimento parziale dell'energia del fotone incidente sull'elettrone. Parte dell'energia del fotone viene mantenuta dal fotone per eventualmente compiere altre ionizzazioni (fotone diffuso)
3) formazione di coppie = solo per livelli di energia alti: il fotone incidente ha energia > 1,1 MeV => colpisce il nucleo dell'atomo e fa rilasciare un elettrone e un positrone. L'elettrone e il positrone possono interagire e annichilirsi con trasformazione della massa in energia => 2 raggi gamma (0,5 MeV per ogni raggio gamma).
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Danno tissutale da radiazioni Quando le radiazioni ionizzanti colpiscono i tessuti si verificano eventi in successione:
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stadio fisico: − ionizzazioni dirette = da parte del fotone incidente − ionizzazioni indirette stadio fisico-chimico − si formano delle molecole che sono modificate con conseguente danno chimico
Danno diretto: effetto diretto della radiazione incidente sulla molecola biologica (DNA, fosfolipide, ecc.). Teoria del bersaglio = tanto maggiore è la dimensione della molecola, tanto maggiore è il danno che subisce => sono quindi più colpite molecole di grandi dimensioni e che hanno un ruolo strategico nella funzione cellulare (il DNA è il più colpito, è un bersaglio molto sensibile).
Danno indiretto: la radiazione colpisce le molecole d'acqua, che costituiscono il 60-90% del peso corporeo, dando origine a radicali: → H2O+ + eH2O + hυ e + H2O → H2O+ H2O → H+ + OH* (radicale ossidante - sottrae elettroni) H2O → OH- + H* (radicale riducente – cede elettroni) H* + H* → H2 OH* + OH* → H2O2 (acqua ossigenata) H2O2 + OH* → H2O + HO2* (radicale idroperossido) * Indica un radicale (o radicale libero) = una specie chimica molto reattiva avente vita media di norma brevissima, costituita da un atomo o una molecola formata da più atomi che presenta un elettrone spaiato: tale elettrone rende il radicale una particella estremamente reattiva, in grado di legarsi ad altri radicali o di sottrarre un elettrone ad altre molecole vicine [da Wikipedia]
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DANNI RADIOBIOLOGICI NEI MAMMIFERI •
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La sensibilità a queste radiazioni è direttamente proporzionale all'indice mitotico e inversamente proporzionale al differenziamento cellulare ◦ le cellule più sensibili sono quelle che si trovano in fase G2 o in mitosi => danno al DNA una dose forte e unica provoca un danno maggiore rispetto a dosi più piccole e ripetute (ad intervalli di tempo), perché queste ultime danno il tempo alle cellule di riparare il danno alcuni tipi cellulari sono più sensibili di altri alle radiazioni
Unità di misura, dose assorbita, equivalente ed efficace Con il termine "Attività" di una sostanza radioattiva si intende il numero di nuclei di questa sostanza che si disintegrano nell’unita di tempo: • una vecchia unita di misura dell’attività è il Curie (Ci), ora sostituita nel Sistema Internazionale (S.I.) dal Bequerel (Bq): 1 Ci = 3.700.000 dis./sec, 1 Bq = 1 dis./sec. ◦ dis/sec = disintegrazioni al secondo • Per quantificare il danno biologico delle radiazioni sugli organismi sono state introdotte delle unità di misura che definiscono la "Dose assorbita" , cioè l’energia depositata dalla radiazione nel materiale irradiato per unità di massa: ◦ la più antica è il "RAD“: 1 RAD = 100 erg/g ◦ Attualmente nel S.I. si usa il "GRAY" (Gy): 1 Gy = 1J/Kg, 1 Gy = 100 RAD Ma l’effetto delle radiazioni, anche a parità di energia è dipendente dal tipo di radiazione. Perciò si è introdotto il fattore di qualità della radiazione "Q", la grandezza che si considera diventa quindi l’equivalente di dose "H" legata alla dose assorbita "D" dalla relazione: • H = QxD ◦ Per elettroni, raggi X e raggi gamma Q = 1 ◦ Per neutroni e protoni Q da 5 a 20 ◦ Per le particelle alfa Q = 20 Tessuti più colpiti dalle radiazioni ionizzanti − midollo osseo − intestino − osso − SNC − occhio (cataratta) − cellule germinali e staminali − feto Tessuti più sensibili a tumori da radiazioni − seno − tiroide − osso (osteosarcoma) Appunti di Patologia Generale – Pag, 28
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midollo osseo (leucemie) cute
Effetti sull'organismo in base alla dose • 10 Gy => Sindrome cerebrale => necrosi, emorragia cerebrale, convulsioni, delirio, coma, morte entro poche ore • 3-10 Gy => Sindrome gastrointestinale => necrosi delle cellule epiteliali dell'intestino, nausea, diarrea entro poche ore, perdita di fluidi => porta facilmente a morte • 2-6 Gy => Sindrome emopoietica => iperplasia del midollo osseo, diminuzione di tutte le cellule ematiche entro 2 settimane, caduta dei capelli, morte per infezione nel 50% dei casi • 0,5-2 Gy => diminuzione di neutrofili e linfociti, stato letargico, nausea, anoressia • < 0,5 Gy => mutazione delle cellule staminali => predisposizione a neoplasie Principali effetti sui tessuti − aumento di deposizione di collageno nei tessuti per danno vascolare e distruzione di cellule staminali => fibrosi − necrosi in polmone e epiteli − danni al DNA => apoptosi, cancro, mutazioni − atrofia di midollo osseo, timo, linfonodi e tumori associati a questi tessuti − atresia ovarica Inattivazione di un enzima: effetto della dose in relazione alla concentrazione dell'enzima
Inattivazione di un virus da radiazione. Effetto della dose. A destra rappresentazione semilogaritmica
Ritardo della mitosi per blocco in G2
Appunti di Patologia Generale – Pag, 29
La spalla iniziale di fig. 29 è dovuta al fatto che a bassa dose c'è maggior probabilità che gli enzimi di riparazione cellulare possano intervenire. Sopravvivenza di fibroblasti in relazione alla dose. Simboli pieni, fibroblasti da soggetti con difetto ereditario degli enzimi di riparazione
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Effetti della panirradiazione su roditori
Incidenza naturale di malattie genetiche nell’uomo
Appunti di Patologia Generale – Pag, 31
Relazione tra dose e eventi recessivi letali in Drosofila
Stime di rischio per varie neoplasie radioindotte
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DANNI BIOLOGICI DA RADIAZIONI ECCITANTI Le radiazioni eccitanti stanno tutte sotto lo spettro del visibile, si tratta prevalentemente di raggi UV e di alcuni raggi X. Non hanno grande capacità di penetrazione, perciò i loro effetti si limitano alla cute.
I danni sono soprattutto per la ossidazione della melanina preesistente. Eritema = iperemia con arrossamento. Leggi della fotochimica Prima legge: affinché una radiazione produca un effetto fotochimico, i fotoni devono prima essere assorbiti da una molecola o da un atomo. Non tutte le molecole o gli atomi assorbono egualmente le radiazioni dello spettro visibile o ultravioletto. Ciò si verifica solo quando la lunghezza d'onda della luce incidente corrisponde a quella di assorbimento specifica e caratteristica (spettro di assorbimento) di quel atomo o di quella molecola. Seconda legge: vi è reciprocità tra la dose di radiazione che causa un determinato effetto e la potenza e il tempo di esposizione. In accordo con questa legge, lo stesso effetto può essere raggiunto applicando per un lungo periodo di tempo una radiazione di modesta potenza (cioè con un basso tasso di erogazione dei fotoni) oppure fornendo una radiazione di elevata potenza per un tempo di esposizione molto breve purché il numero totale di fotoni sia lo stesso. Terza legge (o della efficienza di una reazione fotochimica, o resa quantica o efficienza quantica): l'assorbimento di un fotone determina sempre una modificazione fotochimica a carico di una molecola o di un atomo. Quando si fa riferimento a questo fenomeno l'efficienza quantica è pari al 100%. In pratica però l'efficienza è quasi sempre inferiore e raggiunge valori modesti: 0,001 o 0,1 %. Effetti delle radiazioni ionizzanti • dimerizzazione della timina nel DNA => impedendo così di formare legami con la adenina dell'altra catena => ci può essere una delezione con conseguente frame shift • addotti con la timina: • monoaddotti • diaddotti => cross linking delle due catene del DNA • produzione di ROS = specie reattive dell'ossigeno, si formano per riduzione dell'ossigeno: − radicale superossido O2− si può formare per interazione con elettroni che occasionalmente sfuggono alla catena o per ossidazione metallodipendente di certe molecole (Adr, NorA), o per produzione diretta durante Appunti di Patologia Generale – Pag, 33
certe reazioni ossidative E' fortemente reattivo e citotossico perché si comporta come energico ossidante attaccando un ampio numero di substrati − convertito in perossido d'idrogeno dalla superossido dismutasi − vitamina A può sequestrarlo perossido di idrogeno − si forma dalla superossido dismutasi − è demolito dalla catalasi − glutatione perossidasi attraverso due molecole di glutatione lo trasforma in acqua radicale idrossile (o ossidrile, -OH) è formato per la combinazione fra radicale superossido O2- e perossido di idrogeno − affinché si formi è necessaria la presenza di Fe2+ (bivalente) libero, che si ha quando c'è basso pH − è la molecola più tossica fra tutti i ROS perché non ci sono enzimi intracellulari di detossificazione. ossigeno singoletto − si può formare dentro i macrofagi − può nuocere perossidando diverse molecole organiche (proteine, acidi nucleici, ecc.) −
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Il danno ossidativo si verifica su: − acidi nucleici => il danno al DNA è il più pericoloso − lipidi => danno luogo al fenomeno della lipoperossidazione => bersaglio più frequente: ac. grassi polinsaturi nei fosfolipidi di membrana − 3 fasi: inizio, propagazione, terminazione (inizia e poi prosegue a catena interessando un numero sempre maggiore di molecole) − lipide insaturo (OH radicalico) => in presenza di O2 si forma radicale perossidico => il perossido può dar luogo a formazione di radicali − ac. arachidonico => in presenza di ossidante => perossido ciclico − malonil dialdeide = punto di arrivo della perossidazione lipidica − proteine => bersaglio più frequente: gruppo -SH (residui cisteine), possono dimerizzare − rotture possono essere irreversibili: es. anello del Trp e His − carboidrati I radicali ossidanti si formano anche per azione delle radiazioni ionizzanti, hanno importanza in fenomeni di mutagenesi, cancerogenesi, invecchiamento. Malattie associate alle radiazioni ultraviolette L'OMS ha associato 9 malattie alle radiazioni ultraviolette: − melanoma cutaneo = tumore maligno dei melanociti produttore di melanina − carcinoma squamoso (o epitelioma spinocellulare), dallo strato acinoso, forma le perle cornee (cheratosi nello strato profondo della pelle), fortemente maligno, più lento del melanoma, tende a metastatizzare e recidivare − carcinoma basocellulare (basalioma) = deriva dallo strato basale, è meno maligno di quello squamoso − formazione cataratta (opacizzazione del cristallino) − ispessimento della congiuntiva, opacizzazione della cornea − ricomparsa herpes labiale
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MALATTIE FOTODINAMICHE Sono causate dalla presenza nell’organismo di sostanze che captano l’energia incidente, raggiungono lo stato elettronico eccitato e restituiscono l’energia come reattività fotochimica. Sono spesso molecole fluorescenti, possono essere esogene o endogene, mediano il danno. Captano la luce incidente, raggiungono lo stato eccitato e lo trasferiscono alle cellule e alle sostanze circostanti. Molecole esogene: − di origine vegetale, come gli psoraleni − farmaci, come tetracicline, sulfonamidi, FANS, fenotiazine Molecole endogene: − es. le porfirine L’azione fotodinamica si esplica con: − formazione di radicali liberi − fotodimerizzazione di molecole endogene − formazione di fotoaddotti Quando queste molecole ricevono energia => raggiungono uno stato eccitato => restituiscono l'energia ricevuta (o parte di essa): • attraverso la fluorescenza: • luce incidente ad una determinata lunghezza d'onda => dopo nanosecondi riemettono la luce a frequenza maggiore (quindi a energia minore) => la differenza di energia corrisponde allo stato eccitato della molecola fluorescente che può avere maggiore reattività chimica => effetti sulle molecole vicine • senza la fluorescenza => tutta l'energia si traduce in attivazione della molecola (nella fluorescenza una quota abbondante è restituita come fotone) => effetti sulle molecole vicine Effetti: − formazione di radicali liberi, dimerizzazioni, addotti
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LE PORFIRIE Alterazioni della sintesi dell'EME possono dar luogo alla formazione di sostanze che si accumulano (le porfirine), queste sostanze possono poi trovarsi in circolo, nelle urine, nelle feci, depositate nei tessuti (ad es. nei denti). L'EME si trova nell'emoglobina, nella mioglobina e nei citocromi, viene sintetizzato in tutti i tessuti, ma soprattutto nel midollo osseo (per l'emoglobina dei globuli rossi) e nel fegato (per i citocromi). Le porfirie sono malattie fotodinamiche causate da accumulo di porfirine, si manifestano sulla cute esposta alla luce con esfoliazione degli strati più superficiali ed accumulo di liquido fra derma e lo strato germinativo => si forma una bolla. Biosintesi dell'eme Avviene in tutti i tessuti, ma soprattutto: − nel midollo osseo => per la formazione dell'emoglobina destinata ai globuli rossi − nel fegato => per la formazione dei citocromi
ALA = acido delta-amino levulinico PBG = porfobilinogeno Solo da UROgeno III si può formare l'EME, i porfinogeni della serie I (derivati da UROgeno I), l’uroporfirina III (derivato dell'UROgeno III) e la coproporfirina III (derivato del COPROgeno III) sono prodotti collaterali non utilizzati nella sintesi dell’EME. L'attività dei seguenti enzimi è fondamentale nello sviluppo delle porfirie qualora una delle 3 tappe sia impedita: − ALA-sintetasi = enzima inducibile, può perciò aumentare e comportare un aumento della sintesi di acido Damino lebulinico − urosintetasi III − ferro chelatasi = se non cè il ferro non viene incorporato e si accumula la protoporfirina IX Punti di regolazione: − ALA-sintetasi = può avere feedback negativo quando c'è un eccesso di EME − ferro chelatasi = la sua attività dipende dalla disponibilità di ferro Profirie croniche (ereditarie) • Porfiria eritropoietica congenita (epatica) o Morbo di Gunther (CEP) - E' molto rara; causa anemia emolitica (distruzione dei globuli rossi) e fotosensibilità: i sintomi sono presenti fin dalla nascita. Le urine sono Appunti di Patologia Generale – Pag, 36
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rosso scuro, per la grande quantità di porfirine eliminate. Particolare di questa malattia è l'eritrodonzia: illuminando i denti con luce ultravioletta questi sono rosso fluorescente. La fluorescenza è dovuta alle porfirine che si depositano nel fosfato di calcio dei denti. ◦ in questa porfiria si ha carenza di urosintetasi III => sovrapproduzione di URO I (uroporfirina I) Porfiria cutanea tarda (epatica) (PCT) - La Porfiria Cutanea Tarda è la più frequente in Italia. Compare generalmente intorno ai 30-40 anni, quasi mai si riscontra nell'infanzia. Come dice il nome stesso, questo tipo di porfiria presenta effetti cutanei presenti nelle zone esposte al sole che consiste in fragilità cutanea con formazione di bolle, erosioni che si trasformano in croste e cisti. Le persone affette da PCT tendono ad avere problemi epatici più facilmente della media, soprattutto in conseguenza all'eccessiva assunzione di alcool, al sovraccarico di ferro, all'infezione da virus, e qualche volta, a causa dell'assunzione di farmaci, soprattutto gli estrogeni. ◦ il difetto più importante è la diminuzione della urodecarbossilasi, perciò si forma uroporfinogeno, ma non si arriva al protoporfinogeno
Protoporfiria eritropoietica: non è molto frequente. Compare durante i primi anni di vita. La sintomatologia è caratterizzata da bruciore, eritema ed edema delle zone esposte al sole, ispessimento della cute, soprattutto in corrispondenza del dorso delle mani e del naso. Spesso sono presenti problemi epatici dovuti alla stasi di protoporfirine nelle cellule del fegato e nei canalicoli biliari, con conseguente formazione di calcoli nella colecisti. ◦ carenza dell'enzima ferro chelatasi ◦ forse è autosomica dominante, ma altri sostengono che i malati sono doppi eterozigoti: ▪ dominanti per ferro chelatasi ▪ dominanti per altri enzimi della via biosintetica dell'EME ◦ si accumula così la protoporfirina IX nelle cellule emopoietiche e nel sangue
Porfirie acute • deficit di ALA-Deidrasi (epatica) • porfiria acuta intermittente (epatica) • coproporfiria ereditaria (epatica) • porfiria variegata (epatica) Le porfirie acute sono accomunate dall'avere una sintomatologia neurologica anche se la Porfiria Variegata e la Coproporfiria Ereditaria possono causare sintomi cutanei. Le Porfirie acute sono causate dall'assunzione di sostanze, da variazioni ormonali o condizioni nutrizionali particolari. Se si riesce a controllare l'assunzione dell'agente che risulta tossico, la malattia rimane nel 90% dei casi allo stato di latenza. La sostanza tossica scatenante solitamente è un farmaco, anche se a volte possono essere gli ormoni stessi dell'organismo specialmente nelle donne dopo la pubertà. Altre cause responsabili possono essere: infezioni, diete povere di zuccheri, e, secondo alcuni, alcool e fumo. La malattia è presente, ma latente, si manifesta solo se si assumono tali sostanze. I sintomi più frequenti delle porfirie acute sono: dolori addominali (coliche = contrazioni spastiche e dolorose di un organo viscerale cavo), febbre, leucocitosi (eccesso di globuli bianchi), vomito, stitichezza, tachicardia e ipertensione labile, ritenzione urinaria, sudorazione abbondante, riflessi tendinei profondi diminuiti, carenza di sodio nel sangue (iponatriemia), perdita della sensibilità (iperestesie e parestesie), Appunti di Patologia Generale – Pag, 37
instabilità emotiva, tetania; nei casi più gravi: coma, paralisi, atrofia del nervo ottico, allucinazioni e disturbi comportamentali, paralisi respiratoria.
Trattamento delle porfirie Nei casi di porfiria acuta importante è la prevenzione: non somministrare farmaci (o altre sostanze) che possano indurre la malattia. Per le porfirie non acute per i malati di Morbo di Gunther si cerca di effettuare il trapianto di midollo osseo o, in alternativa, trasfusioni. Nella Porfiria Cutanea Tarda la terapia iniziale deve essere concentrata all'allontanamento della sostanza tossica (virus, alcool, ferro, farmaci) ed alla protezione dal sole. In seguito, si può intervenire aumentando l'eliminazione di porfirine. Per la Protoporfiria la terapia consiste nella protezione dal sole attraverso creme schermanti e mediante β-carotene. Porfirie umane ereditarie
Porfirie tossiche e sperimentali Non c'è base ereditaria, ma sono porfirie occasionali causate dall'assunzione di particolari sostanze. Sintomi tipici sono: − disturbi neurologici − disturbi addominali (coliche) − disturbi cutanei (fotosensibilità) PCH = paracloroetano; DDC = 3,5-dicarbetoxi-1,4-diidrocollidina
http://www.msd-italia.it/altre/manuale/sez02/0140200.html
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PNEUMOCONIOSI Sono malattie polmonari causate dall’inalazione di polveri fini inorganiche che danno luogo a reazioni fibrose. Sono oltre 40 i minerali la cui inalazione provoca lesioni polmonari − alcuni (ferro, alluminio, bario) sono innocui e si limitano ad accumularsi nel polmone − altri portano a malattie polmonari invalidanti Tipi specifici di pneumoconiosi prendono il nome dalla sostanza inalata: − silicosi, antracosi, asbestosi, talcosi… − a volte non si conosce o non si conosceva l’agente eziologico: polmone del saldatore, polmone dell’arrotino (in questo caso è una silicosi)
Meccanismo patogenetico Il meccanismo patogenetico comune nella determinazione delle pneumoconiosi è la capacità delle polveri inalate a stimolare la FIBROSI POLMONARE. Lo sviluppo delle pneumoconiosi e l'entità delle lesioni dipendono da: • dose = dipende dalla concentrazione nell’aria respirata e dal tempo di esposizione all'inalante • dimensioni, forma => galleggiabilità delle particelle
◦ le particelle più patogene sono quelle più piccole (1-5 um) => raggiungono gli acini polmonari • • •
◦ le particelle > 10 micron vengono espulse con il trasporto mucociliare solubilità e reattività biochimica • particelle piccole vanno prima in soluzione => danno acuto • particelle più grandi => fibrosi ulteriori effetti di altri irritanti come il fumo (soprattutto nell'asbestosi) fattori genetici => in genere solo piccole percentuali di persone esposte sviluppano la malattia
I macrofagi rappresentano sia una difesa sia un meccanismo di trasporto delle particelle ai linfatici e ai linfonodi. Pneumociti • Pneumociti di tipo I, definiti anche piccole cellule alveolari, ricoprono circa il 90% della superficie alveolare totale. Sono cellule piccole, sottili, come un sottile film che ricopre la superficie dell' alveolo. Aderiscono alla superficie dei vasi capillari tramite la membrana basale, permettendo la diffusione e lo scambio dei gas. Sono Appunti di Patologia Generale – Pag, 40
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cellule che non si possono replicare e sono molto sensibili alle sostanze tossiche. Pneumociti di tipo II, inferiori per numero rispetto a quelli di tipo I, sono cellule voluminose di struttura cuboide le quali ricoprono circa il 5% della superficie alveolare. Sebbene poco numerosi, rappresentano cellulle di notevole importanza nello funzionalità del polmone, poiché sono responsabili della secrezione del surfattante, composto glico-proteico che abbassa la tensione superficiale e favorisce gli scambi gassosi.
Silicosi Causata dall’inalazione di biossido di silicio. La silice è captata dal macrofago, si può produrre collageno nello spazio alveolare => nodulo silicotico. La malattia potrebbe risalire al Paleolitico (con la forgiatura di utensili di pietra) Lavorazioni che espongono alla malattia: intaglio di pietre, affilatura e levigatura di metalli, manifattura di ceramiche, fonderie, pulitura di caldaie, “sabbiatura” di superfici metalliche Patogenesi • La silice cristallina è più tossica della forma amorfa • Le particelle >0.2 e <2 um sono le più pericolose • Dopo l’inalazione sono fagocitate dai macrofagi alveolari • I gruppi di idrossido di Si superficiali si legano a proteine e fosfolipidi, danneggiando le membrane cellulari e portano all’uccisione dei macrofagi Lesioni morfologiche • Silicosi nodulare semplice ◦ Dopo almeno 10 anni di esposizione, più solitamente dopo 20-40 anni dalla prima esposizione ◦ Noduli di 2-4 mm (1 cm nell’asse maggiore) ◦ Fibre collagene disposte a spirale con in periferia fibroblasti e linfociti ◦ Evidente la silice cristallina in luce polarizzata ◦ vedi immagine su ppt • Fibrosi massiva progressiva ◦ Masse nodulari con diametro > 2 cm in un contesto di silicosi nodulare semplice ◦ Masse anche di 10 cm di asse maggiore, situate nelle porzioni superiori di entrambi i polmoni ◦ Le lesioni possono essere cavitate centralmente ◦ Si ha insufficienza respiratoria per distruzione del parenchima polmonare • Silicosi acuta ◦ Oggi rara ◦ Esposizione a polveri finissime per operazioni di sabbiatura e di pulitura ◦ Fibrosi diffusa del polmone, senza noduli ◦ Si accumula materiale denso eosinofilo negli alveoli: silicoproteinosi ◦ La malattia progredisce repidamente in pochi anni Caratteristiche cliniche • La silicosi nodulare semplice spesso asintomatica è rilevabile radiologicamente • Nella fibrosi massiva progressiva si ha dispnea • Nella silicosi acuta si ha dispnea rapidamente invalidante • Frequente l’associazione con la tubercolosi perché la silicosi determina la perdita delle difese macrofagiche a livello polmonare. Antracosi L’antracite (carbone duro) contiene anche particelle di silice, cui vanno attribuite le lesioni polmonari: antracosilicosi Il carbone bituminoso (carbone morbido) contiene assai poco silicio: antracosi Il carbone amorfo non è fibrogenico perché incapace di uccidere i macrofagi Il carbone viene assunto dai macrofagi, che passano nell'interstizio e liberano le particelle => bronchioli dilatati, vengono colpiti sia i pneumociti I (95%) che II (5%) => enfisema focale da polveri. Lesioni morfologiche • Antracosi semplice ◦ Macule ◦ Noduli (macrofagi circondati da fibrosi) • Antracosi complicata (o fibrosi massiva progressiva) ◦ Noduli > di 2 cm di diametro con riduzione della funzionalità respiratoria ed enfisema Appunti di Patologia Generale – Pag, 41
Asbestosi L’amianto o asbesto, dal greco “inestinguibile”, comprende un gruppo di minerali fibrosilicati con fibre lunghe e sottili Le Vestali romane lo usavano per gli stoppini delle lampade Marco Polo osservò che vestiti intessuti con fibre di asbesto erano resistenti al fuoco In epoca moderna è (o è stato) utilizzato per l’isolamento in edilizia e nei freni Il suo utilizzo, cresciuto in tutto il XX secolo, ha subito un arresto per l’evidenza dei suoi danni L'amianto è captato dai macrofagi => interstizio => stimolano l'attivazione di fibroblasti => asbestosi. L'amianto è un silicato di magnesio esistente sotto varie forme minerali, di cui le principali sono: •
Amosite Amianto bruno (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2 dalle miniere del South Africa
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Crisotilo Amianto bianco Mg3Si2O5(OH)4 dal greco: "fibra d'oro“
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Crocidolite Amianto blu Na2Fe2+3Fe3+2Si8O22(OH)2 dal greco: "fiocco di lana“
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Tremolite Ca2Mg5Si8O22(OH)2 dal nome della Val Tremola, in Svizzera
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Antofillite(Mg,Fe)7Si8O22(OH)2 dal greco: "garofano“
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Actinolite Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2 dal greco: "pietra raggiata"
L’amianto in natura è presente in due gruppi mineralogici: • Serpentino: crisotilo (fibre lunghe e resistenti) • Anfiboli: antofillite, actinolite, amosite, crocidolite, tremolite (fibre fragili, che si spezzano facilmente, possono essere intessute come le coperte antincendio) Mentre il carbone ha molta polvere e poche fibre, l’opposto è per l’amianto. Le malattie provocate dall’amianto sono causate dall’inalazione di materiale fibroso. Tra le varie orme di amianto gli anfiboli, ed in particolare la crocidolite, provocano maggiormente malattie rispetto al crisotilo. Patogenesi ASBESTOSI = fibrosi polmonare interstiziale diffusa causata dall’inalazione di fibre di amianto. Le fibre sono lunghe sino a 100 um, ma sottili 0.5-1 um. Si depositano negli alveoli più distali. Alcune inglobate dai macrofagi, altre insinuate nell’interstizio. Lesioni polmonari • All’inizio una alveolite essudativa, seguita da fibrosi polmonare interstiziale • Si osservano i corpi di asbesto che contengono una fibra sottile di asbesto lunga più di 50 um circondata da ferro e proteine • Le fibre sono parzialmente inglobate nei macrofagi e circondate da numerosi macrofagi, perché troppo grandi • Sia in alveoli che in bronchioli si ha una reazione fibrogenica, con patologia respiratoria restrittiva e ostruttiva Lesioni pleuriche • Versamento pleurico benigno (in circa il 3% degli esposti) • Placche pleuriche nella pleura parietale e diaframmatica: Sono costituite da tessuto fibroso collageno ialinizzato e possono avere noduli calcificati • Fibrosi pleurica diffusa • Atelettasia rotonda: l’atelettasia è data dal collabire degli alveoli polmonari per ostruzione e perdita del contenuto aereo • Mesotelioma pleurico ◦ E’ stata dimostrata una netta correlazione tra esposizione all’amianto e sviluppo di un tumore mesoteliale pleurico maligno ◦ Talvolta l’esposizione è minima, come i familiari dei lavoratori dell’amianto, che lavano i vestiti da lavoro ◦ I più colpiti sono i lavoratori dell’amianto che sono esposti alla crocidolite Divieto d'uso in Italia L'impiego dell'amianto è fuori legge in Italia dal 1992. La legge n. 257 del 1992, oltre a stabilire termini e procedure per la dismissione delle attività inerenti l'estrazione e la lavorazione dell'asbesto, è stata la prima ad occuparsi anche dei lavoratori esposti all'amianto. Appunti di Patologia Generale – Pag, 42
All'art. 13 essa ha introdotto diversi benefici consistenti sostanzialmente in una rivalutazione contributiva del 50% ai fini pensionistici dei periodi lavorativi comportanti un'esposizione al minerale nocivo. In particolare, tale beneficio è stato previsto per i lavoratori di cave e miniere di amianto, a prescindere dalla durata dell'esposizione; per i lavoratori che abbiano contratto una malattia professionale asbesto-correlata in riferimento al periodo di comprovata esposizione; per tutti i lavoratori che siano stati esposti per un periodo. Nella Regione Emilia-Romagna è attivo il Registro Regionale dei Mesoteliomi, con sede a Reggio-Emilia presso il Dipartimento di Sanità Pubblica dell’Azienda USL omonima, che rileva tutti i casi di mesotelioma incidenti dal 1996. Dal 1.01.96 al 31.03.01 sono stati individuati 323 casi di mesotelioma (225 uomini e 98 donne). Di questi, finora, ne sono deceduti 188. L’età media dei deceduti è di 66 anni. La sopravvivenza mediana dal momento della diagnosi è di 157 giorni. Considerato che risale al 1994 il divieto totale della estrazione, importazione e produzione di materiali/manufatti che contengono amianto e che sono in corso a livello regionale le verifiche delle situazioni che richiedono interventi di bonifica e in molti casi esse sono già state ultimate, purtroppo si deve attendere ancora come numero previsto di mesoteliomi 1000 nuovi casi/anno in Italia e 70 nuovi casi/anno in Emilia-Romagna. In Provincia di Bologna i casi di mesotelioma registrati a partire dal 1.01.96 sono 71.
Appunti di Patologia Generale – Pag, 43
DANNI DA FUMO (da uso di tabacco)[Da libro] L'uso di prodotti del tabacco come sigarette, sigari, pipe e tabacco da fiuto è associato ad una mortalità e morbilità maggiori rispetto a qualsiasi altra esposizione individuale, ambientale o professionale. L'esposizione precoce ai cancerogeni del fumo di tabacco può aumentare il rischio di sviluppare il carcinoma al polmone. Composizione del fumo di sigaretta • oltre 4000 costituenti di cui 43 cancerogeni noti • cancerogeni organo-specifici • polmone, laringe => idrocarburi aromatici policiclici, NNK (4-1-1 butanone), polonio 210 • esofago => NNN (N-Nitrosonornicortina) • pancreas => NNK? • vescica => 4-aminobifenile, 2-naftilamina • cavità orale (fumo) => idrocarburi aromatici policiclici, NNK, NNN • cavità orale (tabacco da fiuto) => NNK, NNN, polonio 210 • metalli cancerogeni • arsenico, nichel, cadmio, cromo • potenziali favorenti • acetaldeide, fenolo • irritanti • biossido d'azoto, formaldeide • inibitori della motilità delle ciglia dell'epitelio delle vie respiratorie • acido cianidrico • monossido di carbonio = ha un'affinità 200 volte superiore all'ossigeno per Hb e ne ostacola il rilascio di ossigeno; lega altre proteine contenenti EME come la mioglobina e la citocromo ossidasi • nicotina = alcaloide, attraversa facilmente la barriera emato-encefalica, responsabile della dipendenza e degli effetti farmacologici (aumento della frequenza cardiaca e della pressione arteriosa, aumento del flusso ematico coronario, aumento della contrattilità e della gittata cardiaca, mobilizzazione degli acidi grassi liberi) Patologie legate al fumo 1. carcinoma del polmone 2. cardiopatia ischemica 3. broncopneumopatia cronica ostruttiva L'epitelio tracheobronchiale dei fumatori di sigaretta presenta modificazioni preneoplastiche dose-correlate. L'insorgenza di cancro del polmone è direttamente legata al numero di sigarette fumate. • 30% dei morti per cancro dovuti al fumo di sigaretta • 90% dei morti per cancro al polmone dovuti al fumo di sigaretta Fattore moltiplicativo sul rischio di: • ipertensione - ipercolesterolemia – sviluppo di malattia coronaria e aterosclerosi • nelle donne che assumono contraccettivi orali: infarto miocardico acuto e ictus Può contribuire all'arresto cardiaco aumentando l'adesività e l'aggregazione piastrinica, scatenando artimie. provocando squilibrio tra richiesta e apporto di ossigeno al miocardio. Aumento di infezioni e altre patologie delle vie respiratorie. Il feto è soggetto all'abitudine al fumo della madre: • ipossia fetale per alti livelli di carbossiemoglobina, con le seguenti possibili conseguenze: • basso peso alla nascita • prematurità • aborto spontaneo • placenta previa • distacco della placenta Fattore di aggravamento per: • pneumoconiosi • asma • bronchite
Appunti di Patologia Generale – Pag, 44
Fumo passivo (ETS = environmental tobacco smoke) Riconosciuto come agente cancerogeno umano, aumenta il rischio di: • carcinoma polmonare • cardiopatia ischemica • infarto miocardico acuto Particolarmente pericoloso per lattanti e bambini, aumenta incidenza di: • sindrome da morte improvvisa • malattie respiratorie • infezioni dell'orecchio • aggravamento dell'asma
Appunti di Patologia Generale – Pag, 45
PATOLOGIA DELLA TRASCRIZIONE La trascrizione è quel processo attraverso cui vengono sintetizzati i vari RNA sullo stampo di DNA. Gli inibitori della trascrizione possono agire sul DNA stampo o su enzimi implicati nel processo.
INIBITORI DELLA TRASCRIZIONE AGENTI SUL DNA STAMPO Micotossine Le micotossine (aflatossine, ocratossine, zearalenone, ecc.) sono delle molecole tossiche prodotte dal metabolismo di alcuni funghi microscopici (miceti), appartenenti ai generi Aspergillus, Penicillium e Fusarium quando proliferano, in opportune condizioni di temperatura e di umidità, sulle derrate alimentari, mangimi, foraggi... Sono i più importanti inibitori della trascrizione. Lo sviluppo delle muffe e dei loro metaboliti tossici sulle derrate alimentari può verificarsi durante la coltivazione, oppure in tempi diversi, fino ad arrivare al consumo. Quando alimenti e mangimi contaminati vengono ingeriti dall'uomo e dagli animali, le micotossine sono capaci di indurre una varietà di effetti tossici. •
Aflatossine B1 e M1 ◦ L'aflatossina M1 è il metabolita 4-idrossi derivato dell'aflatossina B1, la quale deriva dall'Aspergillus flavus. Se presente nei mangimi e foraggi contaminati, l'aflatossina B1 viene ingerita dagli animali dove, nel loro fegato, viene idrossilata ad aflatossina M1. ◦ L'aflatossina M1 deve la sua sigla a "milk", latte, in quanto passa, in L'aflatossina M1: quantità rilevanti, nel latte. In bibliografia esistono evidenze della C17H12O7 presenza della M1 anche in organi quali fegato e rene MW 328 3 ◦ L'aflatossina M1, legata alla frazione proteica del latte, viene escreta dalle ghiandole mammarie delle mucche. L'aflatossina M1 è destinata inevitabilmente ad essere ingerita dall'uomo, sia con il latte che con i prodotti da questo derivati, in quanto nessun trattamento è in grado di eliminarla (M1 e' una molecola termostabile). ◦ Pertanto, l'aflatossina M1 non è prodotta direttamente dalla muffa Aspergillus, bensì deriva dal metabolismo degli animali che si nutrono di alimenti contaminati dall'Aspergillus, quindi contenenti l'aflatossina B1. ◦ Anche l'aflatossina M1 è riconosciuta tra i potenziali carcinogeni per l'uomo. ◦ L'aflatossina M1 compare nel latte dopo circa 4 ore dall'ingestione, da parte della mucca, di aflatossina B1 con gli alimenti. ◦ Scompare dal latte, in media, già entro 3-4 giorni dalla sospensione dell’assunzione di Aflatossina B1. ◦ I produttori di latte devono controllare la presenza di M1. ◦ Il danno più importante da aflatossine è al fegato => intossicazione acuta => si formano isolotti di necrosi epatica. Il fegato può rigenerare => la rigenerazione delle cellule danneggiate nel DNA può dar luogo a trasformazione tumorale. • Azione cancerogena delle aflatossine ◦ L’azione cancerogena e l’azione mutagena delle aflatossine B1, e M1 sono il risultato della formazione dell'epossido, un intermedio metabolico particolarmente reattivo, in grado di formare legami covalenti con gli acidi nucleici. ◦ Numerosi studi hanno dimostrato che l'aflatossina M1 avrebbe un potere epato-cancerogeno inferiore a B1, ma un potere cancerogeno per il rene leggermente superiore. Epossidi • Molti epossidi, soprattutto quando hanno estese strutture aromatiche, sono cancerogeni. Infatti hanno la capacità di intercalare tra le basi azotate del DNA e quindi di alchilarle (specialmente la guanina). Talvolta gli epossidi si formano nel fegato per ossidazione biologica di sistemi poliaromatici. Actinomicina • E’ un antibiotico cromo-peptidico prodotto da numerose specie del genere Actinomices. • Il cromoforo (actinocina) è un fenoxazone legato a due anelli pentapeptidici • E’ molto tossica anche per le cellule eucariotiche dell’uomo, ma si impiega come farmaco antitumorale e non come antibiotico • Azione dell'actinomicina: ◦ L’anello fenoxazonico (il cromoforo) si intercala tra due coppie di basi di DNA stampo, adiacenti ad una Appunti di Patologia Generale – Pag, 46
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coppia G-C, mentre gli anelli pentapeptidici si proiettano nel solco minore del DNA. A bassa concentrazione (1 um) inibisce l’iniziazione della trascrizione (soprattutto RNA ribosomiale con conseguente caratteristica alterazione del nucleolo che diventa compatto), mentre a più alta concentrazione (10 um) inibisce l’elongazione.
Lesioni da actinomicina ◦ Le lesioni indotte dall'actinomicina D sono il prototipo degli effetti di molti agenti il cui primario meccanismo d'azione è il disturbo della funzione stampo del DNA per la sintesi dell'RNA. ◦ Per quanto la sintesi di tutte le specie di RNA sia inibita dall'actinomicina, una bassa dose provoca precoce inibizione della sintesi dell'RNA 45 S, precursore degli RNA ribosomiali 28 S e 18 S. Alterazioni strutturali nel nucleo ◦ Caratteristiche sono le alterazioni morfologiche nucleolari prodotte dall'actinomicina. Il nucleolo diviene compatto, con separazione (segregazione) della componente granulare (ribosomi neoformati) da quella fibrillare (non contiene più RNA, ma solo istoni e proteine) ◦ Può comparire una zona di ribonucleoproteine alterate, o placca densa. ◦ Questo fenomeno di redistribuzione dei componenti del nucleolo è noto come «segregazione nucleolare». La segregazione nucleolare ◦ Essa si manifesta in conseguenza non solo dell'azione dell'actinomicina, ma di molte altre sostanze tossiche (cancerogeni, tossine fungine, virus) o agenti fisici (radiazioni UV e radiazioni ionizzanti, calore) che compromettono la trascrizione. ◦ In generale la «segregazione nucleolare» inizia con una separazione dei componenti fibrillare e granulare, prima frammisti. Si rendono così evidenti due regioni, la parte amorfa e la massa densa. ◦ Gli effetti precoci sono nel nucleolo, ma in seguito si ha anche la condensazione della cromatina a livello del nucleoplasma => tutta la cromatina si trova in forma di eterocromatina (compatta, non più trascrivibile) Basi molecolari della segregazione nucleolare ◦ Mediante la autoradiografia ad elevata risoluzione si è seguita la sintesi ed il destino dell'RNA sotto l'azione dell'actinomicina. ◦ Nel nucleolo di cellule trattate in vitro, l'incorporazione di uridina marcata con 3H si localizza dapprima nella componente fibrillare (sintesi di nuovo RNA); dopo 30 minuti di trattamento con actinomicina la radioattività incorporata migra nella componente granulare (arresto della sintesi di nuovo RNA e marcatura solo nei ribosomi) => inizia la «segregazione nucleolare» ◦ Dopo 7 ore la «segregazione» è completa e la radioattività è localizzata solo nella componente granulare. ◦ Le regioni fibrillari contengono materiale resistente alla digestione con RNAasi e DNAasi, ma sensibile alla pepsina e quindi istoni e proteine. ◦ L'RNA 45S è completamente scomparso e la componente fibrillare di nucleoli completamente segregati non contiene più nuovo RNA. Alterazioni strutturali del nucleoplasma ◦ Non mancano, tra gli effetti dell'actinomicina, le alterazioni del nucleoplasma. ◦ L'actinomicina D, insieme a molte altre sostanze che inibiscono la sintesi dell'RNA (proflavina, etionina, amanitine), induce una marcata condensazione della cromatina. ◦ I nuclei di cellule trattate con queste sostanze mostrano aggregati di cromatina che spiccano nel nucleoplasma o si raccolgono lungo la membrana nucleare o intorno ai nucleoli.
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RADIAZIONI COME INIBITORI DELLA TRASCRIZIONE •
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Tra gli agenti che agiscono sulla trascrizione (oltre che sulla duplicazione del DNA) vanno ricordate le radiazioni, sia ionizzanti, sia eccitanti. La rottura dei filamenti o la formazione di dimeri tra le basi alterano la funzione stampo del DNA e inibiscono la sintesi di RNA. È interessante che la microirradiazione con raggi UV della parte extranucleolare del nucleo induce una pronta «segregazione nucleolare»
INIBITORI DELLA TRASCRIZIONE AGENTI SULLE RNA-POLIMERASI •
Due modelli di inibitori delle RNA polimerasi, con stretta specificità per il tipo di enzima inibito sono: ◦ la rifampicina, specifica per l'RNA polimerasi procariotica, impiegato in terapia come farmaco antitubercolare e altro. Dà anche tossicità mitocondriale (perchè ha ribosomi 50s, ecc.) ◦ la α-amanitina, specifica per le RNA polimerasi eucariotiche nucleoplasmatiche B I e B II.
Rifampicina • Le rifampicine A e B, antibiotici prodotti dallo Streptomyces mediterranei, ed il derivato sintetico rifamicina sono potenti inibitori della RNA polimerasi batterica. • La rifampicina si lega non covalentemente alla subunità beta. • È inibita l'iniziazione e non l'elongazione. • Gli enzimi nucleari delle cellule eucariotiche non sono inibiti dalla rifampicina, ma le RNA-polimerasi dei mitocondri sono sensibili. • Le proprietà e la specificità delle rifampicine come inibitori dell'RNA polimerasi batterica ne consentono l'impiego come farmaco antibatterico, in particolare antitubercolare. Amanitine • Nei funghi velenosi mortali Amanita phalloides, A. verna, e A. virosa sono presenti due classi di sostanze tossiche, le amanitine e le falloidine. • Le amanitine sono potentissimi inibitori dell'RNA polimerasi delle cellule eucariotiche. • I vari tipi di RNA polimerasi sono diversamente sensibili a amanitine • Trattandosi di veleni termoresistenti sono attivi anche dopo cottura dei funghi. • La massima parte di decessi per avvelenamento da funghi è dovuta alla specie più diffusa A. phalloides, la cui ingestione, nella quantità di 50 g di fungo fresco, causa la morte di un uomo adulto. • Avvelenamento da amanitina ◦ Dopo una iniziale sintomatologia, consistente in violenti dolori addominali con vomito e diarrea, che può portare rapidamente a morte con una sindrome simile al colera, i sintomi gastrointestinali regrediscono; ma molto spesso, dopo un variabile periodo di latenza di alcuni giorni, compaiono segni di insufficienza epatica e renale che, aggravandosi, possono portare a morte l'avvelenato. • Avvelenamento sperimentale ◦ Le prime lesioni cellulari sono localizzate nel nucleo con segregazione e poi frammentazione dei nucleoli e condensazione della cromatina nucleoplasmatica. ◦ Nel topo le lesioni cellulari sono manifeste prima nel fegato, con steatosi e necrosi degli epatociti e poi nel rene con necrosi delle cellule dei tubuli contorti prossimali (necrosi da tossico). ◦ Nel ratto mancano i danni renali e ciò è stato interpretato con il fatto che le cellule dei tubuli prossimali del ratto sono incapaci di riassorbire l'amanitina filtrata con la preurina. • Avvelenamento sperimentale e orale ◦ Nel topo e nel ratto l’amanitina non è assorbita dall’intestino e quindi non è attiva per via orale, ma solo per iniezione parenterale. ◦ Nell’uomo e nel cane l’amanitina lede prima l’intestino e poi fegato e rene e quindi in queste specie è possibile l’avvelenamento per via alimentare
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La possibilità di avvelenamento da queste sostanze è quindi legata alla presenza di recettori nelle cellule, presenti diversamente nei vari tessuti e nelle varie specie: nell'uomo e nel cane sono simili.
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PATOLOGIA DELLA TRADUZIONE E' quel processo attraverso il quale viene tradotto dell'mRNA in proteine, negli eucarioti avviene nel reticolo endoplasmatico rugoso. Vi sono differenze tra i sistemi procariotici ed eucariotici: • Ribosomi procarioti: 70S (30S+50S) • Ribosomi eucarioti: 80S (40S+60S) • Procarioti ed eucarioti hanno enzimi di iniziazione ed elongazione differenti => diverse sostanze agiscono sui due tipi. • I mitocondri hanno un sistema simil-batterico per quanto riguarda ribosomi ed enzimi. Pertanto diverse sostanze agiscono diversamente su procarioti ed eucarioti. Tappe della sintesi proteica eucariotica • Fase di inizio ◦ mRNA si porta al reticolo endoplasmatico ◦ mRNA si lega alla subunità 40S (che ha legato preventivamente alcuni fattori di inizio eIF) formando il complesso di pre-inizio ◦ si aggiunge al sito P l'aminoacil-tRNA iniziatore (metionil-tRNA) con legato eIF-2 e GTP ◦ vengono rilasciati i fattori di inizio (GTP è idrolizzato) e il ribosoma si posiziona sul codone di inizio (AUG) ◦ si lega la subunità 60S => si è formato il complesso di inizio • Fase di allungamento ◦ eEF-1 si aggiunge => lega il 2° aminoacil-tRNA al sito A ◦ attività peptidiltrasferasica intrinseca alla subunità 60S del ribosoma forma il primo dipeptide, collocato sul sito A ◦ eEF-2 trasloca il peptidil-tRNA dal sito A al sito P => il sito A si libera ◦ si aggiungono altri aminoacil-tRNA e la catena si allunga ◦ i fattori di allungamento portano GTP, che viene idrolizzato dopo l'utilizzo a GDP => per un nuovo ciclo deve essere nuovamente scambiato con GTP => ci sono delle protein chinasi che possono fosforilare i fattori di allungamento rendendo impossibile questo scambio e regolando così la traduzione proteica • Fase di terminazione ◦ al raggiungimento del codone di stop (UAG, UGA, UAA) => al posto dell'aminoacil-tRNA si lega il fattore di rilascio eRF-1 => rilascio della catena polipeptidica e dissociazione del ribosoma dal mRNA Nei procarioti il processo è simile, ma alcuni aspetti e tutti i fattori sono diversi: • IF-2 lega GTP e la subunità 30S del ribosoma • il primo aminoacido inserito è formilmetionina • EF-Tu = analogo di eEF-1 • EF-G = analogo di eEF-2 • ci sono 2 fattori di rilascio (RF-1 e 2) • assenza di regolazione della traduzione da fosforilazione dei fattori di allungamento Sia negli eucarioti che nei procarioti ogni mRNA può essere tradotto simultaneamente da più ribosomi. Inibitori della traduzione • Gli inibitori della sintesi proteica possono agire specificamente sulle singole tappe della traduzione. • Proprio la specificità della loro azione ne consente l'impiego nella ricerca biochimica come mezzi per frazionare in eventi singoli il concatenato processo della sintesi proteica. • Alcuni sono inibitori specifici per il sistema procariotico e ciò consente il loro impiego come farmaci antibatterici ad elevato coefficiente terapeutico. • Altri sono attivi sia nel sistema procariotico che in quello eucariotico, come gli antibiotici del gruppo delle tetracicline o il cloramfenicolo e ciò spiega la loro relativa tossicità per l'uomo. • Infine altre sostanze sono inibitori specifici del sistema eucariotico (per i ribosomi 80S o per gli enzimi degli animali e delle piante superiori) e come tali sono potenti veleni anche per l'uomo, come la tossina difterica, la shiga-tossina, la ricina e altre tossine vegetali • Tutti gli antibiotici e altri inibitori delle sintesi proteiche agiscono legandosi in proporzioni equimolecolari con i componenti del sistema (ribosomi o loro subunità, enzimi o acidi nucleici) e quindi sono efficaci a concentrazioni eguali o superiori a quelle del loro bersaglio biochimico. Appunti di Patologia Generale – Pag, 50
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Invece le tossine citate e altri peptidi inibitori delle sintesi proteiche agiscono come enzimi, capaci di modificare e inattivare irreversibilmente specifici componenti del sistema. Questa proprietà spiega la loro estrema potenza tossica.
Gli inibitori della traduzione si possono suddividere in tre gruppi: • antibiotici • tossine (batteriche e vegetali) • inibitori endogeni implicati in meccanismi di controllo cellulare della sintesi proteica
ANTIBIOTICI Streptomicina • È un antibiotico scoperto nel 1944 in colture di Streptomyces griseus che, per la sua bassa tossicità, per l'ampio spettro antibiotico e per l'efficacia nei confronti del Mycobacterium tubercolosis acquistò subito grande importanza e largo impiego. • Agisce sulla subunità ribosomiale minore (30S) e la tappa inibita è il legame ai ribosomi dell'aminoacil-tRNA, catalizzata dall'EF-Tu (richiede GTP) • Ma l'effetto più notevole della streptomicina è quello noto come «miscoding», cioè la incorporazione di aminoacidi diversi da quelli codificati dalla sequenza di triplette di basi sull'mRNA. • Antibiotico-resistenza alla streptomicina ◦ Il miscoding induce la sintesi batterica di proteine “mutanti”. ◦ Il vasto impiego di questo antibiotico ha causato la comparsa e la disseminazione di ceppi resistenti di microrganismi gram-negativi quali Proteus, Pseudomonas aeruginosa, E. coli, e di gram-positivi quali Staphylococcus aureus e Streptococcus faecalis. ◦ Alcuni di questi microrganismi, parassiti opportunisti, sono causa di gravi infezioni ospedaliere. Puromicina • È un antibiotico nucleosidico isolato da colture di Streptomyces alboniger, attivo con ampio spettro su batteri gram-positivi e gram-negativi, amebe e protozoi, ma non usato in terapia clinica perché attivo anche su cellule eucariotiche. • Lo studio del meccanismo d'azione della puromicina ha contribuito a far comprendere una delle tappe della elongazione peptidica, la transpeptidazione.
Meccanismo d’azione della puromicina • La struttura chimica della puromicina presenta una stretta somiglianza con la porzione 3'-OH terminale di un aminoacil-tRNA ◦ si ricordi che la sequenza terminale del tRNA è: CCA con l'aminoacido esterificato al 3'-OH del ribosio dell'adenosina => in figura è rappresentata l'adenosina terminale cui è legato l'ultimo aminoacido inserito della catena peptidica (R' sul ribosio del peptidil-tRNA rappresenta la parte restante del tRNA, che non si trova nella puromicina) • A causa di questa analogia strutturale, la puromicina interagisce con il sito A del centro peptidiltransferasico della subunità ribosomiale maggiore (50 S o 60 S) => si forma il legame peptidico tra catena peptidica nascente e puromicina • Ma la puromicina manca di quella parte della molecola dell'aminoacil-tRNA che assicura una interazione stabile con il ribosoma. • Perciò la puromicina, dopo aver reagito con un peptidil-tRNA posto nel sito ribosomiale P, si stacca dal
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ribosoma, causando un precoce rilascio delle catene peptidiche nascenti e quindi una interruzione della sintesi proteica. L'interesse per la puromicina è più che altro sperimentale al fine di misurare il numero di catene peptidiche nascenti presenti in P attraverso l'impiego di puromicina radioattiva o di aminoacidi radioattivi. Se un animale assume puromicina e questa va nel fegato, si trova inizialmente steatosi epatica, perché una delle cause patogenetiche della steatosi è il blocco della sintesi proteica e impossibilità di produrre apolipoproteine per il trasporto dei lipidi, ma in seguito si arriva fino alla necrosi per interruzione delle sintesi macromolecolari.
LE TOSSINE Tossina difterica • E’ una esotossina proteica prodotta da Corynebacterium diphtheriae. • L’infezione si localizza a faringe e laringe e provoca una infiammazione fibrinosa necrotizzante. • Più gravi lesioni si manifestano a distanza dalla sede dell'infezione, nel cuore (steatosi e necrosi a focolaio), nel fegato (steatosi), nel rene (degenerazione a gocce ialine, steatosi e infine necrosi tubulare); si accompagnano segni di neurite tossica con paralisi del velopendulo, dei muscoli oculari, dei muscoli faringei e laringei. • Le lesioni sono prodotte dalla tossina che si diffonde per via ematica e sono sperimentalmente riproducibili con l'iniezione della sola tossina, in assenza di infezione. • Molti animali come la cavia, il coniglio e la scimmia hanno la stessa sensibilità dell'uomo alla tossina: pochi ug sono letali per l'uomo. • Una misura standard della tossicità è la dose minima letale (DML) per la cavia: è la dose necessaria per causare la morte di una cavia di 250 g di peso corporeo in 4-5 giorni, ed è circa 60 ng. ◦ altra misura è la LD50 = dose letale per il 50% degli animali in cui è iniettata Meccanismo d'azione della tossina difterica • Cellule in coltura sono sensibili all’azione della tossina. • La lesione biochimica più precoce provocata dalla tossina nelle cellule in coltura è l'inibizione delle sintesi proteiche. • L’inibizione delle sintesi proteiche si ha anche in sistemi acellulari, costituiti da componenti purificati (ribosomi, enzimi solubili, mRNA, tRNA, aminoacidi, e ATP e GTP come fonte di energia). • L’effetto della tossina in sistemi acellulari richiede la presenza di un cofattore cellulare termostabile e dializzabile, identificato con il nicotinamide-adenina-dinucleotide (NAD). • Il bersaglio della tossina è stato identificato nell'EF-2 (elongation factor 2), l'enzima che catalizza la translocazione nel ciclo di elongazione peptidica. • La tossina si comporta come un enzima che catalizzala formazione di un legame covalente tra un frammento del NAD, l'ADPribosio, e la molecola di EF-2, con formazione di ADPribosil-EF2. • L’ADPribosil-EF2 è inattivo nelle sintesi proteiche perché, pur legando il GTP, è incapace di translocare il peptidil-tRNA dal sito A al sito P. • Le catene peptidiche nascenti si bloccano nel sito A. • Perciò non possono essere aggiunti ulteriori aminoacil-tRNA Tossina difterica: struttura e penetrazione nelle cellule • Mentre poche specie sono sensibili alla tossina, in tutti gli estratti di cellule eucariotiche la tossina inattiva l'EF- 2. • Ciò si spiega tenendo conto della struttura della tossina e del suo meccanismo di penetrazione cellulare. • La molecola di tossina è rilasciata dalla cellula batterica come singola catena polipeptidica.
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La proteina viene inglobata per pinocitosi => il frammento B (binding) può legarsi alla superficie delle cellule sensibili. La tossina ha due ponti di disolfuro, uno dei quali delimita una zona della molecola di circa 10 aminoacidi dei quali 3 sono residui di arginina => la presenza di arginina rende tale zona particolarmente sensibile all'azione proteolitica della tripsina che la intacca. La successiva riduzione del ponte S-S con gruppi tiolitici (es. glutatione) separa la tossina in due frammenti. il frammento A (active) ha l’azione enzimatica di ADP-ribosilazione ed è molto resistente alla digestione, mentre il B viene degradato una sola molecola di A in una cellula può ucciderla in 24 ore, purché ci sia NAD sufficiente per ADP-ribosilare EF-2
Lo stesso meccanismo d'azione (ADP ribosilazione di EF-2) ce l'ha pseudomonas aeruginosa. La tossina del colera col suo frammento A invece ha effetto ADP-ribosilante nei confronti di una proteina G che risulta attivata costitutivamente e determina l'attivazione dell'adenilato ciclasi con produzione di AMPc => efflusso di acqua e bicarbonato dalle cellule intestinali che determina la diarrea. Le tossine delle piante • Le tossine sono proteine e si trovano per lo più nei semi, ma a volte anche nelle foglie • Sin dall’antichità è nota la tossicità dei semi di Ricinus communis e di Abrus praecatorius. • Sono stati descritti centinaia di casi di intossicazione umana da semi di ricino, e i semi di Abrus sono stati usati in India a scopo criminale, per intossicare il bestiame o uomini, introducendo sotto la pelle delle vittime aculei fatti di un impasto di semi essiccato. • Alla fine del secolo scorso fu riconosciuta la natura proteica dei veleni di Abrus e di Ricinus e le due proteine tossiche, denominate abrina e ricina, furono poi largamente studiate da Ehrlich dal punto di vista immunologico. • L'olio da spremitura del ricino non è tossico perché non contiene la tossina, è stato impiegato come lubrificante e come purgante Struttura delle tossine vegetali • La ricina e l'abrina sono tossine proteiche molto potenti, letali per l'uomo e per gli animali. • Attualmente il numero delle proteine tossiche isolate e purificate dalle piante (semi, foglie o radici) è in continuo aumento e l'interesse per questi veleni dipende dall'aver riconosciuto: ◦ 1. che sono potenti inibitori delle sintesi proteiche, ◦ 2. che alcuni di essi hanno uno specifico effetto citotossico per cellule neoplastiche (la ricina è più potente sulle cellule tumorali) ◦ 3. che la loro struttura è bicatenaria e comprende un peptide dotato di potere inibitorio sulle sintesi proteiche (catena A) e un altro dotato di specificità di legame per recettori delle membrane cellulari (catena B). Le due catene sono legate solo da ponti disolfuro Tossine vegetali e peptidi inibitori non tossici • Insieme a proteine vegetali tossiche sono state isolate da alcune piante proteine non tossiche, attive come inibitori delle sintesi proteiche solo in sistemi acellulari (RIP = ribosome inactivating protein). La mancanza di tossicità in vivo o su cellule in coltura dipende dall'essere costituite solo dall'inibitore e prive del peptide che consente l'attacco alla membrana e la penetrazione nelle cellule. • Lo studio di queste sostanze può consentire di isolare o di ricostituire (per ibridazione molecolare) potenti agenti antineoplastici con elevato coefficiente terapeutico (rapporto tra dose efficace e dose tossica). ◦ es. attraverso ibridazione con anticorpi monoclonali, fattori di crescita, ormoni, ecc. => si raggiungono le cellule target, a quel punto la sostanza può agire solo su quelle cellule, inoltre ha grande attività perché si tratta di un enzima Bersaglio dell’azione della ricina La catena A della ricina inattiva specificamente la subunità ribosomiale 60S e l’inattivazione è irreversibile, permane cioè dopo allontanamento Appunti di Patologia Generale – Pag, 53
dell’inibitore.
Azione della ricina A sulla subunità 60S Agisce elettivamente sulla subunità ribosomiale 60S inibendone il legame con EF2 (effetto simile alla tossina difterica). E’ inibita la GTPasi EF2- ed EF1-dipendente. E’ bloccata la translocazione dal sito A al sito P. Non è bloccata la peptidiltransferasi. Le catene peptidiche nascenti sono bloccate in A
Meccanismo molecolare d’azione della ricina Rappresentazione schematica del GAGA loop dell’RNA 28S della subunità 60S. Con l’asterisco è segnata l’adenina 4324 che, per effetto della ricina A, è staccata dall’RNA, senza rottura della continuità polinucleotidica. A destra con la barretta è indicato il punto di scissione nucleasica dell’αsarcina, una tossina fungina. In conclusione, la ricina A e gli inibitori vegetali hanno azione enzimatica RNA-N-glicosidasica. Azione in vivo La ricina NON PENETRA negli epatociti e provoca necrosi emorragica epatica in quanto lede le cellule endoteliali dei sinusoidi e le cellule del Kuppfer. La ricina è pensata come una possibile sostanza per la guerra biologica. Modeccina La modeccina (da Adenia digitata), simile alla ricina nell’effetto sui ribosomi, PENETRA negli epatociti e provoca arresto delle sintesi proteiche e disaggregazione del reticolo endoplasmatico rugoso in vescicole rotonde. Provoca anche danno mitocondriale (i mitocondri appaiono rigonfi). Tossine, lectine e peptidi vegetali inibitori delle sintesi proteiche
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LINKS http://www.floridata.com/ref/R/rici_com.cfm http://2bnthewild.com/plants/H171.htm http://www.ces.ncsu.edu/depts/hort/consumer/poison/Phytoam.htm http://www.ehso.com/ricin.php
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INVECCHIAMENTO Aspettativa media di vita umana • Durata media, o aspettativa media di vita: l’età alla quale il 50% dei nati è sopravvivente • Durata massima di vita, o longevità massima L'aspettativa media di vita umana è aumentata in Europa negli ultimi due secoli, e in particolare negli ultimi decenni, a causa di: • Diminuzione della mortalità infantile • Miglioramento delle condizioni igienico-sanitarie Tuttavia le curve tendono allo zero quasi allo stesso punto (95-100 anni): limite massimo della durata di vita? Mentre l’aspettativa media di vita è influenzata da molti fattori ambientali, dalle malattie e dagli incidenti traumatici, la durata massima di vita è indipendente da questi fattori e sembra avere una base esclusivamente genetica. La durata massima di vita è diversa da specie a specie ed è costante in ogni specie. Curve di sopravvivenza in popolazioni animali in condizioni protette o in ambiente selvatico
Il “falso” di Alexis Carrel Sostenne, nel 1912, di aver ottenuto, al Rockefeller Institute di New York, una coltura di cellule di cuore di embrione di pollo, che si sarebbero replicate senza nessun segno di invecchiamento, fino al 1946 mediante l’aggiunta di “succo embrionale”. Ma era una ingenua collaboratrice del Maestro, che, per non deluderlo, aggiungeva, insieme al “succo embrionale”, cellule fresche. Tutte le colture cellulare di linea tuttora sopravviventi, come le HeLa (da un carcinoma uterino di Henrietta Lack) del 1952, derivano da cellule tumorali. Senescenza e immortalizzazione cellulare Le cellule somatiche in replicazione muoiono e vengono sostituite da altre. Ma ciò non serve ad impedire l’invecchiamento dell’organismo. Le cellule in coltura vanno incontro a senescenza a meno che non siano “immortalizzate” dalla trasformazione neoplastica (dimostrazione di Leonard Hayflick nel 1960). Fenomeno di Hayflick Le cellule nel tempo perdono la loro capacità di dividersi, a meno che non subiscano una trasformazione tumorale. Questo limite della capacità di replicazione cellulare (limite o fenomeno di Hayflick) può essere dimostrato sui fibroblasti coltivati in vitro. I fibroblasti si dividono solo fino a quando sono presenti in densità tale da entrare in contatto l’uno con l’altro, fenomeno chiamato inibizione da contatto. Se diluiti, i fibroblasti si dividono nuovamente fino a raggiungere la densità massima. Questo processo si può ripetere. Dopo circa 50 mitosi cellulari, i fibroblasti non si dividono più indipendentemente dalla loro densità. Si pensa che il limite di Hayflick rifletta i processi che si verificano in vivo; i fibroblasti prelevati da persone anziane tendono a dividersi meno volte. Alcuni studi hanno dimostrato che la perdita della capacità replicativa non dipende dal tempo totale di coltura delle cellule (età cronologica), ma dal numero delle divisioni (età biologica). Quando le cellule si dividono così tante volte da non potersi dividere ulteriormente, aumentano di volume e
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sopravvivono per poco tempo, per poi andare gradualmente incontro a morte. Tali cellule differiscono nella morfologia e nella funzione dalle cellule giovani che sono ancora in grado di dividersi e dalle cellule la cui divisione è stata arrestata mediante manipolazione sperimentale. Limite della replicazione cellulare e malattie genetiche con accorciamento della durata di vita
Basi biologiche della senescenza replicativa: i telomeri I telomeri sono brevi sequenze di DNA non codificante TTAGGG ripetute in tandem migliaia di volte alle estremità dei cromosomi eucariotici. Servono come punti di ancoraggio lungo i quali i cromosomi si muovono durante la telofase della meiosi. Hanno la funzione di impedire la fusione tra le estremità dei cromosomi, e quindi sono fondamentali per il corretto appaiamento meiotico e per la segregazione dei cromosomi durante la mitosi. I telomeri si accorciano irreversibilmente ad ogni mitosi. Quando i telomeri diventano troppo corti, la cellula non può più dividersi Accorciamento dei telomeri Nella divisione cellulare le DNA-polimerasi replicano il DNA in direzione 5'=>3' utilizzando come innesco brevi sequenze di RNA. Mentre il primo filamento di DNA è copiato interamente, il frammento "in ritardo" lo è incompletamente a causa della rimozione dell'innesco di RNA. Quindi, ad ogni divisione cellulare, viene perduto un frammento telomerico di 50-200 coppie di basi e, quando l'accorciamento dei telomeri ha raggiunto un check-point critico per l'attivazione di geni controllori della divisione cellulare quali p53 e rb, la replicazione si arresta. Cellule di organismi senescenti mostrano telomeri più corti rispetto a cellule prelevate da individui giovani. Il progressivo accorciamento dei telomeri sarebbe l'orologio biologico, o il meccanismo conta-mitosi previsto dalle ricerche di Hayflick. Nella replicazione terminale agisce un enzima, la telomerasi, costituito da due componenti di RNA, una con funzione di stampo, l'altra con funzione catalitica, legate a due proteine, TRFI e TRF2, destinate a permetterne il legame al DNA. Questo complesso ribonucleoproteico replica l'estremità telomerica del filamento di DNA incompletamente copiato comportandosi come una trascrittasi inversa, impedendo così l'accorciamento del telomero. La senescenza replicativa delle cellule eucariotiche normali dipende dal fatto che in esse la telomerasi non è espressa, o lo è a livelli molto bassi (ad esempio, nei linfociti). Che questo sia un meccanismo fondamentale della senescenza replicativa è dimostrato dal fatto che recentemente è stato possibile ottenere cellule umane immortalizzate mediante la transfezione di cellule normali con i geni codificanti per il frammento catalitico dell'RNA della telomerasi umana e con quelli per le proteine del complesso ribonucleoproteico.
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La telomerasi nei tumori La telomerasi è attiva anche in almeno il 90% delle cellule di tumori umani e animali. Tale attività, che comporta la inattivazione di importanti meccanismi di controllo del ciclo cellulare quali la p53, è responsabile della "immortalizzazione" dei cloni neoplastici. Nella maggior parte dei tumori i telomeri non sono più lunghi di quelli delle cellule normali, ma ciò dipende dal fatto che la riattivazione della telomerasi non è un fenomeno iniziale della cancerogenesi, ma avviene dopo un certo numero di cicli mutazionali. Dubbi che l’accorciamento dei telomeri sia alla base della senescenza I mammiferi più piccoli e a vita più breve come il topo e il ratto non mostrano l'accorciamento dei telomeri come meccanismo conta-mitosi per arrestare la replicazione cellulare, arresto che in coltura avviene dopo 10-15 divisioni. I loro telomeri sono 5-10 volte più lunghi di quelli dei cromosomi umani e nelle loro cellule la telomerasi è permanentemente attiva. Si può ipotizzare che la senescenza replicativa si sia realizzata nel corso dell'evoluzione come un meccanismo atto a prevenire l'accumulo di mutazioni responsabili di trasformazione maligna delle cellule piuttosto che come meccanismo di invecchiamento . GENETICA DELL'INVECCHIAMENTO La ovvia considerazione che l'invecchiamento e la morte degli individui sono condizioni necessarie per la sopravvivenza della specie è alla base di un gruppo di teorie evoluzionistiche. La pressione evoluzionistica che elimina gli individui portatori di geni aventi effetti dannosi che si manifestano nel periodo pre-riproduttivo della vita, viene meno se questi effetti si verificano solo nel periodo post-riproduttivo. La senescenza sarebbe la conseguenza della perdita della forza della selezione naturale: "gli individui invecchiano nel periodo post-riproduttivo della vita perché non c'è nessuno motivo che non lo facciano” (Rose, 1991). [Michael Rose è un biologo evoluzionista dell'Istituto di Scienze biologiche dell'università di Irvine (California) che ha impostato ricerche molto personali] Teoria della pleiotropia antagonista, proposta da Williams, che postula l'esistenza di meccanismi genetici che causano caratteristiche favorevoli nella fase pre-riproduttiva della vita, mentre inducono effetti dannosi dopo la riproduzione. Teoria del disposable soma ("soma usa e getta"), proposta da Kirkwood nel 1990, secondo la quale la selezione naturale privilegia la riproduzione a danno della conservazione indefinita del soma, in quanto quest'ultima sarebbe troppo costosa in termini di risorse energetiche: una riprova è offerta dalla abbreviazione del periodo fertile e dal dimezzamento dell'aspettativa di vita che si osserva nei "supertopi" transgenici portatori di più extra-copie del gene dell' ormone della crescita, nei quali le risorse sono appunto indirizzate all'aumento della massa corporea, a spese della fertilità e della protezione dallo stress ossidativo. Gerontogéni e longevity assurance genes Esistono geni la cui funzione sia quella di indurre i molteplici fenomeni dell’invecchiamento? Come modello di invecchiamento A. Comfort (Neuropsychiatry Institute, University of California, Los Angeles) propone quello della gerarchia degli orologi biologici: l'invecchiamento non sarebbe causato da un singolo sistema genico regolatore, ma dalla interazione tra numerosi processi temporizzati indipendentemente uno dall'altro. Vi sarebbe un "master clock" e una serie di "peripheral clocks", alcuni dei quali regolati dal master, altri indipendenti, ma ognuno dei quali capace di indurre deterioramento e morte. I geni dell'invecchiamento Un ceppo di Drosophila melanogaster (ceppo La) sopravvivente il doppio del normale è stato ottenuto da Rose nel 1987 mediante opportuni incroci. In questo ceppo con eccezionale longevità si osserva una maggiore espressione dei geni codificanti per enzimi protettivi nei riguardi dello stress ossidativo, quali la superossidodismutasi (SOD) e la catalasi. Questi geni sono localizzati sul cromosoma 3 dell'insetto e inibiti da geni mappati sul cromosoma 2, che si potrebbero pertanto considerare come possibili "geni dell'invecchiamento". Nel 1998 Benzer (California Institute of Technology, Pasadena, California) ha clonato e sequenziato in un ceppo mutante di Drosophila con longevità aumentata del 40% un gene, mappato sul cromosoma 3, poi denominato mth (da Methuselah), codificante per una proteina trans-membrana che induce resistenza allo stress ossidativo. La transfezione in embrioni di Drosophila di geni soprannumerari della SOD ha permesso di ottenere ceppi iperlongevi. Emerge l'idea che la determinazione genetica della durata di vita possa essere correlata con i meccanismi di difesa dallo stress ossidativo.
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Geni in Caenorhabditis elegans Con indagini di genetica molecolare sono stati identificati i geni responsabili della apoptosi che colpisce 131 cellule di questo organismo nel passaggio dalla fase larvale a quella adulta. Si tratta dei geni ced-3, omologo del gene umano per la caspasi-l, e ced-4, ai quali si contrappone come gene antiapoptotico il ced-9, omologo del gene umano bcl-2, uno dei più studiati tra gli oncogeni. Questi geni regolatori della morte cellulare programmata non hanno però, in Caenorhabditis, un ruolo dimostrato nella durata di vita. Ricerche successive hanno invece consentito di isolare e donare due sistemi di geni implicati nella longevità di questo nematode: • iI primo di questi geni, codificante per una fosfatidil-inositolo-3-chinasi, è denominato Age-1. ◦ Le mutazioni inattivanti di questo gene inducono un cospicuo allungamento, fino a due volte, della durata di vita di Caenorhabditis. • In seguito sono stati isolati diversi geni della famiglia daf, tra i quali il più interessante è daf-2, le cui mutazioni inducono un allungamento della durata di vita di 2-3 volte, mentre daf-23 si è rivelato una variante di Age-1 • Una seconda famiglia di geni controllori della durata di vita di Caenorhabditis è quella dei geni clk (da clock), che controllano la temporizzazione di fenomeni quali le divisioni cellulari durante lo sviluppo embrionaIe, l'alimentazione e la locomozione Mentre le mutazioni inattivanti di clk-1, clk-2 e clk-3 determinano solo un modesto aumento della durata di vita, le mutazioni associate di Age-1 e clk-1 la allungano anche di 67 volte. Comune a tutti i mutanti iperlongevi di Caenorhabditis elegans è l'aumentata resistenza allo stress ossidativo, come nei ceppi iperlongevi di DrosophiIa Geni della longevità in organismi superiori Nel 1999 è stata dimostrata l'esistenza nel topo di un gene che sembra influire sulla sua durata di vita. È stato infatti identificato un gene, p66shC, facente parte di una via di trasduzione di segnali attivata da radicali dell'ossigeno e implicata nell'induzione di apoptosi. Topi eterozigoti p66shC+/- mostravano un modesto aumento della sopravvivenza, gli omozigoti p66shC-/- l'aumento della durata di vita era del 30%. A tutt'oggi questo è l'unico modello di un possibile "gene dell'invecchiamento" identificato nei mammiferi, e anche in questo caso si tratta di un gene implicato in qualche modo nella resistenza allo stress ossidativo.
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Apoptosi e invecchiamento Sembra doversi escludere che l'apoptosi sia un meccanismo generale di senescenza operante nei sistemi di cellule intermitotiche: fibroblasti e linfociti senescenti vanno meno facilmente incontro ad apoptosi di quelli ottenuti da individui giovani, i primi per maggiore espressione di bcl-2 e i secondi per minore espressione di Fas. È stata anzi ripetutamente avanzata da vari autori l'idea che sia proprio la minore efficienza del processo apoptotico ad essere un meccanismo di invecchiamento nei sistemi di cellule intermitotiche, in quanto causa dell'accumulo nei tessuti di cellule danneggiate o comunque meno funzionali, che sarebbero state eliminate nel giovane. Le ricerche sul sistema immunitario degli ultracentenari suggeriscono l'idea che essi siano tali per essere le loro cellule più soggette all'apoptosi. Sindrome di Werner Qualche entusiasmo è derivato dal recente isolamento del gene Werner, le cui mutazioni determinano l’omonima malattia recessiva, una tra le malattie ereditarie dell'uomo causa di invecchiamento accelerato. Questa sindrome è caratterizzata da esordio intorno ai 20 anni, con atrofia cutanea, incanutimento dei capelli, cataratta, osteoporosi, diabete, aterosclerosi accelerata, riduzione della fertilità, frequente insorgenza di neoplasie, tutti fenomeni caratteristici dell'invecchiamento, fino al decesso intorno alla quarta decade. II gene Werner, mappato sul braccio corto del cromosoma 8, codifica per una proteina di 1432 aminoacidi appartenente alla famiglia delle elicasi, enzimi deputati allo srotolamento delle eliche del DNA e quindi essenziali per la sua replicazione e riparazione. Tuttavia, il fenotipo Werner mostra numerose altre anomalie che non sono caratteristiche dell'invecchiamento fisiologico, e per questo e per vari altri motivi si ritiene oggi che questa malattia, come anche la progeria e le tante sindromi progeroidi dell'uomo aventi un fondamento genetico, non possa in alcun modo essere considerata come un valido modello di invecchiamento. Speranze di longevità Restano le speranze, o forse le illusioni, di coloro i quali pensano che i futuri progressi della genetica molecolare possano portare all'identificazione nel genoma umano di geni simili al p66Sht del topo, e che in un futuro ancora più lontano la manipolazione di geni di questo tipo possa permettere a tutti gli individui il raggiungimento dei limiti massimi della longevità umana, piuttosto arbitrariamente fissati a 120 anni (in realtà, il primato al riguardo è quello di una donna francese deceduta a 122 anni). È certamente vero che i progressi della biologia e della medicina, accanto a quelli dell'economia e dell'organizzazione sociale delle popolazioni, potrebbero portare in un futuro ad allungare, forse anche di una decina di anni, l'aspettativa media di vita dell'uomo. È stato calcolato che se si potessero eliminare tutte le malattie dell'apparato cardio-vascolare, oggi ancora la più comune causa di morte nei paesi occidentali, l'aspettativa media di vita aumenterebbe di 7 anni, che diventerebbero 9 se si potessero prevenire o guarire tutti i tumori maligni. Tutto ciò è certamente possibile, e potrebbe portare la maggioranza degli individui al limite massimo della longevità della nostra specie, che le curve delle sopravvivenze indicano intorno ai 90-95 anni. Ma questo limite non ne verrebbe sostanzialmente modificato. Ciò sarebbe possibile solo con una profonda manipolazione dei supposti geni dell'invecchiamento umano.
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EDEMA Aumento di liquido negli spazi interstiziali. Regolazione della distribuzione dei liquidi extracellulari In un uomo di 70 Kg il liquido interstiziale è di circa 12 litri. • Circa il 99% dell’acqua interstiziale è trattenuta dalle molecole di proteoglicani del connettivo = liquido non mobile • Solo l’1% circa può spostarsi liberamente = liquido mobile C’è un equilibrio dinamico tra liquido non mobile e mobile e tra liquido interstiziale e compartimenti intravasale e intracellulare. Perdita eccessiva di liquidi si può avere per diarree profuse, vomito, diuresi osmotica elevata, insufficiente apporto di liquidi. Si può giungere alla disidratazione che può essere: − ipertonica (naufraghi senza acqua potabile, coma diabetico iperosmolare, diabete insipido) − isotonica (perdita di elettroliti proporzionale a quella dell’acqua) − ipotonica (se la perdita di NaCl eccede quella dell’acqua) Aumento eccessivo di assunzione di liquido non accompagnato da adeguata assunzione di NaCl provoca una iperidratazione ipotonica (intossicazione da acqua). Una eccessiva introduzione di NaCl o di bicarbonato provoca una iperidratazione ipertonica. Si ha iperidratazione isotonica quando l’aumento di liquido è accompagnato da un pari aumento di sodio, come nell’EDEMA. Il gel della sostanza fondamentale del connettivo non è idratato al massimo, e può contenere alcuni litri di acqua in più del normale e anche molto Na+. Se viene superata la capacità di imbibizione, la pressione idrostatica interstiziale, prima negativa, supera la pressione atmosferica e quindi aumenta l’acqua libera con pressione idrostatica positiva => EDEMA Contenuto proteico del liquido interstiziale • Plasma sanguigno 7-8 g/dl con un rapporto albumina/globuline = 1.5 e con una pressione colloidosmotica di 28 mm Hg. • Il 75-80% della pressione colloidosmotica del plasma è dato dall’albumina (maggior concentrazione molare + legame di cationi) • Il liquido interstiziale ha un volume 4 volte quello ematico e contiene circa 100 g di proteine Dinamica del liquido interstiziale La dinamica dei fluidi tra il compartimento vascolare ed interstiziale è regolato dalla legge di Starling. All’interno del vaso c’è una pressione positiva di filtrazione che determina la produzione del liquido interstiziale (drenato dal sistema linfatico). Mentre la concentrazione proteica all’interno del vaso genera una pressione oncotica (colloidosmotica) che determina il riassorbimento. L'edema Dal greco = tumefazione, consiste nell’aumento di volume di una parte corporea o di un tessuto per aumento del contenuto idrico nel compartimento interstiziale. L’edema può essere di natura trasudatizia (TRASUDATO) o di natura infiammatoria (ESSUDATO). Il liquido può aumentare anche in cavità sierose, nei ventricoli cerebrali, negli spazi subaracnoidei. Oppure può essere generalizzato.
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Caratteristiche del trasudato • Liquido limpido citrino, come plasma sanguigno diluito • A differenza degli essudati ha pH alcalino • Nessuna o poche cellule • Nessuna tendenza alla coagulazione • Contenuto proteico TRASUDATO < 1 g/dl • Contenuto proteico ESSUDATO 3-3.5 g/dl Nomi diversi a seconda delle sedi: • IDROPE nelle cavità sierose • IDROTORACE nel cavo pleurico • ASCITE nel cavo peritoneale • IDROCELE nella vaginale del testicolo • IDROCEFALO nei ventricoli cerebrali • ANASARCA quando esteso a tutto il corpo Localizzazione: • Può localizzarsi in qualsiasi tessuto, tranne dove il connettivo e più compatto (palmo della mano e del piede) • Per gravità tende a spostarsi nelle parti declivi • E’ improntabile (toccandolo con un dito per qualche tempo resta l'impronta), a differenza del mixedema che, poiché è dato da un aumento dei proteoglicani, è duro Conseguenze locali: • Se l’edema dura a lungo aumenta il connettivo fibrillare (edemi linfatici) • Nei tessuti edematosi è rallentata la diffusione dei nutrienti • La maggior pressione idrostatica interstiziale favorisce la stasi sanguigna • I fenomeni infiammatori sono più torpidi • La guarigione delle ferite è più lenta • Se l'edema perdura si ha anche stasi venosa Fattori che determinano la formazione dell’edema • Aumento della pressione venosa • Diminuzione del deflusso linfatico • Aumento della pressione colloidosmotica interstiziale ◦ in realtà è più una conseguenza che una causa, solo nella infiammazione quando c'è aumento di flusso ematico in tutti i compartimenti articolari si ha edema, però essudatizio • Diminuzione della pressione colloidosmotica intravasale Prova di Rivalta: si fa cadere una goccia di acido acetico nel prelievo dell'edema => se si forma una nubecola è essudato (perché le proteine si dispongono attorno all'acido precipitando). CAUSE CHE DETERMINANO VARIAZIONI DELLE PRESSIONI E CONSEGUENTE EDEMA Aumento della pressione idrostatica − dilatazione arteriolare − infiammazione − calore − alterazioni neuroumorali − aumento della pressione venosa (anche ostruzione e compressione) − trombosi venosa − scompenso gastrico congestizio − cirrosi (ascite) − inattività posturale (ad es. essere rimasti a lungo in piedi o a letto) − compressione esterna (per es. massa di diversa natura) − ipervolemia − ritenzione di sodio (ad es. diminuita funzionalità renale) Diminuzione della pressione oncotica − ipoproteinemia − sindrome nefrosica − cirrosi − gastroenteropatia con perdita di proteine
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− malnutrizione aumentata permeabilità capillare − infiammazione − ustione − sindrome da difficoltà respiratoria dell'adulto ostruzione linfatica − cancro − linfedema posturale − infiammazione − postchirurgica − in seguito a irradiazione
Margine di sicurezza contro l'edema • Pressione negativa interstiziale: - 6 mm Hg • Maggior pressione negativa interstiziale per drenaggio linfatico -7 mm Hg • Diminuzione pressione oncotica interstiziale per drenaggio linfatico delle proteine -4 mm Hg • TOTALE -17 mm Hg Edemi localizzati • Edemi da ostruzione venosa • Edema linfatico: da ostruzione linfatica di natura neoplastica o parassitaria (Wuchereria bancrofti) Edema polmonare • Organo con doppia circolazione • Pressione idrostatica media del sangue particolarmente bassa • Permeabilità del microcircolo polmonare maggiore che in altri distretti • Produzione deflusso della linfa particolarmente efficiente • Ostacolo al passaggio di liquido negli alveoli per la presenza di surfactanti • Nella stasi cronica polmonare il basso valore della pressione idrostatica capillare (7 mm Hg) e l’efficiente drenaggio linfatico (che inoltre aumenta di efficienza nella stasi cronica) tendono a limitare l’edema alveolare. • Il margine di sicurezza contro l’edema che negli altri tessuti è 17 mm Hg, nel polmone è di 23 mm Hg e nella stasi cronica può arrivare a 35-40 mm Hg • Ma quando viene superato questo valore si ha un trasudato roseo schiumoso negli alveoli polmonari • Cause ◦ Cause idrodinamiche: ipertensione nel piccolo circolo (stenosi mitralica o insufficienza del ventricolo sinistro del cuore) ◦ Ipossiemie: esposizione a grandi altezze ◦ Overdose di eroina ◦ Azione tossica diretta sul tessuto polmonare: fosgene, cloro, vapori di acido nitrico, anidride solforosa
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EDEMA GENERALIZZATI Edema cardiaco
Se c'è insufficienza cardiaca per diminuzione della forza contrattile si ha una diminuzione della gittata cardiaca e la ipoperfusione renale porta alla liberazione di renina dalle arteriole afferenti dell'apparato iuxtaglomerulare => attivazione dell'angiotensinogeno a angiotensina I (decapeptide) => enzima ACE => angiotensina II (octapeptide) e III (esapeptide) => effetti dell'angiotensina − vasocrostrizione di tutte le arteriole − aumento del riassorbimento di acqua e soluti nel tubulo prossimale − aumento della secrezione di aldosterone => aumento del riassorbimento di acqua e NaCl nel tubulo distale (accompagnato da perdita di potassio) − aumento della secrezione di ADH => aumento del riassorbimento di acqua nel tubulo distale e nel dotto collettore; stimolo della sete => aumento di volume plasmatico (solo liquido) => aumento di filtrazione => essudato => edema L'edema comprime il microcircolo venoso e impedisce il riassorbimento contribuendo così all'insufficienza cardiaca. Un eccesso di aldosterone porta ad una ritenzione eccessiva di sodio e acqua, ad un aumento del volume di plasma e all’ipertensione. Nelle malattie renali c’è aldosteronismo secondario alla maggior produzione di angiotensina.
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L'edema da scompenso cardiaco si localizza: − ipertensione polmonare (se c'è scompenso sinistro) − effusione pleurale − congestione polmonare cronica − ascite − edema periferico − congestione splenica cronica − dilatazione cardiaca
Sindrome nefrosica Alterazioni del filtro glomerulare e del riassorbimento glomerulare. 7-8 g di proteine totali plasmatiche di cui 70% è albumina. Se c'è perdita di proteine plasmatiche si ha abbassamento della pressione colloidosmotica plasmatica. • Proteinuria massiva con perdita giornaliera di più di 3.5 g di proteine • Ipoalbuminemia con concentrazione di albumina plasmatica < 3 g/dl • EDEMA GENERALIZZATO • Iperlipidemia e lipiduria • Facilità alle infezioni da stafilococchi e da pneumococchi Per insufficiente apporto dietetico, per steatosi epatica, per perdita di proteine (ad es. per ustione).
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EMOSTASI Emostasi = è materia di studio del campo della fisiologia Trombosi, embolia ed emorragia = aspetti patologici dell'emostasi L’EMOSTASI NORMALE è il processo attraverso il quale: • è mantenuta la fluidità del sangue nel sistema vascolare • è consentita, quando e dove necessario (es. ferite, rotture dei vasi sanguigni), la rapida formazione di un solido tappo (tappo emostatico) per tamponare l’emorragia (chiusura della parete basale del vaso) Se la patologia riguarda la regolazione della fluidità: − si formano tappi fuori luogo e fuori tempo = trombosi => se si stacca un pezzo = embolia − al contrario potrebbe invece esserci impossibilità di creare un tappo emostatico L'emostasi è affidata a tre fattori: 1) parete vascolare 2) piastrine 3) fattori solubili del sistema della coagulazione Emostasi normale (molto in breve) Le tre tappe dell'emostasi in una piccola arteria recisa: 1) Breve fase di vasocostrizione finalizzata alla riduzione tempestiva ma momentanea della perdita di sangue • dovuto a meccanismi neurogeni riflessi e forse accentuato da fattori umorali come l’endotelina, un potente vasocostrittore di origine endoteliale. Tale contrazione è finalizzata alla riduzione tempestiva ma momentanea della perdita di sangue 2) Emostasi primaria: formazione di un tappo di piastrine ad arginare la lesione: ciò avviene entro pochi minuti dalla lesione • La lesione endoteliale espone il tessuto connettivo subendoteliale altamente trombogenico, al quale le piastrine aderiscono attivandosi. Le piastrine attivate, che hanno cambiato forma, liberano ADP, trombossano A2 e serotonina. Sono così reclutate altre piastrine, che si aggregano alle prime e formano il tappo piastrinico: ciò avviene entro pochi minuti dalla lesione. • il legame fra le piastrine e di queste col connettivo è mediato da molecole di adesione => difetti genetici possono rendere impossibile o inefficiente il processo 3) Emostasi secondaria: nella sede della lesione, non più solo le piastrine, ma anche la fibrina. La fibrina, insieme alle piastrine, forma una massa solida (tappo emostatico) per tamponare stabilmente l’emorragia • Il rilascio di fattori tissutali nella sede della lesione attiva la sequenza della coagulazione del plasma, che culmina nella formazione della trombina (dalla protrombina). La trombina converte il fibrinogeno in fibrina, che cinge e avvolge le piastrine come un cemento. Tutto ciò richiede tempo (alcuni minuti). L'aggregazione piastrinica - E' l'insieme di: • adesione nei punti di lesione al connettivo del subendotelio (pseudopodo, distensione) ◦ vWF (von Willebrand Factor) = fattore plasmatico sintetizzato dall'endotelio e dai megacariociti in grado di legare da una parte il connettivo subendoteliale in caso questo venga esposto in seguito ad una lesione, dall'altra le piastrine, consentendo di fatto l'adesione delle piastrine al connettivo subendoteliale. Funge inoltre da carrier per il fattore VIII della coagulazione. ◦ se il vWF è mancante => malattia di von Willebrand ◦ se manca il recettore piastrinico per vWF (GpIb) => sindrome di Bernard-Souier • reazione di liberazione, cioè secrezione di sostanze contenute nei granuli (come ADP) e sintesi e liberazione di altre (trombossano). [Complesso fosfolipidico piastrinico: viene esposto sulla superficie piastrinica ed è un sito dove in presenza di ioni Ca++ si legano i fattori della coagulazione nella via intrinseca] • “aggregazione”, cioè adesione piastrina-piastrina (vWF). Oltre all’ADP e al trombossano, con la formazione della trombina (per attivazione della cascata coagulativa) si aggiunge un ulteriore potente stimolo all’aggregazione, che porta alla contrazione piastrinica e alla metamorfosi viscosa. La fibrina è il cemento dei mattoni piastrinici (è necessaria per l'aggregazione). Lo stesso recettore sulle piastrine può essere legato da fibrinogeno e da fibrina: quest'ultima richiede un certo tempo per essere attivata => nel frattempo svolge la sua funzione il fibrinogeno ◦ per "aggregazione piastrinica" si può intendere tutto questo insieme di fenomeni oppure solo quest'ultimo Appunti di Patologia Generale – Pag, 66
(attenzione: questo può portare a confusione) La liberazione di ADP determina una modificazione conformazionale del recettore per il fibrinogeno tale per cui si attiva e può stabilirsi il legame. Sistema della coagulazione Nella cascata della coagulazione è importante sapere che esistono due vie di attivazione: • Via estrinseca, avviata da un fattore tissutale liberato dai tessuti lesi, che attiva il fattore VII (VII => VIIa) • Via intrinseca, avviata dal contatto con superfici estranee, che attiva il fattore di Hageman (XII => XIIa) ◦ XIIa converte il fattore XI in XIa • N.B.: le due vie convergono nell’attivazione del fattore X • Via comune: Xa + Va + fosfolipidi promuovono la conversione protrombina => trombina. La trombina, a sua volta, promuove la conversione fibrinogeno => FIBRINA. Ogni Fattore è substrato del Fattore attivato che lo precede e, quando a sua volta attivato, diventa enzima attivatore del Fattore che lo segue. N.B.: importanza del “supporto” fosfolipidico esposto da piastrine attivate su cui si attivano i fattori e degli ioni Ca++
Tappe del processo emostatico normale A) adesione delle piastrine al subendotelio degranulazione = rilascio di sostanze dalle piastrine B) le piastrine hanno aderito al connettivo e anche tra loro le piastrine assumono un aspetto più globoso C) la trombina ha agito sul fibrinogeno trasformandolo in fibrina e questa ha cinto le piastrine D) Appunti di Patologia Generale – Pag, 67
Il tempo di coagulazione è molto legato all'entità del fenomeno e alla possibilità di risolvere. Rilascio di t-PA = attivatore tissutale del plasminogeno. Il plasminogeno è la molecola da cui si forma la plasmina, la più importante molecola anticoagulante del nostro organismo, è importantissima perché accanto al processo emostatico (piastrine, fibrina, ecc.) ci sono le cellule endoteliali che producono un anticoagulante: il processo emostatico avviene localmente (e non in tutto il circolo!), per cui l'endotelio sano provvede immediatamente a secernere sostanze anticoagulanti per evitare che si propaghi. Il tappo emostatico secondario è fatto da piastrine e fibrina, in realtà non è infrequente trovare qualche globulo rosso imprigionato. A livello fisiologico è di scarsa importanza, ma a livello patologico è importante perché ci sono condizioni patologiche in cui l'elemento globulo rosso è addirittura superiore a quello piastrina. Anticoagulanti: − antitrombine − proteine C ed S − sistema plasminogeno-plasmina = la plasmina una volta attivata distrugge la fibrina (fibrinolisi)
PATOLOGIA DELL'EMOSTASI Trombosi Tre fattori principali sono causa di trombosi: • LESIONI ENDOTELIALI • ALTERAZIONI DEL FLUSSO SANGUIGNO (turbolenza, stasi) • IPERCOAGULABILITA’ DEL SANGUE Questa è la “triade di Virchow”. In realtà in nessuno degli scritti di Virchow si trova menzione di una “triade”, sebbene Virchow abbia discusso ciascuno di questi fattori in una lezione del 1845 (aveva 23 anni). Il manoscritto è stato ritrovato nel 1966. Lesioni endoteliali Il trombo si forma soprattutto su placche aterosclerotiche: − placche fissurate (75%), placche ulcerate (25%) − La lesione endoteliale è fortemente trombogena. Sempre. Una conseguenza clinica grave ed esemplare è l’infarto del miocardio: − infarto = area di necrosi ischemica Danno dell’endotelio => esposizione collagene sottoendoteliale => adesione piastrinica • Soprattutto nel cuore e nelle arterie: ◦ su placche aterosclerotiche: placche fissurate (75%), placche ulcerate (25%) ◦ su valvole infiammate ◦ su protesi valvolari (devono essere costituite da biomateriali non trombogenici) ◦ nelle infezioni miocardiche ◦ anche per danni minori, come quello da fumo di tabacco (monossido di carbonio, nicotina) • La lesione endoteliale è fortemente trombogena. Sempre. Alterazioni del flusso • La stasi consente alle piastrine di giungere a contatto con l’endotelio. La lentezza del flusso impedisce la diluizione dei fattori attivi della coagulazione. ◦ aumenta la concentrazione di fattori attivati della coagulazione e ostacola l’afflusso di inibitori della coagulazione ◦ Si verifica stasi: ▪ in vene molto varicose ▪ in cuori infartuati a contrazione ridotta (anche microstasi: zone dove il sangue non si muove) ▪ in zone cardiache particolari in seguito a difetti valvolari •
La turbolenza del flusso può causare un trauma fisico alle cellule endoteliali e, con la perdita del flusso laminare, porta le piastrine in contatto “forzato” con l’endotelio ◦ causa zone di stasi localizzata: Appunti di Patologia Generale – Pag, 68
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▪ distrugge la laminarità del flusso e spinge e costringe le piastrine al contatto con l’endotelio ▪ favorisce il danno endoteliale Si verifica turbolenza: ▪ in arterie con placche ▪ in arterie aneurismatiche
Il flusso turbolento dà trombi arteriosi Il flusso rallentato (stasi) dà trombi venosi e cardiaci
Ipercoagulabilità • Primitiva: ◦ per difetti genetici (ad esempio: deficienza ereditaria di anticoagulanti come proteina S o antitrombina III. Difetti rari ma importanti) • Secondaria a: ◦ Aumento della concentrazione di fibrinogeno nelle risposte di fase acuta ◦ Aumento della concentrazione di fibrinogeno e di protrombina nei trattamenti con anticoncezionali orali estrogenici ◦ Anticorpi anti-fosfolipidi (contro i fosfolipidi delle piastrine). Di sempre più frequente riscontro ◦ interventi chirurgici (lesioni ai tessuti) ◦ ustioni con ampio danno tessutale ◦ prolungata degenza a letto e immobilità (un tempo i degenti restavano a letto a lungo e succedeva che appena si alzavano si staccavano i trombi formati nelle vene e morivano poco dopo. Oggi si cerca di far muovere i pazienti il prima possibile) ◦ gravidanza avanzata ◦ insufficienza cardiaca ◦ gravi traumi (soprattutto per schiacciamento) ◦ cancro diffuso ◦ protesi valvolari cardiache Colore dei trombi • Trombi arteriosi: prevalentemente bianchi. Parietali o occlusivi • Trombi cardiaci: con strie di Zahn ◦ le strie bianche e rosse si formano per fenomeni di stasi, ma anche per turbolenza • Trombi venosi: rossi (sono infarciti di globuli rossi). Sono quasi sempre occlusivi, con la coda che può staccarsi e costituire un embolo Nelle autopsie si deve comprendere se i trombi si sono formati prima o dopo la morte, quindi per comprendere se sono stati la causa di morte: − i trombi formati post-mortem hanno un aspetto "a gelatina di ribes" (perché vischiosi, appiccicosi, gelatinosi), inoltre si rileva una tendenza alla separazione in fasi del sangue, il colore è rosso-violaceo − i trombi formati in vivo hanno un aspetto compatto e non c'è separazione di fasi Evoluzione del trombo • Occlusione (fenomeno più frequente): accumulo di quantità crescenti di piastrine e fibrina fino all’occlusione del vaso • Embolizzazione: per frammentazione o distacco => nel momento in cui si stacca non si chiama più trombo, ma embolo • Organizzazione e ricanalizzazione = succede soprattutto nei grossi trombi: formano canalicoli che consentono, se pur in maniera ridotta, il passaggio di sangue • Dissoluzione e risoluzione per attività fibrinolitica: anche questa è una possibile evoluzione, ovviamente la più auspicabile => guarigione Importanza clinica del trombo • Provoca ostruzione di arterie o vene • E’ fonte di emboli Appunti di Patologia Generale – Pag, 69
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Trombosi venosa ◦ a) Superficiale => può provocare ulcere varicose ◦ b) Profonda => può essere dapprima asintomatica e poi provocare embolia polmonare Trombosi arteriosa ◦ Frequente nelle arterie aterosclerotiche ◦ Nel cuore, trombi da discinesie della parete per danno miocardico o endocardico. Esempio: reumatismo cardicaco => stenosi mitralica => dilatazione atriale => fibrillazione atriale => aumento della stasi atriale => trombosi
Trombo a cavaliere = che si forma in una biforcazione. Catetere di Fogarty = catetere utilizzato in tecnica chirurgica di estrazione di un trombo arterioso: viene inserito nell'arteria, passa dentro al trombo e una volta trapassato viene gonfiato un palloncino posto alla sua estremità. Tirando indietro il catetere il palloncino tira con sé anche il trombo. Forme di infarto cardiaco [non fatto a lezione] • Infarto regionale (90%) dei casi interessa una porzione della parete del ventricolo. L’area interessata può essere più o meno grande. Se l’occlusione del ramo arterioso che irrora l’area è completa, l’infarto è “a tutto spessore” • Infarto circonferenziale sottoendocardico: interessa la regione sottoendocardica del ventricolo ed è provocata da una ipoperfusione generalizzata delle principali arterie coronariche Note “fisiopatologiche” sulla terapia fibrinolitica nell’infarto miocardico: • La somministrazione di farmaci fibrinolitici (streptochinasi o tPA) può indurre lisi del trombo e ristabilire il flusso. • Se la lisi è conseguita poco dopo la occlusione del vaso, è possibile ridurre l’estensione del danno ischemico
SHOCK • • •
Lo shock è uno stato clinico caratterizzato da una insufficienza generalizzata della perfusione tissutale A differenza delle insufficienze locali del flusso ematico, lo shock si accompagna a netta riduzione dei valori pressori (ipotensione) Tra le molte cause di shock, le principali: ◦ S. cardiogeno (insufficienza della pompa cardiaca) ◦ S. ostruttivo (ostruzione delle arterie principali ) ◦ S. ipovolemico (emorragie gravi, perdita di liquidi) ◦ S. angiogeno (una dilatazione anormale dei vasi periferici può causare un difetto di ritorno del sangue: così è nello s. setticemico/endotossico, nello s. anafilattico, nello s. neurogeno)
EMBOLIA •
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Definizione [da sapere]: Un embolo è una massa estranea rispetto ai normali costituenti del sangue, di natura solida, liquida o gassosa, che viene trasportata dal sangue in una sede lontana dall’origine (cioè è mobile) Tipi di embolia ◦ tromboembolia ▪ tromboembolia sistemica = frammenti di placche aterosclerotiche nelle arterie che si staccano e vanno ad occludere delle arterie più piccole ▪ tromboembolia polmonare = frammenti di trombi venosi o trombi murali del cuore sinistro che finiscono nelle vene polmonari e le occludono ◦ embolia grassosa o lipidica = goccioline di grasso (fratture ossa lunghe, specie nel femore) dal midollo osseo => in genere si fermano nei polmoni ◦ embolia gassosa = bolle d’aria ◦ embolia da liquido amniotico = vedi CID Nella quasi totalità dei casi (99%) gli emboli derivano dalla frammentazione di un trombo (tromboemboli) Appunti di Patologia Generale – Pag, 70
◦ ◦
o più raramente sono costituiti da gocce di grasso, originato o dal midollo osseo o dal colesterolo derivante dal disfacimento di placche aterosclerotiche; oppure possono originare da una bolla gassosa (aria o azoto).
Destino dell'embolo • L’embolo si arresta dove il calibro vasale non consente più la progressione, occludendo parzialmente o totalmente il circolo => con conseguente ischemia e, se non vi sono circoli vicarianti, necrosi ischemica (infarto). • Secondo l’origine, venosa o arteriosa, dell’embolo, esso può localizzarsi, rispettivamente, nel polmone o nel circolo sistemico, causando rispettivamente: ◦ TROMBOEMBOLIA POLMONARE ◦ TROMBOEMBOLIA SISTEMICA La maggior parte degli emboli sono piccoli, vengono quindi riassorbiti/organizzati sulla parete vasale. Sono pericolosi quando sono grossi o numerosi.
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TROMBOEMBOLIA POLMONARE • • • •
Incidenza = 20-25 su 100.000 pazienti ospedalizzati con tasso di mortalità (mortalità proporzionale, cioè mortalità sul numero dei casi) che è sceso dal 6% di 30 anni fa all’1.5% di oggi. Gli emboli derivano (nel 95% dei casi) da trombosi venose profonde e, attraverso il cuore destro, giungono ad una arteria polmonare: o l’arteria principale, o la biforcazione (emboli a sella) o le arterie più piccole. La maggior parte degli emboli polmonari è silente perché di piccole dimensioni. Vengono poi organizzati e inglobati nella parete vasale. Se più del 60% del circolo polmonare è ostruito si ha morte improvvisa, scompenso del cuore destro (cor pulmonale) e collasso.
TROMBOEMBOLIA SISTEMICA •
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Per l’80% derivano da trombi murali di origine cardiaca (da dilatazione atriale sinistra secondaria a reumatismo cardiaco, o da infarti del ventricolo sinistro). I rimanenti derivano da placche aterosclerotiche ulcerate, da aneurismi e da trombi arteriosi. Le sedi di arresto degli emboli sistemici sono: ◦ le estremità inferiori (75%), il cervello (10%) e poi intestino, rene e milza. Le conseguenze dipendono dalla presenza o meno di un circolo collaterale.
EMBOLIA LIPIDICA •
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Le gocce lipidiche derivano di solito da frattura della diafisi di ossa lunghe contenenti midollo osseo prevalentemente adiposo. Il passaggio nel circolo venoso delle gocce lipidiche (che possono poi confluire) è favorito dalla dilatazione dei vasi prossimi al trauma per la condizione di danno tissutale (e flogosi!). Dopo 2-3 giorni dal trauma si hanno i sintomi dell’embolia polmonare: ◦ tachipnea, dispnea, tachicardia, agitazione, ansia, fino anche a delirio e coma La presenza in circolo di lipidi porta all’adesione piastrinica sulle gocce di grasso che aggrava l’embolia, le piastrine sono sottratte al circolo e si può giungere a trombocitopenia (un segno può essere la formazione di petecchie in aree non declivi della cute)
EMBOLIA GASSOSA Bolle di gas presenti nel circolo possono provocare ostruzione. L’aria può penetrare durante manovre ostetriche o per traumi al torace. Patologia da decompressione. E' la causa più frequente, quando si respira aria compressa (quindi ad alta pressione) in immersioni subacquee profonde (ogni 10m di profondità la pressione aumenta di 1 atm) e si riemerge velocemente, o quando in aeroplani improvvisamente depressurizzati ad alta quota si respira aria a bassa pressione. Durante la respirazione ad alta pressione si discioglie nel sangue e nei tessuti una maggiore quantità dei gas respirati. In particolare di azoto, che costituisce il 78% dell’aria respirata e che, a differenza dell’ossigeno, non è utilizzato nella respirazione cellulare. Con la decompressione l’azoto si espande in fase gassosa e ostruisce vasi e comprime tessuti e terminazioni nervose (grave sintomatologia dolorosa). Terapia: ricompressione alla pressione a cui l'azoto si scioglie e lenta decompressione 10/12/09 17:30 1°file Patologia da decompressione è un termine che comprende l’embolia gassosa arteriosa e la malattia da decompressione. Le relative cause presunte sono differenti, tuttavia da un punto di vista pratico distinguerle può essere impossibile, dal momento che segni e sintomi di ciascuna sono simili. La condizione del paziente impone iniziale primo soccorso, stabilizzazione e conseguente trattamento. Embolia gassosa arteriosa (EGA) Quando un subacqueo risale rapidamente senza “compensare”, l’aria contenuta nei polmoni si espande e può danneggiare il tessuto polmonare, alcune bolle possono passare nella circolazione e distribuirsi nei tessuti, compresi quelli di organi vitali come cuore e cervello. Questa è l’embolia gassosa arteriosa o EGA . In alcuni casi il sub può essere risalito in panico, o egli può rendersi conto di aver trattenuto il respiro durante la risalita. Tuttavia un’embolia gassosa può verificarsi anche quando la risalita è apparentemente normale. Se confinate in piccole arterie le bolle possono ostruire la circolazione e provocare una ischemia e danno polmonare. L’ischemia cerebrale spesso porta alla perdita di coscienza e alla paralisi, condizione che impone un trattamento immediato. Appunti di Patologia Generale – Pag, 72
Il termine medico preciso è embolia gassosa alle arterie cerebrali, ma i sub parlano semplicemente di embolia gassosa. Il modo più drammatico in cui l’embolia si presenta è quando il subacqueo emerge inconscio o perde coscienza nei primi dieci minuti dopo l’emersione. In questi casi si tratta di una vera emergenza che richiede l’immediato trasferimento ad una struttura medica per il trattamento. Manifestazioni minori dell'EGA L’embolia gassosa può anche provocare sintomi neurologici minimi come formicolii o intorpidimento, debolezza senza evidente paralisi, o difficoltà di pensiero senza evidente confusione. In questi casi c’è tempo per una valutazione più completa per escludere altre possibili cause di tali sintomi Sintomi e segni • Sintomi: vertigini, visione annebbiata, dolore toracico, disorientamento, variazione della personalità, paralisi o debolezza. • Segni: schiuma sanguinolenta dalla bocca o dal naso, paralisi o debolezza, convulsioni, incoscienza, interruzione del respiro, morte. Segni e sintomi appaiono al momento dell’emersione o immediatamente dopo, e possono somigliare a quelli dell’infarto. Prevenzione e trattamento Alterazioni del polmone come asma, infezioni, cisti, tumori, tessuto cicatriziale dopo interventi chirurgici o malattia ostruttiva polmonare possono predisporre all’embolia gassosa. Il trattamento di elezione consiste nella ricompressione eseguita in “camera iperbarica”. E’ tuttavia utile stabilizzare il paziente e fornire le prime cure nella struttura medica più vicina, prima di trasportarlo alla camera iperbarica. Il primo soccorso con ossigeno può ridurre i sintomi in modo sostanziale; quando è disponibile si deve sempre istituire tale terapia, ma essa non deve cambiare il complessivo piano di trattamento. I sintomi di un’embolia gassosa e di una grave malattia da decompressione (MDD) spesso possono migliorare dopo aver iniziato a respirare ossigeno, ma possono riapparire in seguito. Anche quando è ritardata, la terapia ricompressiva per un’embolia gassosa può avere efficacia. Il trattamento tempestivo è più facile e più efficace, ma alcuni trattamenti hanno avuto successo fino a due giorni dopo l’incidente. Malattia da decompressione (chiamata anche male del palombaro, malattia dei cassoni) La EGA è più una malattia ricreativa, questa invece è più una malattia professionale. E' il risultato della decompressione che segue l’esposizione ad una pressione aumentata. Mentre l’immediata ricompressione non è di solito questione di vita o di morte – come per l’embolia gassosa – possono comunque verificarsi danni gravi, e prima inizia la ricompressione, migliore sarà la guarigione. Durante un’immersione il gas respirato si discioglie nei tessuti del corpo in proporzione alla pressione ambientale. La legge di Henry, formulata da William Henry nel 1803, regola la solubilità dei gas in un liquido. In particolare essa sostiene che: − un gas che esercita una pressione sulla superficie di un liquido, vi entra in soluzione finché avrà raggiunto in quel liquido la stessa pressione che esercita sopra di esso. Raggiunto l'equilibrio, il liquido si definisce saturo di quel gas a quella pressione. Tale stato di equilibrio permane fino a quando la pressione esterna del gas resterà inalterata, altrimenti, se essa aumenta, altro gas entrerà in soluzione; se diminuisce, il liquido si troverà in una situazione di sovrasaturazione ed il gas si libererà fino a quando le pressioni saranno nuovamente equilibrate. Una espressione matematica della legge di Henry può essere la seguente: P = kC − dove P è la pressione del gas, C è la sua concentrazione e k il coefficiente di solubilità del gas nel liquido O2 k = 4.34×104 atm/mol CO2 k = 1.64×103 atm/mol H2 k = 7.04×104 atm/mol N2 k = 8.68×104 atm/mol Durante un’immersione i tessuti del corpo assorbono azoto dal gas respirato in proporzione alla pressione ambientale. Finché il subacqueo resta a quella pressione, il gas normalmente non crea alcun problema. Se si elimina troppo velocemente la pressione, l’azoto esce dalla soluzione e forma bolle nei tessuti e nella circolazione sanguigna. Questo può capitare anche quando un subacqueo segue le linee guida accettate per la decompressione. Appunti di Patologia Generale – Pag, 73
Le bolle che si formano nei tessuti vicino alle giunture provocano il classico dolore della MDD. Quando i livelli di bolle che si formano sono alti, nell’organismo possono aver luogo reazioni complesse, i cui sintomi sono intorpidimento, paralisi, sintomi congestizi del polmone e shock circolatorio. Sintomi e segni • Sintomi: affaticamento insolito, prurito alla pelle, dolore a giunture e/o a muscoli, braccia, gambe o torso, capogiri, intorpidimento, formicolio e paralisi, respiro corto. • Segni: eruzione cutanea a chiazze, paralisi, debolezza, camminare barcollando, spasmi di tosse, collasso o incoscienza. Segni e sintomi di solito compaiono tra 15 minuti e 12 ore dopo l’emersione; nei casi più gravi possono apparire prima dell’emersione o immediatamente dopo. La comparsa dei sintomi oltre le 12 ore è rara, ma si può verificare, specialmente quando all’immersione segue un viaggio aereo. Prevenzione I subacquei ricreativi dovrebbero usare le tabelle in modo conservativo. La procedura standard prevede di scegliere la profondità in tabella uguale o superiore alla profondità effettiva, ottenendo così un grado di sicurezza maggiore. Subacquei esperti spesso scelgono una profondità in tabella superiore di tre metri rispetto a ciò che richiede la procedura standard. Si raccomanda questa pratica ogni volta che ci si immerge in acqua fredda o in condizioni difficili. Chi utilizza il computer dovrebbe essere cauto nell’avvicinarsi ai limiti di non decompressione, specialmente quando si superano i 30 metri di profondità. I principali rischi associati alla malattia da decompressione sono profondità e tempo di permanenza sul fondo, ma è bene non trascurarne altri: esercizio fisico durante l’immersione, risalita rapida, immersioni ripetitive ed immersioni sotto i 24 metri sono fattori di rischio ben documentati. Pesante esercizio fisico immediatamente dopo un’immersione ed esposizione all’altitudine possono aumentare il rischio di MDD. Trattamento La malattia da decompressione richiede la ricompressione, tuttavia il sub deve essere stabilizzato, ricevere primo soccorso con ossigeno e cure mediche immediate alla più vicina struttura, prima di essere trasportato alla camera iperbarica. Per migliorare segni e sintomi da MDD si deve fornire ossigeno immediatamente ogni volta che è disponibile. Anche se questa terapia può ridurre sostanzialmente i sintomi, non si deve in alcun modo cambiare il trattamento pianificato. La ricompressione, specialmente se tempestiva, si è dimostrata efficace per tutte le forme di MDD. L’efficacia dei trattamenti si è verificata anche molti giorni dopo l’insorgenza dei primi sintomi, ma è maggiore quando il trattamento è immediato Il ponte di Brooklyn Il Ponte di Brooklyn, completato nel 1883 ad opera dell'ingegnere tedesco John Augustus Roebling, rappresenta oggi il primo ponte costruito in acciaio ed ha rappresentato per lungo tempo il ponte sospeso più grande al mondo. Collega tra di loro l'isola di Manhattan ed il quartiere di Brooklyn (un tempo due cittadine distinte dello Stato di New York, oggi due quartieri di New York City) attraversando il fiume East River. La costruzione del ponte iniziò nel 1867 e richiese la manodopera di 600 operai. Durante i lavori 20 persero la vita, la maggior parte per embolia gassosa dopo aver effettuato immersioni nelle camere di scavo sottomarine. Infatti i lavori subacquei si facevano in cassoni contenenti aria compressa a fondo aperto (es. per fare i piloni dei ponti), quindi gli operai respiravano aria ad alta pressione). Anche l'ingegner Roebling rimase vittima nel 1869 di un incidente durante l'attracco di un traghetto. Il suo posto venne preso dal figlio, Washington Roebling, che rimase a sua volta ferito e paralizzato parzialmente a causa di un'embolia gassosa. Venne aiutato nel completamento dell'opera della moglie, Emily Warren Roebling, che operò sotto la sua supervisione. Il ponte venne definitivamente aperto al transito il 24 maggio 1883.
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EMORRAGIA • • • •
Ematoma = accumulo di sangue all'interno di un tessuto Petecchie = piccole emorragie (1-2 mm) nella pelle, nelle mucose, nelle sierose Porpora = emorragie di dimensioni maggiori di 3 mm, ad es. per vasculiti, o aumentata fragilità dei vasi per amiloidosi Ecchimosi = ematomi sottocutanei di dimensioni maggiori a 1-2 cm, ad es. per traumi, possono essere esacerbati da altri fattori (vedi esempi nella porpora) ◦ cambiamento di colore delle ecchimosi: ▪ rosso-bluastro = dato da Hb ▪ blu-verde = dato da bilirubina (dal catabolismo enzimatico di Hb) ▪ marrone-dorato = dato da emosiderina (dal catabolismo enzimatico di bilirubina)
TEST SUI FATTORI DELLA COAGULAZIONE Conta piastrinica • Valore normale = 150.000-400.000 piastrine/uL • Un abbassamento del loro numero può essere causa di emorragie • Possono essere alterate numericamente e qualitativamente PT = tempo di protrombina (o tempo di Quick) – valutazione della via estrinseca • Tempo in secondi necessario per la formazione del coagulo di fibrina • misurato attraverso un apparecchio fotoelettrico che vede quando la soluzione si intorbidisce • Valore normale = 2,7-15,4 secondi • Il plasma contiene tutti i componenti delle vie estrinseca e intrinseca, ad eccezione della tromboplastina (che insieme al VII può agire sul X attivandolo [via estrinseca]) che viene aggiunta al sangue insieme a Ca2+ • prolungamento del PT può essere dovuto a carenze o disfunzioni dei fattori V, VII, X, della protrombina, del fibrinogeno PTT = tempo parziale di tromboplastina – valutazione della via intrinseca • si aggiungono: fosfolipidi, calcio, attivatore di contatto per XII (caolino) • si chiama parziale perché non c'è la tromboplastina tissutale • si misura come il PT • Valore normale = 28-40 secondi • prolungamento del PTT può essere dovuto a carenze o disfunzioni dei fattori V, VIII, IX, X, XI, XII, della protrombina, del fibrinogeno TT = tempo di trombina • valuta l'attività della trombina sul fibrinogeno • si fa un confronto tra un plasma in esame e uno normale => vengono fatti coagulare aggiungendo trombina bovina e calcio in modo che nel plasma di controllo 10-15 secondi (tempo che ci mette a crearsi i primi filamenti di trombina) • alterato se c'è notevole attività antitrombinica, terapia eparinica (eparina = sostanza anticoagulante, compete con attivazione della trombina, contenuta in granuli di basofili e mastociti), alterazioni quali-quantitative del fibrinogeno INR = rapporto normalizzato internazionale • il tempo di protrombina può essere espresso come attività percentuale (rispetto a un pool di plasmi normali, a cui viene assegnata una attività convenzionale del 100% • nel soggetto normale l'attività protrombinica può andare dal 70 al 100% • oppure e preferibilmente può essere espresso come INR, rapporto normalizzato internazionale, formalmente definito come segue: • INR = ( PTpaziente / PTmedia dei controlli )ISI • a ogni tromboplastina commerciale viene assegnato un indice di sensibilità (ISI) per confronto con un preparato internazionale di riferimento; • per ogni paziente si calcola il rapporto tra il PT del paziente e il PT di una miscela di plasmi normali, e poi si normalizza questo rapporto (INR) mediante elevazione all’ISI. In questo modo gli INR dei pazienti diventano confrontabili fra loro anche quando il paziente effettua l'analisi presso laboratori che usano reagenti differenti. Appunti di Patologia Generale – Pag, 75
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Il valore normale dell’INR varia da 0.9 a 1.2
Tempo di emorragia o di stillicidio • Serve per valutare la funzionalità delle piastrine e dei microvasi sanguigni (valuta tutto il sistema emostatico e non solo quello coagulativo) • con una lancetta si provoca una piccola emorragia in una zona sottile della cute (dito, orecchio) • Il tempo di emorragia di solito è normale anche in presenza di difetti della coagulazione • Può considerarsi normale quando l'arresto dell'emorragia avviene nel giro di 5 minuti, altrimenti si potrebbe avere una piastrinopenia o piastrinopatia, cioè una alterata funzionalità delle piastrine, oppure danno endoteliale • è il tempo che ci mette ad arrestare l'emorragia allontanando ogni tanto con una carta assorbente la goccia di sangue che si forma Tabella 1312 del Manuale Meck.esami di laboratorio per lo studio dell’emostasi:
http://www.msd-italia.it/altre/manuale/tabelle/13102.html DIATESI EMORRAGICHE Diatesi = disposizione dell'organismo (acquisita o su base ereditaria) a sviluppare una certa patologia. Disturbi dell’emostasi in forma di diatesi emorragiche possono essere provocate da: • Aumentata fragilità dei vasi ◦ in molte infezioni (emorragie petecchiali) ▪ petecchie = macchioline irregolari visibili sulla cute dovute a emorragia, tipiche in meningite meningococcica, morbillo, rickettsiosi => danno microbico alla parete microvascolare, oppure CID ◦ in seguito a reazioni a farmaci => possono formarsi anticorpi contro il farmaco => deposizione di complessi immuni nella parete => vasculite ◦ nello scorbuto => carenza di vitamina C => carenza di collagene => fragilità dei vasi ▪ la fragilità dei vasi è fisiologica in età senile, perché nell'anziano c'è un'alterazione nella sintesi del collageno ▪ nella sindrome di Cushing la fragilità è dovuta a perdita proteica indotta dall'eccessiva produzione di corticosteroidi => atrofia del tessuto di sostegno perivascolare ◦ in malattie ereditarie come la teleangectasia emorragica ereditaria autosomica dominante (vasi tortuosi e dilatati, pareti sottili che sanguinano facilmente) => sanguinamento più frequente in mucose del naso (epistassi), lingua, bocca, occhi e di tutto il tratto gastrointestinale ▪ angectasia = dilatazione dei vasi; tele = fa riferimento al punto in cui i vasi si rompono, cioè alle estremità, alle ultime diramazioni; emorragica = la fragilità comporta emorragia, in questo caso in forma di petecchie (evidentissime nel fondo dell'occhio attraverso l'oftalmoscopio) => vasi molto tortuosi e emorragie (nel fondo dell'occhio una certa tortuosità e rigidità dei vasi è normale nell'età senile) ◦ infiltrazione amilioide dei vasi • Difetto o disfunzione piastrinici ◦ trombocitopenia (o piastrinopenia) ▪ ci sono soggetti che hanno costituzionalmente un numero minore di piastrine rispetto al normale • nel soggetto normale: 150.000-300.000/mm3, si parla di piastrinopenia se < 100.000 • tra 30.000-20.000 si hanno sanguinamenti in seguito a traumi • sotto 20.000 si hanno anche sanguinamenti spontanei, si osservano soprattutto a livello delle mucose, soprattutto gastrointestinale e genitale, ma anche della congiuntiva • sanguinamenti traumatici in seguito a trauma cranico possono essere molto gravi nell'anziano a causa dell'atrofia cerebrale => il cranio non è ben riempito => piccoli traumi possono far sbattere l'encefalo nel cranio, inoltre c'è fragilità dei piccoli vasi dovuto a carenza di collagene => anche piccoli traumi cranici vanno valutati con attenzione ▪ possono anche essere collegati a situazioni patologiche come leucemie, a trattamenti farmacologici ▪ difficoltà a formare il tappo piastrinico ▪ PIT (Porpora Idiopatica Trombocitopenica) da autoanticorpi diretti verso glicoproteine della membrana piastrinica =>si sviluppa nel bambino e si risolve spontaneamente in 4-6 settimane ▪ PTT (Porpora Trombotica Trombocitopenica) => soprattuto nelle donne adulte, associata a sindromi Appunti di Patologia Generale – Pag, 76
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neurologiche SEU (Sindrome Emolitico-Uremica) => nell'età infantile, non associata a sindromi neurologiche • Patogenesi oscura. Ipotesi: sulla base di alterazioni endoteliali formazione di miriadi di microaggregati piastrinici ipersplenismo = splenomegalia molto intensa => la milza è molto ingrossata e ha aumentato di molto la sua funzione => sequestra un gran numero di piastrine trasfusioni ripetute = si abbassa il numero di piastrine, perché sono labili, non resistono più di 24h le piastrine sono piccole e delicate => se sbattono o si trovano a contatto con superfici anfrattose o irregolari ad es. di vecchie placche possono rompersi (la turbolenza spesso sbatte le piastrine alle pareti)
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trombocitopatie congenite ▪ Difetti di adesione, come il deficit ereditario della glicoproteina che lega il fattore di vWF con cui la piastrina si lega al collagene (sindrome di Bernard-Soulier) ▪ Difetti di aggregazione, per deficit del recettore per il fibrinogeno con cui le piastrine si legano le une alle altre (tromboastenia) Alterazioni della coagulazione ◦ malattia di vW : ▪ carenza quali-quantitativa del fattore vWF e quindi del complesso “fattore VIII-vWF”. vWF è un carrier del fattore VIII necessario per la sua stabilità e la sua funzione ◦ Emofilia A (carenza fattore VIII) ▪ eredità diaginica recessiva (ereditata attraverso gli elementi femminili della famiglia) = carenza del fattore VIII • nota quella della famiglia reale inglese => numerosi figli maschi che dovevano stare molto attenti a non avere nemmeno piccoli traumi a causa dell'alterazione della coagulazione => morivano in giovane età (oggi si somministrano i fattori mancanti e la persona ha una vita normale) ▪ varie alterazioni genetiche => ampia varietà fenotipica quantitativa ▪ emorragie da traumi e interventi chirurgici, emartri (emorragie spontanee ricorrenti in zone soggette normalmente a trauma, in particolare le articolazione) ▪ terapia: infusione di fattore VIII (negli anni '80 provocò infezione da HIV in molti emofilici, perché i donatori erano inconsapevolmente infetti; oggi è disponibile il fattore VIII ricombinante) ◦ Emofilia B (deficit F IX, malattia di Christmas) ▪ clinicamente indistinguibile dalla emofilia A (IX agisce insieme a VIII per l'attivazione del X)
COAGULAZIONE INTRAVASCOLARE DISSEMINATA (CID) E' una sindrome che si può manifestare in forma acuta, subacuta o cronica come complicanza secondaria di varei patologie. • Sindrome = insieme di segni e sintomi che troviamo in diverse malattie, ma che compaiono sempre insieme • sintomi = ciò che il paziente riferisce (es. bruciore alla gola, dolore all'articolazione) • segni = ciò che rileva il medico col suo esame obiettivo Nella CID si riscontrano trombosi ed emorragie insieme: • Trombosi = processo coagulativo generalizzato con microtrombi e microemboli (si staccano dai trombi) diffusi ◦ in condizioni fisiologiche il processo coagulativo è localizzato, perché sono liberate sostanze anticoagulanti, qui si ha invece una propagazione del processo coagulativo • Emorragia ◦ la formazione di microtrombi, microemboli e fibrina esauriscono le piastrine e i fattori della coagulazione circolanti ◦ si formano anche peptidi di degradazione della fibrina (FDP) ◦ per questo la CID è detta anche coagulopatia da consumo o microtrombosi emorragica La CID è una complicanza secondaria di varie patologie: • 50% dei casi di CID in malattie ostetriche (es. feto morto ritenuto e rottura della placenta) • 33% nei tumori, soprattutto nei tumori muco-secernenti (prostata, pancreas, stomaco, polmone) Appunti di Patologia Generale – Pag, 77
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inoltre sepsi (soprattutto da Gram-) traumi gravi il veleno di certi serpenti contiene un enzima capace di convertire velocemente il fibrinogeno in fibrina
Perché si “accende” la CID? Ricordiamoci che la coagulazione può avere inizio da due differenti vie: 1. Rilascio di TPT (tromboplastina tissutale) dai tessuti lesi (via estriseca) 2. Contatto con collagene o con superfici cariche negativamente (via intrinseca) ◦ es. sangue a contatto con provetta di vetro Tutto questo deve accadere non in un punto solo (altrimenti sarebbe fisiologico), ma in maniera diffusa, ad es. liberazione in circolo di sostanze, come muco in circolo da tumori. Cause della CID • Rilascio in circolo di TPT • Diffusi danni all’endotelio Quindi per: • Complicanze ostetriche ◦ abruptio placentae ◦ feto morto ritenuto => rilascio di materiale fetale nel circolo materno ◦ embolia di liquido amniotico ◦ agiscono come TPT-simili provocando attivazione delle piastrine => attivazione della cascata coagulativa => formazione di tralci di fibrina • Tumori maligni ◦ adenocarcinomi muco-secernenti, il muco agisce come sostanza TP ◦ granuli nella Leucemia Acuta Promielocitica ▪ i granuli sono sostanze che attivano la coagulazione • Infezioni da Gram- (sepsi) ◦ lesione delle cellule endoteliali da endotossina ◦ l’endotossina induce liberazione di IL-1 e TNF dai monociti, che causano aumento di espressione di TPT sulle cellule endoteliali ◦ l’endotossina inibisce l’attività anticoagulante della proteina C (uno dei fattori anticoagulanti del sangue) • Traumi, Ustioni, Estesi interventi chirurgici => esposizione di TPT ◦ traumi gravi da schiacciamento ◦ interventi chirurgici che comportano tecniche laboriose e invasive per i tessuti ◦ nelle ustioni si ha necrosi, lesione dell'endotelio, esposizione del collageno • Danno endoteliale ◦ infiammazione => il TNF media aumento di espressione delle molecole di adesione sui leucociti, che possono danneggiare l'endotelio con il rilascio di radicali dell'ossigeno e proteasi ◦ da deposizione di immunocomplessi (es. lupus eritematoso sistemico) ◦ da temperature estreme ◦ da microrganismi (es. meningococchi, rickettsie) Conseguenze • Diffusa deposizione di fibrina nel microcircolo ◦ con ischemia e microinfarti degli organi colpiti (encefalo, con segni neurologici bizzarri, cuore, polmoni, con trombi alveolari ed essudazione fibrinosa, reni, milza e fegato) e anemia emolitica per frammentazione dei globuli rossi da parte della fibrina nel microcircolo (anemia emolitica microangiopatica) • Emorragie ◦ per consumo di piastrine e di fattori della coagulazione ◦ per attivazione del plasminogeno e formazione di plasmina (o fibrinolisina). Plasmina digerisce la fibrina dando luogo alla formazione di prodotti di degradazione della fibrina, che inibiscono l’aggregazione piastrinica Appunti di Patologia Generale – Pag, 78
Decorso clinico • ESORDIO ACUTO E FULMINANTE ◦ come nello shock endotossinico o nell’embolia di liquido amniotico ◦ prevale l’aspetto emorragico ◦ terapia pro-coagulante (con plasma fresco congelato) • ESORDIO INSIDIOSO, ma più prolungato nel tempo ◦ adenocarcinomi muco secernenti ◦ feto morto ritenuto ◦ prevale l’aspetto trombotico ◦ terapia anticoagulante (con eparina) PROGNOSI variabile in relazione alla malattia di base
INFARTO Area di necrosi ischemica dovuta al blocco dell’apporto arterioso (o del drenaggio venoso). Cause: • il 99% da tromboembolia arteriosa (quella venosa invece è causa solo dell'infarto polmonare). • A volte: vasospasmo locale, espansione ateroma per emorragia interna, compressione neoplastica di un vaso dall’esterno, torsione di un vaso. Sedi: cuore, cervello, polmone, reni Tipi di infarto • Infarto rosso o emorragico: occlusione venosa, tessuti con pregressa congestione venosa (polmone con insufficienza cuore sinistro). • Infarto bianco: occlusione arteriosa, in organi solidi come il cuore, la milza, i reni. − − − −
Forma: a cono con apice all’occlusione Necrosi coagulativa, tranne che nel cervello dove si ha necrosi colliquativa Area infiammatoria periferica Fattori che (in presenza di ischemia) condizionano l’instaurarsi di un infarto: − Circolazione di tipo terminale (anatomicamente nel rene, funzionalmente nelle coronarie) − il polmone ha doppia circolazione − arteria polmonare (se c'è un trombo si forma solo edema) − arteria bronchiale − Rapidità dell’occlusione − Sensibilità all’ipossia del tessuto che subisce l’ischemia − Contenuto di O2 nel sangue (più grave l’infarto in caso di anemia) Quando si arresta la circolazione per blocco c'è la possibilità che il sangue venoso torni indietro (rosso) ma il blocco ematico causa anche un rigonfiamento delle cellule in sofferenza che provocano uno spremimento del sangue venoso rimasto in zona (bianco). Evidenze tissutali dell'infarto • All'inizio (entro le 12h) non è istologicamente rilevabile • 12-24h dopo => necrosi coagulativa => infarto bianco • 24-72h dopo => afflusso di cellule con attività fagocitica • 3-10gg dopo => zona infiammata (bordo iperemico) • in seguito (settimane-mesi) => formazione di cicatrice bianca Tassi di mortalità per malattia ischemica cardiovascolare per 100.000 uomini, standardizzati per età, in diversi paesi europei Irlanda del Nord
266
UK, Scozia
263
Appunti di Patologia Generale – Pag, 79
Finlandia
253
Ungheria
215
Svezia
206
Danimarca
203
Norvegia
194
Olanda
146
Polonia
128
Svizzera
105
Belgio
105
Italia
92
Grecia
86
Spagna
73
Portogallo
71
Francia
68
LA FEBBRE Aspetti fisiologici della termoregolazione • Nell’uomo in condizioni normali la temperatura corporea è di 37°C con oscillazioni inferiori ad 1°C. • La temperatura del mattino è di circa ½ grado inferiore a quella tra le 12 e le 20 • Nella donna in età fertile la temperatura è più bassa nel periodo preovulatorio (fase follicolinica) => si innalza di circa ½ grado all’ovulazione e tale rimane nel periodo successivo del ciclo (fase luteinica) • La termoregolazione è un processo omeostatico regolato a livello ipotalamico ◦ l'ipotalamo ha sia il meccanismo afferente per il rilevamento della temperatura che quello effettore per il suo controllo
La termogenesi • Il calore prodotto dall’organismo è la risultante del calore prodotto da ogni singola cellula. A livello cellulare il calore è prodotto in reazioni metaboliche esotermiche, prevalentemente ossidative. • I nutrienti che generano la maggior parte di calore sono i glicidi e i lipidi; meno i protidi. • L’energia chimica degli alimenti è immagazzinata in ATP. • Dal consumo di ATP, catalizzato dall’ATPasi, si genera lavoro (muscolare trasporto attivo, sintesi di molecole, ecc.) e calore. • La termogenesi è proporzionale al consumo di ossigeno. • La produzione di calore a digiuno e in condizioni di riposo fisico e psichico è detta metabolismo basale ed è di circa 1400-1800 calorie al giorno, cioè circa 70 calorie per ora. • Termogenesi obbligatoria: produzione “basale” di calore generato dall’attività metabolica, in assenza di qualsiasi sovraccarico funzionale di tutti gli organi. Alla sua regolazione presiedono essenzialmente gli ormoni tiroidei. • Termogenesi facoltativa: produzione di calore in eccesso rispetto a quella basale, tramite la stimolazione Appunti di Patologia Generale – Pag, 80
metabolica; è indipendente dalla volontà e alla sua regolazione sovrintendono le catecolamine. ◦ L’azione di questi ormoni sarebbe mediata da fenomeni di depressione genica che porta ad una maggior produzione delle proteine che regolano i flussi ionici (calcio, sodio e potassio) e della stessa ATPasi. ◦ L’aumento di ADP e fosforo inorganico Pi porta ad un aumento dei processi ossidativi. Ogni aumento di 1°C della temperatura corporea porta ad un aumento di circa il 13% dei processi ossidativi per la legge di Vant’Hoff (calore genera calore) ◦ Alla produzione di calore dovuta alle reazioni metaboliche si può aggiungere quella dovuta alla contrazione muscolare e cioè al brivido. La distribuzione del calore nell’organismo • il sistema circolatorio ◦ distribuisce a tutto l’organismo il calore prodotto negli organi metabolicamente attivi, e ◦ disperde il calore attraverso i vasi cutanei superficiali, la cui portata è sotto controllo dei centri ipotalamici, a livello del tuber cinereum. ◦ A livello periferico la vasocostrizione è determinata dalla noradrenalina, come è dimostrato dalla persistente vasodilatazione locale a seguito di simpaticectomia, o dall’ipotermia (per persistente vasodilatazione associata a ridotta termogenesi a seguito di surrenectomia). • la termodispersione ◦ In condizioni fisiologiche la qualità di calore prodotto è pari a quella del calore perduto. ◦ Tra le vie attraverso cui il calore è perduto, la più efficiente e continuativa è quella cutanea, a causa della sua rilevante superficie, delle variazioni di tono dei vasi superficiali, dell’evaporazione del sudore e della perspiratio insensibilis. ◦ Perdita di calore si ha anche con la respirazione, con l’emissione delle feci e delle urine e con l’introduzione di cibi e bevande freddi. • modalità di dispersione del calore ◦ Conduzione: ad esempio dai vasi arteriosi a quelli venosi quando il decorso è comune e le pareti sono a contatto. ◦ Convezione: ad esempio dalla superficie cutanea a contatto con l’aria. L’aria riscaldata si espande e si muove verso l’alto, sostituita da aria più fredda. La ventilazione aumenta questa modalità di dispersione del calore. ◦ Irraggiamento: dalla superficie cutanea, quando questa ha una temperatura superiore a quella dell’ambiente e degli oggetti circostanti. E’ funzione della quarta potenza della temperatura assoluta del corpo che irradia. La temperatura cutanea varia con la vasodilatazione o vasocostrizione e quindi l’irraggiamento dipende dall’afflusso ematico superficiale. L'irraggiamento non prevede contatto diretto tra gli scambiatori, e non necessita di un mezzo per propagarsi. ◦ Evaporazione: La sudorazione rappresenta la modalità termodispersiva più efficiente. L’evaporazione di 100 ml di acqua impedisce che la temperatura cutanea aumenti di un grado. ◦ Quando la temperatura ambiente è superiore a quella corporea le prime tre modalità sono inefficienti e solo l’evaporazione può sottrarre calore, ma solo se l’aria ambiente non sia satura di umidità. L’esposizione al caldo secco è sopportata meglio che quella al caldo umido. ◦ Acclimatamento: capacità di adattarsi, dopo alcuni giorni, a condizioni di caldo umido. ◦ Un soggetto acclimatato o abituato all’esercizio fisico può produrre sino a 3 litri/ora di sudore. ◦ Le ghiandole sudoripare di un soggetto acclimatato o allenato all’esercizio fisico sono iperplastiche. I centri termoregolatori • Con il riscaldamento localizzato dell’area preottica si ha una risposta termodispersiva (vasodilatazione, sudorazione, tachipnea, ecc). • Con il raffreddamento dell’area preottica si ha una risposta termogenetica e termoconservativa (vasocostrizione cutanea, orripilazione, brivido, secrezione di ormoni termogenetici e dei relativi fattori ipotalamici di rilascio). • Esistono due tipi di centri termoregolatori, gerarchicamente coordinati, inferiori e superiori: l’area preottica è il centro superiore. • Temperatura di riferimento: E’ la temperatura ottimale per ogni specie (37°C nell’uomo, 39°C nel coniglio) rispetto alla quale ogni scostamento verso valori inferiori innesca meccanismi termogenetici e verso valori superiori meccanismi termodispersivi. I meccanismi vasomotori e metabolici sono regolati da una complessa rete neuroendocrina. Appunti di Patologia Generale – Pag, 81
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Ad esempio ad un abbassamento della temperatura dei centri si può avere: ipotalamo → rilascio di TRH → adenoipofisi → produzione di TSH → tiroide → produzione tiroxina → risposta termogenetica negli organi bersaglio.
Tiroide e termogenesi - Meccanismi di controllo della funzione tiroidea La regolazione dell’attività della tiroide è volta al mantenimento di livelli circolanti adeguati di T3 e T4 ed è affidata a 3 sistemi di controllo: 1) il primo è costituito dalla liberazione ipofisaria di TSH, "thyroid stimulating hormone", (a sua volta controllato dall’ipotalamo, con meccanismo a feed-back, dal TRH, “Thyrotropin- releasing hormone“, detto anche TRF, “Thyrotropin-releasing factor”) 2) il secondo intratiroideo consiste nella possibilità di autoregolazione della liberazione di T3 e T4 in funzione dei livelli di iodio organico intracellulare 3) il terzo, periferico, è rappresentato dall’attività delle monodeiodinasi microsomiali e dalla conseguente trasformazione della T4 in T3, biologicamente più attiva
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Effetti biologici degli ormoni tiroidei • L’azione più nota è l’aumento del consumo di ossigeno e la produzione di calore. • A livello metabolico gli ormoni tiroidei stimolano la glicogenolisi, la neoglucogenesi ed hanno azione iperglicemizzante; sul metabolismo dei lipidi hanno un’azione lipolitica, attraverso l’attività delle catecolamine. • Sul cuore T4 e T3 determinano tachicardia e incremento della pompa (effetti cronotropi e inotropi positivi). • Sul tubo digerente, un aumento della motilità ma una riduzione dell’assorbimento. • Sul sistema scheletrico, attivazione degli osteoclasti e, quindi, di riassorbimento osseo. • Azioni dirette sui mitocondri determinano un rialzo della produzione di ATP e del consumo di ossigeno. Organizzazione del centro termoregolatore • Nell’area preottica si possono distinguere 4 tipi di neuroni • neuroni W (warm) = neuroni recettivi ai segnali termici al di sopra e al di sotto di 37°C: • neuroni I (insensitive) = neuroni insensibili agli stimoli termici • neuroni w = neuroni effettori della perdita di calore • neuroni c (cold) = neuroni effettori della produzione di calore
Alterazioni della temperatura corporea • Ipertermie: aumento della temperatura corporea al di sopra di quella di riferimento. • Ipotermie: abbassamento della temperatura corporea al di sotto di quella di riferimento per riduzione della termogenesi o aumento della termodispersione senza modificazione dei neuroni termosensibili. • Ipertermie non febbrili: aumento della temperatura dato da ◦ aumento della termogenesi ◦ riduzione della termodispersione • Ipertermie febbrili: aumento della temperatura corporea dato da una particolare alterazione dei centri termoregolatori prodotta dal rilascio di citochine pirogeniche che induce il riassetto a livello superiore del punto sensibile alla temperatura di riferimento con la conseguenza che sia i processi termogenetici che quelli termodispersivi si adattano a questa nuova condizione.
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TIPI DI FEBBRE • Continua: oscillazioni giornaliere < 1° C (esempio febbre da Salmonella typhi) • Remittente: oscillazioni giornaliere > 1°C (febbre di tipo settico) • Intermittente: alternanza di periodi febbrili a periodi di apiressia con intervalli di giorni (quotidiana, terzana, quartana) • Ricorrente: alternanza di periodi febbrili della durata di alcuni giorni a periodi di apiressia anch’essi della durata di alcuni giorni: la defervescenza avviene per crisi: esempio febbri da tripanosomi, da Borrelia. • Ondulante: alternanza di periodi febbrili della durata di alcuni giorni a periodi di apiressia anch’essi della durata di alcuni giorni: la defervescenza avviene per lisi: è tipica delle infezioni da Brucella
La frebbe può scendere per: − crisi = in modo brusco a seguito di sudorazione, in poche ore − lisi = in modo decrescente, in qualche giorno
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La febbre • Ippocrate: sbilanciamento dell’equilibrio tra gli umori (bile nera, bile gialla, flegma e sangue) per eccesso di bile gialla. • Paracelso: (1493-1541): squilibrio tra i costituenti dell’organismo (mercurio, sale, zolfo). • Claude Bernard (1813-1878): i processi metabolici come fonte dell’energia calorica dell’organismo. • Fine XIX secolo: relazione tra processi infettivi e febbre. • 1950: le endotossine come “pirogeni” Le endotossine come pirogeni endogeni • Periodo di latenza tra inoculazione della endotossina e rialzo febbrile • Il periodo di latenza poteva essere abbreviato per incubazione in vitro dell’endotossina con il sangue e successiva inoculazione • Dei componenti del sangue apparivano determinanti i leucociti • Attenuazione o scomparsa del rialzo febbrile per inoculazione di endotossine in conigli resi leucopenici Pirogeni esogeni ed endogeni • I pirogeni endogeni sono prodotti in seguito ad azione fagocitaria dei leucociti sia nei confronti dei gram-negativi (endotossine, LPS) sia dei gram-positivi (muramildipeptide, MDP, vedi figura a fianco). Questi ultimi sono detti pirogeni esogeni • Mentre il LPS purificato è un pirogeno assai potente (2 ng/Kg peso corporeo danno un aumento di 2°C) il MDP isolato è assai poco pirogenico. Pirogeni endogeni: le citochine pirogeniche • Dapprima fu dimostrata la natura proteica del pirogeno endogeno e la sua produzione da parte dei monociti e macrofagi. • Successivamente si accertò che tali cellule producevano non una ma numerose molecole con attività pirogenica, dotate anche di un’altra importante attività: l’induzione negli epatociti della produzione e secrezione delle proteine della fase acuta, associate al processo flogistico. • Inoltre fu possibile dare anche una spiegazione della patogenesi delle febbri non associate ad infezioni da gram-negativi, ma a infezioni virali e fungine, a malattie sistemiche quali il lupus eritematoso, a reazioni indesiderate a farmaci, a tumori, riscontrando come in queste condizioni si verifichi liberazione, da varie cellule, di altre molecole pirogeniche, poi identificate con le citochine. • Le cellule che producono citochine pirogeniche non sono limitate ai monociti e macrofagi, ma includono cheratinociti, cellule endoteliali, miociti, cellule nervose. • Le citochine pirogeniche possono, con meccanismi autocrini, paracrini e endocrini, indurre la sintesi di altre molecole, tra cui se stesse, contribuendo ad amplificare il fenomeno. • Le più attive citochine pirogeniche sono IL-1 e TNF. Principali induttori della produzione di interleuchina-1 • Microrganismi; Virus; Batteri; Spirochete; Funghi • Prodotti microbici; Endotossine dei batteri gram-negativi; Peptidoglicani batterici; Esotossine di stafilococchi e streptococchi patogeni; Polisaccaridi fungini • Agenti infiammatori • Sali biliari • Cristalli di acido urico • Cristalli di silice • Componenti del complemento (C5a) • Metaboliti ormonali (etiocolanolone) • Antigeni (azione indiretta) • Antigeni microbici (proteine stafilococciche tubercolina) • Antigeni non microbici (varie proteine) Azione delle citochine a livello dei centri termoregolatori • Come possono penetrare nell’encefalo se la membrana ematoencefalica non consente il passaggio di proteine? • Si ritiene che le cellule endoteliali della barriera ematoencefalica, stimolate da IL-1 nel loro lato, o polo vascolare, stimolino la produzione di nuova IL-1 dal polo encefalico della barriera. Appunti di Patologia Generale – Pag, 85
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Ma si ritiene anche che le citochine pirogeniche plasmatiche possano attraversare la barriera ematoencefalica in corrispondenza della zona che circonda i neuroni della regione preottica, detta Organum vasculosum laminae terminalis (OVLT), zona in cui la barriera è più permeabile. E’ interessante ricordare che fattori di crescita emopoietici, come il GM-CSF e il G-CSF, a dosi elevate stimolano i leucociti a sintetizzare IL-1 e TNF. A tale effetto è da attribuire la comparsa di febbre in pazienti sottoposti a trapianto di midollo osseo e trattati con fattori di crescita. Inoltre in pazienti con febbre o in soggetti sani inoculati con endotossine si è riscontrata la presenza nelle urine di una proteina del p.m. di 25 kD, analoga a IL-1, che rappresenta un antagonista di IL-1, detta IL-1-ra (IL-1 receptor antagonist), capace di fissarsi ai recettori cellulari per IL-1, competendo con il legame di IL-1. Recettori solubili per IL-1 e TNF bloccano in circolo le rispettive citochine limitando l’interazione con i recettori cellulari.
Ruolo delle prostaglandine nella patogenesi della febbre • Le citochine pirogeniche non agiscono direttamente sui centri termoregolatori, ma tramite la produzione di prostaglandine della serie E2. • Le citochine pirogeniche (in particolare IL-1 e TNF) stimolano in vitro la produzione di PGE2 da parte di cellule endoteliali in coltura. • La conclusione è avvalorata dall’osservazione di un effetto antipiretico dei farmaci, quali l’aspirina, che inibiscono la ciclossigenasi. • PGE2 aumenta nella regione ipotalamica e nel liquido cefalorachidiano a seguito del trattamento con pirogeni esogeni o con pirogeni endogeni e si mantiene ad una elevata concentrazione per tutta la durata della febbre. • Non si conosce tuttavia il meccanismo molecolare con cui PGE2 modifica la “temperatura di riferimento” dei neuroni termoregolatori. • Ricerche di elettrofisiologia hanno stabilito che PGE2 provocano nei neuroni W un effetto inibitorio mediato da un incremento di cAMP intracellulare. C’è proporzionalità tra concentrazione di PGE2, incremento di cAMP e inibizione di W. L’inibizione di W consiste in un innalzamento della soglia di sensibilità termica e quindi i segnali termici vengono avvertiti ad una temperatura superiore. Meccanismo neuronale della febbre • Nella fase di rialzo termico W non inviano segnali eccitatori ai neuroni w e inibitori ai neuroni c. Prevalgono i segnali di I (inibitori per w e eccitatori per c) e si ha una risposta termogenetica. • Nella fase del fastigio l’ipotalamo è ad una temperatura T > 37°C e i neuroni W (con livelli di cAMP intracellulare aumentati) controbilanciano i neuroni I. • Nella fase della defervescenza diminuisce cAMP, si riattivano W che avvertono la maggior temperatura ipotalamica e si innesca la risposta termodispersiva
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Sindromi febbrili periodiche ereditarie Sindrome
Gene
Febbre mediterranea familiare, FMF
MEFV Pirina o marenostrina 16p 13.3 Proteina dei granulociti moderatrice della infiammazione MVK Chinasi per mevalonato 12q24 Precursore steroidi
Ipertermia-IgD, HIDS
Proteina
Febbre periodica associata TNFR1 Recettore-1 per il TNF al recettore per il TNF, 12p13 TRAPS
Popolazione Ebrei, Armeni, Arabi, Turchi Olandesi, altri Europei Irlandesi, Scozzesi, Finlandesi, altri
Durata attacco Altri sintomi febbrile 1-3 gg Peritonite, costipazione, amiloidosi 3-7 gg Dolori addominali, diarrea > 7 gg Diarrea, pleurite, mialgie, amiloidosi
Alterazioni metaboliche nella febbre • Aumento del metabolismo basale del 13% per grado al di sopra di 37°C. • Carboidrati: aumento della glicogenolisi epatica e muscolare, aumento della glicemia, con ridotta utilizzazione del glucosio da parte delle cellule. Aumento della glicolisi con aumento dell’acido lattico e piruvico nel sangue. • Lipidi: comparsa di corpi chetonici nel sangue e chetonuria. Lipolisi nei tessuti adiposi. Acidosi metabolica solo per febbri di lunga durata. • Protidi: bilancio azotato negativo. Aumento sino a 3 volte dell’azoto urinario che da 10-15 g/die può arrivare a 40-45 g/die (aumenta più l’azoto ammoniacale che l’urea, che tuttavia è aumentata), ipercreatininuria e comparsa di creatinuria (che nel normale è assente). Tali dati riflettono il danno muscolare (con sensazione soggettiva • Riduzione della diuresi per maggiore eliminazione di acqua per via respiratoria e con il sudore: eliminazione di urina ad alto peso specifico. Ritenzione di cloruri, eliminazione di fosfati. Si riscontra aumento di eliminazione di potassio, in conseguenza del danno muscolare ed altre cellule. Effetti della febbre sull'organismo • Nel periodo prodromico prevalenza del tono simpatico. • Nella fase di fastigio si ha vasodilatazione (da prostaglandine, da endotossine stesse), ma in complesso la pressione sistolica non è ridotta. • Si ha tachicardia con aumento medio di 8 pulsazioni per grado al di sopra di 37°C. Si ha polipnea = aumento degli atti respiratori per minuto. • Nella fase della defervescenza si ha un quadro simile alle ipertermie non febbrili (vasodilatazione, sudorazione, ecc.)
IPERTERMIA MALIGNA E ANESTESIA La ipertermia maligna (IM) è una rara ma gravissima complicanza dell’anestesia generale (AG), che occorre in soggetti predisposti geneticamente (soggetti suscettibili all’IM) in seguito alla esposizione a fattori scatenanti. E' quindi di importanza fondamentale riconoscere i soggetti potenzialmente suscettibili, proprio perché a questo livello si può effettuare il primo intervento di prevenzione della esposizione ai fattori scatenanti. L’IM è una malattia genetica a trasmissione autosomica dominante. Studi di genetica molecolare hanno dimostrato che il difetto primario della IM risiede nel canale del calcio del muscolo scheletrico comunemente noto come recettore della rianodina (RYR1). Il gene che codifica per questa proteina, che in forma tetramerica costituisce il canale del calcio, si trova sul cromosoma 19q. Incidenza dell'ipertermia maligna Nella sua espressione clinica l’I.M. è un’affezione rara. Si può stimare che l’incidenza globale si collochi intorno a 1:15.000 anestesie nella popolazione pediatrica e 1:50.000 in quella adulta, con una lieve predisposizione per il sesso maschile e per l’età pediatrica, senza peraltro che siano riconoscibili dei fattori di predittività (un soggetto già esposto a fattori scatenanti, in cui non sia comparsa la sindrome, non può essere considerato senza rischio ad una successiva esposizione). La mortalità si attesta attualmente sul 7% dei casi nel mondo. Cosa scatena l'ipertermia maligna? Farmaci scatenanti una crisi di IM nei soggetti suscettibili sono gli anestetici volatili alogenati e/o la succinilcolina. Si possono distinguere tre tipi di crisi di IM, in relazione al quadro clinico: forme fulminanti, forme moderate, forme Appunti di Patologia Generale – Pag, 87
abortive. È importante ricordare che nei pazienti IM-suscettibili l’intervento chirurgico in anestesia generale con agenti scatenanti non sempre induce una crisi; un soggetto IM-suscettibile può essere sottoposto numerose volte senza conseguenze all’anestesia generale e reagire con una crisi di IM la volta successiva. Patogenesi e decorso dell'ipertermia maligna Una volta scatenata, la crisi di IM può evolvere fino al decesso. Nei casi mortali il progredire degli eventi può manifestarsi rapidamente, anche nel giro di 15 minuti, o durare oltre un’ora. La caratteristica patogenetica fondamentale dell’affezione consiste in una difettosa regolazione del calcio libero citoplasmatico nella cellula muscolare striata dovuta ad un’alterazione genetica dei canali del calcio. I farmaci scatenanti nei soggetti suscettibili provocano una prolungata apertura dei canali del calcio con un aumento abnorme della concentrazione di tale ione nel citoplasma della fibrocellula muscolare. Il flusso non regolato di calcio provoca una contrazione muscolare patologica ed aumenta l’attività metabolica dei muscoli. I muscoli attivati in tali condizioni consumano un’eccessiva quantità di ossigeno con produzione di acqua, anidride carbonica e lattati e conseguente grande produzione di calore. E’ alterata l’integrità della membrana cellulare: proteine quali Creatinchinasi (CPK) e mioglobina si liberano nel sangue. L’aumento di potassio nel sangue provoca tachicardia e tachiaritmia fino all’arresto cardiaco, se non si interviene tempestivamente. La mancanza di ossigeno può causare danni cerebrali. L’aumento di anidride carbonica nel sangue stimola una respirazione rapida e profonda. La mioglobina si sposta dalle cellule dei muscoli nei reni dove può causare un’insufficienza renale acuta. Il rilascio di grandi quantità di calore da parte dei muscoli sottoposti ad eccessiva attività metabolica provoca l’innalzamento della temperatura del paziente più rapidamente di quanto il sistema naturale di termoregolazione possa tenere sotto controllo. Nel giro di pochi minuti può verificarsi un aumento a 41°C ed oltre. Trattamento dell'ipertermia maligna Oltre ad uno specifico trattamento farmacologico (sodio dantrolene), è utile: • Sospendere la somministrazione di anestetici volatili e di succinilcolina. • Iperventilare con O2 al 100%. • Controllare le aritmie cardiache con antiaritmici. • Monitorare la temperatura centrale. • Raffreddare il paziente. • Seguire il profilo coagulativo - può insorgere CID. • Dosare il CK ogni 12 ore fino alla sua normalizzazione. • Mantenere controllato il paziente perché sono possibili recrudescenze nel 25% dei casi.
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L'INFIAMMAZIONE o FLOGOSI Infiammazione = dal latino: fiamma Flogosi = dal greco: fuoco L'infiammazione acuta è caratterizzata infatti da calore e rossore. Nomenclatura: aggiungere il suffisso -ite al nome dell'organo interessato dall'infiammazione (acuta o cronica). − es. pancreatite, artrite, connettivite − malattie autoimmuni sistemiche, ad es. lupus eritematoso sistemico Le due grandi risposte difensive dell'organismo sono: − immunitaria = altissima specificità, data da anticorpi specifici per l'antigene − infiammatoria = altamente aspecifica, sempre uguale, stereotipata, qualunque sia la causa del danno − nasce come una risposta difensiva, ma può avere effetti negativi − è la risposta più comune dell'organismo ad un danno tissutale Cause dell'infiammazione • Cause: tutte le cause biologiche, chimiche o fisiche che provocano danno cellulare ◦ Chimiche (acidi, alcali, silicio, berillio, asbesto, olio di croton) ◦ Fisiche (radiazioni, temperature estreme, traumi, corpi estranei, protesi) ◦ Biologiche (viventi: microrganismi; non viventi: tossine, detriti) L’infiammazione coinvolge anzi tutto i vasi sanguigni: • Negli organismi semplici privi di sistema vascolare (unicellulari, parassiti pluricellulari) reagiscono al danno localizzato intrappolando e fagocitando l’agente lesivo • Negli organismi evoluti tali forme di intrappolamento e di fagocitosi sono conservate ma la risposta al danno localizzato è anzi tutto la reazione dei vasi sanguigni Segni classici di infiammazione o flogosi • L’etimo rimanda al significato di fiamma, fuoco • Segni classici di infiammazione (noti sin dall’antichità): ◦ rubor, tumor, calor, dolor (descritti da Celso, medico romano) ◦ functio laesa (aggiunto da Virchow, 1793) = alterazione funzionale del tessuto interessato • Ricordiamo inoltre: ◦ Conheim, pieno 800, per la descrizione dei fenomeni vascolari ◦ Metchnikoff, un “romantico” di fine 800, per aver identificato nella fagocitosi la finalità dell’infiammazione (dando in pasto spine di rosa a larve di stella marina); ◦ Lewis, primi del 900, pone le basi per la scoperta dei mediatori chimici (primo conosciuto è l'istamina) La reazione dei vasi sanguigni porta ad un accumulo di liquidi, proteine e cellule difensive nella sede del danno, con lo scopo di: • diluire l’agente lesivo (liquidi) • intrappolarlo (proteine?) • di distruggerlo (cellule) • Se non è possibile distruggere l’agente lesivo, lo scopo diventa circoscriverlo. Nel processo infiammatorio: − alcune cellule sono protagoniste nell'acuta, altre in quella cronica − le cellule comunicano fra loro intensamente attraverso rilascio di molecole solubili e esposizione di altre sulla loro superficie Infiammazione acuta: − è la vera e propria infiammazione, caratterizzata da calore e rossore − scopo della flogosi acuta è eliminare l’agente lesivo e riparare il danno − è detta angioflogosi perché la risposta è una complessa reazione del tessuto connettivo vascolarizzato, in particolare dal microcircolo (tra arteriola e venula) − nasce come risposta ai microbi, ma si dirige anche verso altre cause di danno Appunti di Patologia Generale – Pag, 89
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una delle possibili evoluzioni dell'infiammazione acuta è quella cronica
Infiammazione cronica: − scopo della flogosi cronica è contenere, controllare, circoscrivere l’infezione o il danno. La flogosi cronica può seguire una flogosi acuta non risolta, oppure è tale sin dall’inizio (sostanze insolubili, corpi estranei, TBC) − è detta istoflogosi perché deriva frequentemente dall'infiammazione acuta che non è riuscita a debellare il danno => circoscrive con diversi citotipi l'agente eziologico inglobandolo − es. per micobatterio della tubercolosi, che l'infiammazione acuta non riesce a debellare L’infiammazione acuta si completa con il processo riparativo − Infatti, una volta eliminata la causa del danno nel focolaio flogistico, interviene il processo riparativo a sostituire i tessuti lesi tramite (a seconda del tipo e dell’entità del danno): − rigenerazione parenchimale (dove possibile) => restitutio ad integrum − fibrosi e cicatrizzazione − o entrambe Nella flogosi cronica il processo riparativo è presente, ma assume un significato diverso. L’infiammazione è una risposta difensiva. Tuttavia infiammazione e riparazione possono talora essere dannose, ad esempio: − Le pericolose reazioni di ipersensibilità − Molte forme di artrite (ad esempio l’artrite reumatoide) = risposta immunitaria + risposta infiammatoria => distruzione dell'articolazione − L’arteriosclerosi = principale forma di aterosclerosi, è una risposta infiammatoria della parete vascolare − Le cicatrici deformanti, le sinechie (cicatrici deformanti), le aderenze che provocano ostruzione intestinale o limitano la mobilità delle articolazioni − L’epiglottidite da Haemophylus influenzae (asfissia) − Le conseguenze infiammatorie della meningite meningococcica
CELLULE DELL'INFIAMMAZIONE −
Le cellule del processo infiammatorio: protagoniste, attrici, comparse e parte interpretata da ciascuna − 10 tipi di cellule possono “recitare” sul “palcoscenico” del processo infiammatorio − nella flogosi acuta l’attore protagonista è il neutrofilo − nella infiammazione cronica il protagonista è il macrofago, o istiocita, che entra anche in gioco al termine dell'infiammazione acuta per ripulire i residui − tutti i tipi sono quiescenti in condizioni normali, ma si attivano nel focolaio infiammatorio − tutti producono mediatori chimici: il linguaggio chimico dell’infiammazione
Granulocita neutrofilo • è l'attore principale dell'infiammazione acuta, agisce sempre in gruppi numerosi • è un po' più grande del globulo rosso => deve deformarsi per passare nei capillari più piccoli • è in grado di strisciare appiattendosi • Leucocita presente, in condizioni normali, solo nel sangue e nel midollo osseo. Vita breve: 12-20 ore. • Poco reticolo endoplasmico, pochi mitocondri, notevoli riserve di glicogeno dalle quali estraggono energia per il movimento. • Dotato di elevata capacità battericida, conferitagli da circa 2000 granuli di tre tipi: ◦ granuli primari o azzurrofili, simili ai lisosomi e, come questi, contenenti principalmente idrolasi acide (enzimi attivi a pH acido con meccanismo idrolitico). Contengono inoltre: catepsine, elastasi, fosfolipasi; ◦ granuli secondari o specifici, i più numerosi ed i primi ad essere “consumati” durante la fagocitosi. Contengono collagenasi, lisozima, lattoferrina ◦ granuli terziari o particelle C, contenenti catepsine e gelatinasi • Uccide quando, attivato, va incontro ad una esplosione respiratoria, durante la quale secerne enzimi e radicali liberi dell’ossigeno. I microorganismi ingeriti sono demoliti attraverso la generazione di composti tossici dell’ossigeno. E’ dunque una cellula secretoria la cui secrezione inizia quando è richiamata da stimoli chemiotattici. • A valori inferiori a 1000-500/mm3 (neutropenia): minaccia di infezioni batteriche (questo significa che agisce anche normalmente). • La sua presenza nei tessuti (e un valore alto nel sangue) è indicativa di eventi acuti come un’invasione batterica o un altro tipo di danno tissutale. Appunti di Patologia Generale – Pag, 90
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Riconoscibilissimo per il nucleo, che nel granulocita neutrofilo è suddiviso in due-cinque lobi connessi da un filamento (non si sa il perché di questo) Può emettere pseudopodi per "abbracciare" il microbo => rilascia granuli => fagocitosi
Leucocitosi = aumento di globuli bianchi Neutrofilia = aumento di neutrofili Linfocitosi = aumento dei globuli bianchi, in particolare dei linfociti Granulocita eosinofilo • Vive più a lungo del neutrofilo, ed è quindi anche meglio “equipaggiato” di reticolo endoplasmatico e di mitocondri. Se stimolato, produce un’esplosione respiratoria più grande del neutrofilo: risponde, infatti, ad invasori più grandi, essendo la sua azione difensiva diretta nei confronti di infestioni parassitarie (potremmo ricordarlo come un killer dei vermi!). • Nel sangue: 2-3 eosinofili ogni 55 neutrofili. Nei tessuti gli eosinofili sono molto diffusi, specialmente ove abbondano i mastociti, come nella mucosa del tratto gastroenterico (sembra inattivino l’istamina liberata durante le reazioni allergiche di tipo anafilattico causate da anticorpi IgE. A meno che non stiano lì ad aspettare i vermi!) • I granuli degli eosinofili contengono proteine cationiche, cioè cariche positivamente (un fatto che si accorda con la loro affinità con il colorante acido eosina), con cui si legano a molecole cariche negativamente della membrana di cellule parassitarie: ◦ PBM (proteina basica maggiore) = occupa tutta la porzione centrale di un granulo, come un cristallo, è molto lesiva ◦ Proteina cationica degli eosinofili • Nei soggetti allergici è presente una certa eosinofilia (non si sa perché) e forse in questo caso gli eosinofili fanno più danno che beneficio, ad es. nell'asma. Granulocita basofilo e mastocita => intervengono nelle reazioni allergiche • Le mast-zellen (o mastociti) si trovano sia nelle mucose (soprattutto quella intestinale), sia nel connettivo della maggior parte dei tessuti ed organi, come elementi cellulari derivati da un precursore midollare comune. Ricchi di granuli contenenti ISTAMINA e altri mediatori dell’infiammazione: PAF e diverse citochine, compreso il TNF-α. Contengono inoltre eparina e proteoglicani per immagazzinare i mediatori senza che questi siano dannosi per la cellula. Iperplasia delle mast-zellen mucosali nelle infestioni parassitarie. • I basofili sono leucociti del sangue circolante. Anch’essi, come le mast-zellen, sono ricchi di granuli di ISTAMINA, eparina e numerosi enzimi. Esprimono sulla loro superficie recettori per le IgE. Rappresentano il corrispettivo “circolante” delle mast-zellen tissutali: pur avendo precursori diversi, basofili e mast-zellen hanno struttura e funzioni simili. Monociti e macrofagi • I monociti e i macrofagi rappresentano due fasi della stessa cellula, la fase circolante e la fase tissutale. Nell’infiammazione fanno la loro comparsa come una seconda ondata di cellule, per portare a termine ciò che i neutrofili avevano incominciato. Nella cronicizzazione della flogosi, subentrano definitivamente ai neutrofili. Sono, quindi, le cellule protagoniste della flogosi cronica. • Molte attività: fagocitosi, immunità, angiogenesi, fibrosi, eliminazione dei rifiuti, secrezione di una vasta gamma di proteine, induzione della febbre e di altre reazioni generali dell’organismo nella flogosi. Ricordiamoci che SONO MACROFAGI anche: • le cellule giganti dell’infiammazione cronica • le cellule schiumose dell’aterosclerosi • le cellule che producono TNF (detto anche cachettina) per i suoi effetti generali • Inoltre: ◦ i macrofagi dei siti extravascolari dei tessuti sono denominati anche istiociti ◦ Sono macrofagi gli osteoclasti del midollo osseo, le cellule di Kupffer dei sinusoidi epatici, le cellule microgliali del cervello. Piastrine • Indispensabili per interrompere le emorragie, chiudendo le lesioni endoteliali formando il primo tappo emosatico, e per mantenere l’integrità dell’endotelio. • All’infiammazione partecipano col rilascio di 19 diversi tipi di molecole. • sono presenti nell'infiammazione perché spessissimo ci sono vasi troncati (nella flogosi il danno tissutale è Appunti di Patologia Generale – Pag, 91
seguito da danno vascolare) Linfociti, fibroblasti, cellule endoteliali • LINFOCITI T, LINFOCITI B = Cellule della risposta immunitaria (specifica). Possono intervenire anche nella risposta flogistica (aspecifica), come pure le CELLULE NK (citolitiche) • FIBROBLASTI = Non solo stanziali produttori di fibre, ma anche elementi cellulari dinamici e capaci di spostarsi in risposta a stimoli chemiotattici. Sintetizzano collageno, elastina e glicosaminoglicani, anche se oggi è noto che non sono il solo tipo cellulare capace (anche fibrocellule muscolari lisce ed endotelio possono farlo). Sono le cellule protagoniste del processo riparativo. • CELLULE ENDOTELIALI = Fondamentali nell’infiammazione, poiché costituiscono la barriera che deve essere attraversata dai due componenti dell’essudato infiammatorio: i leucociti e il plasma. N.B.: ESSUDAZIONE: passaggio di liquido ricco di proteine nel tessuto interstiziale extravascolare per aumento della permeabilità vascolare nella infiammazione acuta.
L'INFIAMMAZIONE ACUTA O ANGIOFLOGOSI Dinamica dell'angioflogosi: 1) le modificazioni del flusso e del calibro vascolare, che portano all’aumento del flusso sanguigno 2) Le modificazioni del microcircolo e la formazione dell’essudato infiammatorio 3) il richiamo (chemiotattico) del leucocita all’azione 4) la fagocitosi Le modificazioni del flusso e del calibro vascolare iniziano subito dopo lo stimolo lesivo. Ad una vasocostrizione arteriolare transitoria (dura pochi secondi) ed incostante (non sempre presente) segue una vasodilatazione intensa dapprima arteriolare poi coinvolgente tutto il microcircolo. E’ la fase dell’IPEREMIA ATTIVA, con aumento del numero dei capillari pervi ed aumento del flusso ematico, cui corrispondono il rubor ed il calor. L’evento successivo è il RALLENTAMENTO DELLA CIRCOLAZIONE che introduce alla fase dell’IPEREMIA PASSIVA (o stasi). Il rallentamento del flusso è causato dall’aumento di permeabilità dei capillari con l’essudazione di liquido ricco di proteine (essudato) dai vasi nei tessuti extravascolari dell’interstizio. Aumenta la viscosità del sangue (rappresentato dalla presenza di globuli rossi fittamente stipati nei capillari dilatati = formano rouleau, in francese significa rullo, addensamenti cilindrici). L'essudato è quel liquido ricco di proteine caratteristico dell'infiammazione. Il trasudato è invece un liquido povero di proteine. Modello fondamentale della risposta infiammatoria acuta: • in corrispondenza del danno locale si ha una risposta vascolare e cellulare così configurata: ◦ modificazioni del flusso e del calibro vascolare ▪ (iperemia attiva e passiva) ◦ permeabilizzazione endoteliale e formazione dell’essudato ◦ migrazione dei leucociti nell’interstizio e accumulo nel focolaio della lesione ◦ fagocitosi Chemiotassi dei leucociti E’ definibile semplicemente come un movimento orientato lungo un gradiente chimico. Lo stesso processo avviene per
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neutrofili, monociti, linfociti, basofili e eosinofili. • I chemoattraenti possono essere esogeni (prodotti batterici) o endogeni (frazioni del sistema complementare, leucotrieni, citochine). • Mentre la stasi è in atto, si nota un orientamento periferico dei neutrofili, lungo l’endotelio dei vasi (marginazione): normalmente i leucociti stanno al centro del flusso ematico, in questo caso vanno invece alla periferia prendendo contatto con l'endotelio vascolare. • Alla marginazione segue l’adesione, i leucociti rotolano sull'endotelio come ciotoli di un fiume perché iniziano a verificarsi fenomeni di adesione, inizialmente labili (con precise molecole di adesione implicate), poi più “avidamente” con un vero e proprio ancoraggio e arresto, in modo da formare una "pavimentazione". Infine avviene il passaggio attraverso l’endotelio (diapedesi) sino all’interstizio, in cui segue la migrazione verso lo stimolo chemiotattico. ◦ L'endotelio normalmente è chiuso, continuo e liscio, ma nel processo infiammatorio c'è un allargamento delle maglie dell'endotelio con aumento della permeabilità, inoltre l'endotelio è attivato ed espone molecole di adesione => i neutrofili ancorati emettono uno pseudopodo (dato da rete di filamenti di actina e miosina) nel varco tra una cellula e l'altra e trascinano dietro tutta la cellula, che esce quindi dal vaso Ci sono molecole di adesione contenute in corpiccioli intracellulari e pronte ad essere espresse sulla superficie cellulare (come la P-selectina) quando raggiungono siti infiammati => consentono un legame labile (che determina il rotolamento), altre molecole di adesione richiedono un po' più di tempo e servono per l'ancoraggio. I leucociti sono chemo-attratti dai mediatori chimici dell'infiammazione. Marginazione => pavimentazione => adesione labile => adesione stabile => migrazione Camera di Boyle = utilizzata per valutare quali sostanze sono più chemioattraenti e quali meno. Ha in mezzo un filtro con pori più piccoli rispetto alle cellule, che si trovano da un lato di esso, dal lato opposto si mette un chemoattraente che fa migrare le cellule attraverso il filtro. Microscopia elettronica a scansione = come una visione dall'alto Microscopia elettronica a trasmissione = osservo una sezione MECCANISMO DI AUMENTO DELLA PERMEABILITÀ L'aumento della permeabilità consente la fuoriuscita di liquido ricco di proteine dai vasi, aumentando la pressione osmotica interstiziale con ulteriore richiamo di liquido e formazione dell'edema. L'aumento di pressione idrostatica nei vasi dovuto alla vasodilatazione incrementa questa fuoriuscita di liquido dai vasi. In relazione al danno locale l'aumento della permeabilità può avvenire secondo i seguenti meccanismi: 1) CONTRAZIONE DELLE CELLULE ENDOTELIALI La cellula contratta ha dei contorni festonati,tutta la cellula nel suo insieme (giunzioni e corpo cellulare) è contratta. E' indotta da mediatori chimici (istamina, leucotrieni, bradichinina) e la contrazione provoca l'apertura di varchi e quindi aumento di permeabilità. Questo meccanismo è immediato ed ha una durata transitoria => risposta immediata transitoria soprattutto a livello delle venule. Si ritiene che ci sia una maggior densità di recettori a livello delle venule per questi mediatori chimici. 2) RETRAZIONE ENDOTELIALE Non si ha nessuna festonatura, perché la retrazione riguarda solo la regione giunzionale, oltre ad un riarrangiamento del citoscheletro che provoca contrazione solo a livello delle giunture. I mediatori chimici che la inducono sono citochine (IL-1) e la risposta è ritardata e prolungata. E' un meccanismo molto più studiato in vitro e molto meno conosciuto in vivo. 3) DANNO IRREVERSIBILE DIRETTO SULL'ENDOTELIO Meccanismo molto evidente per danni diretti citolitici o da agenti microbiologici dotati di perforine (capacità citolitica) => perdita di più cellule endoteliali => si formano delle falle nell'endotelio, con grossa perdita di liquido (per es. succede nei grandi ustionati => grande perdita di liquidi e proteine). Nel caso di una ustione (per es.) non mortale si ha una intensa essudazione che dura a lungo ed interviene subito dopo il danno. Può riguardare tutti i distretti del microcircolo perché non sono coinvolti i mediatori chimici, ma il danno è il calore. E' una risposta immediata e prolungata. 4) DANNO ENDOTELIALE MEDIATO DAI LEUCOCITI E' dovuto ai radicali dell'ossigeno o a enzimi proteolitici, che dovrebbero essere diretti contro il danno, ma che può invece danneggiare l'endotelio con perdita di cellule. Questo avviene perché i leucociti possono essere attivati mentre Appunti di Patologia Generale – Pag, 93
sono ancora nella fase migratoria. 5) ESSUDAZIONE DA SCOTTATURE SOLARI (solo in certe condizioni particolari) E' una risposta prolungata e ritardata per stimoli termici lievi e moderati (raggi X e UV). Si manifesta dopo 2-12 ore dall'esposizione solare con una essudazione che dura molto, anche dei giorni.
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6) ESSUDAZIONE DA CAPILLARI IN GENERAZIONE (solo in certe condizioni particolari) Nella fase di rigenerazione (cessa l'infiammazione acuta) grazie all'apporto trofico dei capillari: le gemme capillari e le cellule endoteliali non sono ancora mature e quindi prive di giunzioni => ci sono delle fenestrature => turgore caratteristico delle giovani ferite. Maturando poi si formano le giunzioni, scompaiono le fenestrature e quindi anche il turgore. MOLECOLE DI ADESIONE DEI LEUCOCITI E DELLE CELLULE ENDOTELIALI Si trovano sulle cellule endoteliali e sui leucociti => legame a due solo nel caso di processo di infiammazione acuta. Le quattro fasi sono: marginazione, pavimentazione, adesione, migrazione. Le molecole di adesione le distinguiamo in tre categorie: − selectine E, P, L = le loro porzioni N-terminali extramembrana legano zuccheri − P (GMP140) è presente sull'endotelio quando c'è infiammazione − E (Elam1) è presente sull'endotelio − L (Lam1) è presente sui leucociti − immunoglobuline: ICAM-1 (molecola di adesione intercellulare), VCAM-1 (molecola di adesione vascolare) => interagiscono con le integrine situate sui leucociti − ICAM-1 e VCAM-2 sono molecole proprie dell'endotelio − integrine: poste sui leucociti − β1 lega VCAM-1 − β2 lega ICAM-1 Esistono dei meccanismi di modulazione di tali molecole che possono essere: − ridistribuite − modificate nella loro configurazione sterica − ridotte per diminuita sintesi • La P-selectina è presente sui corpi di Weber-Palade all'interno delle cellule endoteliali e durante l'infiammazione viene esposta sulla membrana cellulare => viene ridistribuita => media legami labili (rotolamento). • Le citochine (IL-1, TNF) invece possono indurre fortemente la sintesi di ICAM-1 e VCAM-2 nelle cellule endoteliali. La sintesi richiede più tempo e queste molecole sono utilizzate nel legame forte. • Le integrine sono già presenti, ma hanno una conformazione poco affine al legame, perciò modificano la loro conformazione quando si trovano a contatto con chemochine, nel momento in cui è aumentata la sintesi di ICAM e VCAM-1. Ciò aumenta l'avidità di legame e si ha una fase di ancoraggio stabile. Nel caso di deficienze genetiche di molecole di adesione si hanno notevoli conseguenze cliniche, fra cui infezioni batteriche ricorrenti. FAGOCITOSI Consegue alla chemiotassi. − opsonizzazione (rendere appetitoso) ovvero un rivestimento di opsonine (proteine seriche) di ciò che dovrà essere fagocitato − vacuolo = segue alla interazione recettoriale, gli pseudopodi hanno cominciato a circondare l'area opsonizzata − fagosoma = si chiude l'abbraccio e quindi il vacuolo − fagolisosoma = si fonde con i lisosomi Fagocitosi frustrata = quando la particella è troppo grande e l'abbraccio non riesce a chiuderla bene, perciò fuoriesce. Il rigurgito durante il pasto si ha quanto il materiale fagocitato è troppo grande e fuoriesce. Riguardare le tappe biochimiche che portano alla formazione dei radicali dell'ossigeno. EFFETTI SISTEMICI DELL'INFIAMMAZIONE − febbre − aumento del sonno − diminuzione dell'appetito − aumento del catabolismo proteico − ipotensione − alterazioni emodinamiche − sintesi delle proteine della fase acuta (proteina C reattiva) − alterazioni dell'assetto leucocitario (neutrofili) − in infez. batt. si ha linfocitosi in parotite, rosolia, mononucleosi infettiva, leucopenia nella frebbre tifoidea − mediatori IL-1, IL-8, TNF
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ASPETTI MORFOLOGICI DELLE INFIAMMAZIONI ACUTE Quadri morfologici diversi si hanno in relazione a: − origine della causa − intensità dell'agente etiologico − tessuto colpito Ciò determina aspetti particolari dell’essudato, che può essere: • Essudato sieroso • Essudato siero-fibrinoso • Essudato fibrinoso • Essudato fibrinoso-emorragico • Essdato fibrinoso-necrotizzante • Essudato catarrale • Essudato muco-purulento • Essudato purulento Sieroso, fibrinoso, catarrale, purulento = tipi puri. Essudato sieroso • Essudato abbondante, povero di fibrina e di cellule • Ustioni, congelamento, radiazioni • Tra strato basale e spinoso dell’epidermide o tra epidermide e derma (= bolla o flittene) • Agenti batterici (anche M. tuberculosis) • Pleura, pericardio, peritoneo • Si ha questo tipo di essudato quando l'aumento di permeabilità è piccolo, quindi nelle infiammazioni meno gravi, e passano solo le proteine più piccole. Essenzialmente in questo tipo di essudato troviamo la proteina sierica più piccola: l'albumina (PM circa 50.000 Da). Essudato siero-fibrinoso • Essudato con presenza di filamenti di fibrina, che forma aderenze labili, che possono “organizzarsi” a formare sinechie. • Agenti batterici. • Pleura, pericardio, peritoneo • Il fibrinogeno (PM circa 340.000 Da) ha bisogno di una permeabilizzazione ben maggiore rispetto a quella necessaria per lasciar passare l'albumina. Essudato fibrinoso • La fibrina rappresenta la parte più importante dell’essudato e può formare faldoni nelle sierose • Aspetto quasi solido, con strati feltrosi, colorabili in rosa con l’eosina o in violetto col cristal-violetto (Colorazione di Weigert) • Agenti batterici • Pleura (pleuriti secche con rumore di sfregamento) • Pericardio (cor villosum) => pericardite fibrinosa Fibrinosa emorragica • Essudato fibrinoso con presenza di eritrociti • Pneumococco • Polmonite franca lobare Essudato fibrinoso-necrotizzante • Essudato fibrinoso tenacemente ancorato ad una mucosa necrotica • Corynebacterium diphtheriae => tipico, forma membrana ancorata alla faringe che può portare a soffocamento • Tonsille, faringe, laringe Essudato catarrale • Essudato accompagnato da ipersecrezione di muco (quindi in sedi contenenti ghiandole mucipare). • Agenti batterici (soprattutto) e virali • Vie aeree superiori (riniti, faringiti, laringiti, tracheiti, bronchiti) • Tubo digerente (gastriti, enteriti coliti) • Congiuntiva (congiuntivite) Appunti di Patologia Generale – Pag, 96
Essudato muco-purulento • idem + granulociti • Agenti batterici • Idem Essudato purulento • Provocato dai piociti (batteri che inducono produzione di pus) che attraggono molto i neutrofili (in particolare staphylococcus aureus), che si trovano in grande quantità vivi e morti. • Presenza del pus, essudato ricco di cellule infiammatorie e di prodotti del loro disfacimento • aspetto cremoso • Agenti batterici piogeni • Il pus può raccogliersi in cavità preesistenti (empiema => cavo pleurico, peritoneo, pericardio, sinovia articolare) o neoformate per la necrosi del tessuto (ascesso) • Possono formarsi fistolizzazioni per lo svuotamento dell'ascesso. Ascesso = raccolta di pus in cavità neoformate. E' lo stesso essudato che stimola la formazione della capsula fibrosa che lo racchiude. In genere è rimosso chirurgicamente, altrimenti tende a fistolizzare per lo svuotamento (formando un tragitto che trova sfogo all'esterno). Il varco nei tessuti si forma in seguito a necrosi. Empiema = quando il pus si raccoglie in una cavità pre-esistente (es. sierosa, nella cistifellea è comune). Ulcera gastrica = causata da helicobacter pylori. Si ha dapprima una gastrite (infiammazione acuta) che continua alla base come tale a causa del batterio e dell'HCl, mentre ai bordi cronicizza formando anche tessuto di riparazione. Oggi si interviene prontamente con antibiotici in caso di gastrite, ma se non si facesse questa diverrebbe un'ulcera e in seguito potenzialmente un tumore gastrico. MEDIATORI CHIMICI DELL'INFIAMMAZIONE Sono stati scoperti dalla osservazione che una varietà di stimoli dannosi provocano sempre la stessa risposta. Il primo mediatore scoperto è l'istamina. Si distinguono in due gruppi: 1) cellulari = prodotti dalle cellule protagoniste dell'infiammazione − preformati (in granuli di secrezione) − istamina (basofili, mastociti, piastrine) − serotonina (piastrine) − enzimi lisosomiali (neutrofili, macrofagi) − sintetizzati ex-novo − prostaglandine (tutti i leucociti, piastrine, cellule endoteliali) − leucotrieni (tutti i leucociti) − fattori attivanti le piastrine (tutti i leucociti, cellule endoteliali) − specie reattive dell'ossigeno (tutti i leucociti) − ossido nitrico (macrofagi) − citochine (linfociti, macrofagi, cellule endoteliali) 2) plasmatici = presenti nel plasma come precursori (la fonte principale è il fegato), devono perciò essere attivati − attivazione del fattore XII della coagulazione (fattore di Hageman) − sistema delle chinine (bradichinina) − sistema della coagulazione/fibrinolisi − attivazione del complemento (via alternativa) − C3a, C5a (ha anche azione chemotattica) => sono dette anafilotossine perché sono in grado di far rilasciare istamina dalle mastcellule come una reazione anafilattica − C3b, C5b-9 (complesso di attacco alla membrana) Alcuni mediatori: − hanno effetti vasoattivi − sono fattori chemiotattici Mediatori cellulari preformati Amine vasoattive: ISTAMINA Si trova principalmente nei granuli metacromatici delle mast-cellule, nei basofili e nelle piastrine. Appunti di Patologia Generale – Pag, 97
I mastociti sono presenti sulla parete dei vasi e sparsi nell'interstizio. L'istamina provoca − dilatazione degli sfinteri arteriolari precapillari − aumento della permeabilità venulare per contrazione delle cellule endoteliali − fasi iniziali della flogosi Amine vasoattive: SEROTONINA Si trova nelle piastrine (nei roditori anche nelle mast-cellule). Azione simile all’istamina. Enzimi lisosomiali Presenti in granuli di secrezione di tipo lisosomiale nelle cellule ad attività fagocitaria: neutrofili e macrofagi. • granulociti neutrofili ◦ granuli primari o azzurrofili, simili ai lisosomi e, come questi, contenenti principalmente idrolasi acide (enzimi attivi a pH acido) con meccanismo idrolitico. Contengono inoltre: catepsine, elastasi, fosfolipasi A2, mieloperossidasi, proteine cationiche (come le defensine) ◦ granuli secondari o specifici, i più numerosi ed i primi ad essere “consumati” durante la fagocitosi (previa liberazione nell’ambiente pericellulare). Non contengono idrolasi acide, bensì collagenasi e proteine basiche battericide: lisozima, lattoferrina ◦ granuli terziari o particelle C, contenenti catepsine e gelatinasi • monociti/macrofagi ◦ idrolasi acide, collagenasi, elastasi attive nelle infiammazioni croniche. N.B.: Sistema di antiproteasi seriche: alfa-1-antitripsina, alfa-2-macroglobulina
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Mediatori cellulari neoformati Derivati dell’acido arachidonico, acido grasso essenziale di 20 atomi di C assunto con la dieta o ottenuto per trasformazione dell’acido linoleico. Non libero ma esterificato nei fosfolipidi di membrana. Viene scisso da fosfolipasi cellulari. − Via ciclossigenasica (aspirina, indometacina la inibiscono): prostaglandine (dolore, febbre, effetti generali) − PGG2 (prostaglandina endoperossido) poi convertita in PGH2, la quale viene convertita in: − trombossano A2 dalla trombossano sintetasi (vasocostrittore e fattore di aggregazione piastrinica) − prostaciclina PGI2 dalla prostaciclina sintetasi nelle cellule endoteliali (vasodilatatore e inibitore dell’aggregazione piastrinica, dolore febbre) − PGD2, PGE2, PGF2 provocano vasodilatazione e aumento della permeabilità vascolare potenziando l'edema − Via lipossigenasica: leucotrieni, attivi in tutte le fasi della flogosi − vasocostrizione, broncospasmo, aumento permeabilità
PAF = Fattore attivante le piastrine − prodotto da tutti i leucociti (soprattutto basofili) e da cellule endoteliali, è fatto come un fosfolipide − è proflogistico a basse concentrazioni − aggregazione, adesione, chemiotassi dei leucociti − attivazione piastrinica − stimolazione di altri mediatori − molto più attivo dell'istamina (10-10.000 volte) Citochine Prodotte da linfociti, macrofagi e endotelio vascolare attivati => IL-1/TNF − attivazione endoteliale − reazioni della fase acuta
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Ossido d'azoto “Nuovo” mediatore, simile all’EDRF (fattore rilassante derivato dall’endotelio) prodotto dai macrofagi e dall'endotelio (e anche da alcuni neuroni cerebrali) − decontrae la muscolatura liscia vascolare (arteriole, sfinteri) − antimicrobico
• • •
iNOS = NO sintasi inducibile = si trova nei macrofagi ed è attivata alla loro attivazione (attraverso aumento del calcio intracitoplasmatico) eNOS = NO sintasi endoteliale = espressa costitutivamente a bassi livelli, può essere aumentata per aumento di ioni calcio nella cellula • lo stesso vale per nNOS = NO sintasi neuronale alti livelli di NO sembrano limitare la replicazione di batteri, elminti, protozoi, virus e cellule tumorali
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Mediatori plasmatici Il fegato ne è la fonte principale. Fattore di Hageman (fattore XII della coagulazione) Può essere attivato da: − superfici cariche negativamente − LPS batterico − vetro − collagene − membrana basale − piastrine attivate L'attivazione del fattore XII ha due effetti: − sistema delle chinine − produzione di bradichinina (provoca contrazione del muscolo liscio => aumento permeabilità, inoltre induce vasodilatazione e dolore) − attivazione del complemento (per attivazione di C3 da parte della plasmina) − attivazione del sistema fibrinolitico − via intrinseca coagulazione => sistema della coagulazione − effetto finale: conversione del fibrinogeno in fibrina per azione della trombina − durante la conversione, si formano Fibrinopeptidi che producono aumento della permeabilità vascolare ed hanno attività chemiotattica per i leucociti.
Anche la trombina ha proprietà proinfiammatorie, costituendo il mediatore di collegamento tra la coagulazione e l'infiammazione e provocando: − aumento dell’adesività dei leucociti (espressione di selectine su endotelio) − proliferazione dei fibrolasti − aumento di produzione di metaboliti dell'acido arachidonico, di PAF, di ossido nitrico (NO)
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Complemento Il sistema del complemento è costituito da 20 componenti proteici con i loro prodotti di scissione presenti nel plasma in forma inattiva. Attivati, agiscono nelle reazioni immunitarie contro gli agenti microbici al fine di: • aumento della permeabilità vascolare e vasodilatazione (C3a, C5a => inducono liberazione di istamina dai mastociti) • chemiotassi (C3a, C5a) • opsonizzazione (C3b) • adesione leucocitaria (C3a, C5a) • attivazione della produzione dei metaboliti dell'acido arachidonico nei neutrifili (C5a) • la cascata del complemento porta alla formazione del complesso di attacco alle membrane (MAC) che determina la lisi del microbo C3 e C5 possono essere attivati anche dalla plasmina o altri enzimi proteolitici lisosomiali.
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Classificazione dei mediatori dell'infiammazione per effetto • •
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Vasodilatazione: prostaglandine; NO; istamina Aumento della permeabilità vascolare: Amine vasoattive; C3a e C5a (attraverso la liberazione di amine); Bradichinina; Leucotrieni C4, D4, E4; PAF; Sostanza P Chemiotassi, attivazione dei leucociti: C5a; Leucotriene B4; Chemochine; Prodotti batterici Febbre: IL-1, IL-6, TNF; Prostaglandine Dolore: Prostaglandine; Bradichinina Danno tissutale: Enzimi lisosomiali dei neutrofili e dei macrofagi; metaboliti dell'ossigeno; NO
PROTEINE DELLA FASE ACUTA Presenti nel plasma, per lo più aumentano nella fase acuta (una minima parte scende). In generale sono quelle proteine plasmatiche che subiscono una variazione del 25% nella fase acuta. Le condizioni che portano all'aumento della loro concentrazione sono molte, in primo luogo l'infiammazione, che può essere a sua volta causata da molti eventi, tra cui: − infezioni − infarti di tessuto − traumi − interventi chirurgici − ustioni − infiammazioni immunologiche Il loro aumento non è uniforme, cioè alcune aumentano di più, altre meno => i meccanismi di regolazione sono diversi. Sono sintetizzate nel fegato sotto l'azione di citochine e chemochine (per lo più IL-1, IL-6, TNF). Si ritiene che alcune PFA possano modificare l'una o l'altra fase del processo infiammatorio. Le PFA che aumentano in modo più significativo e che possono essere utilizzate come marker di infiammazione sono: • proteina A dell'amiloide aumenta ◦ durante la fase acuta va a costituire la apoproteina A delle HDL, per consentirne la ricezione da parte dei macrofagi, che ne utilizzeranno i grassi a scopo energetico • alcune proteine del complemento aumentano • fattore XII e albumina invece diminuiscono in modo significativo • fibrinogeno aumenta di 100-200 volte in caso di infiammazione • proteina C reattiva aumenta • procalcitonina aumenta VES (velocità di eritrosedimentazione), PCR (proteina C reattiva) e procalcitonina sono gli indicatori più significativi per la pratica clinica: • la VES aumenta quando aumenta il fibrinogeno, ma VES è influenzata da parametri ematologici (va sempre interpretata, soprattutto in base a ematocrito e dimensione media dei globuli rossi) ◦ anche cessato lo stimolo infiammatorio la VES resta alta per un certo periodo • la PCR è più veloce e ampia nelle variazioni ed è più significativa • La procalcitonina aumenta soprattutto nelle infezioni batteriche, mentre non si modifica nelle infezioni virali e nelle flogosi non infettive (significato diagnostico più specifico). C'è inoltre una proporzionalità fra i livelli della procalcitonina e il grado (l'intensità) del danno flogistico ◦ ha valore predittivo, sensibilità (e specificità in caso di infezioni batteriche) per l'infiammazione maggiore rispetto alla PCR (controllare) ◦ normalmente nel sangue ha concentrazione bassissima (0,01 ng/mL), sale di 100 volte in caso di infezioni virali, fino a 20.000-200.000 volte in caso di infezioni batteriche (controllare) In definitiva le PFA più significative sono la PCR e la procalcitonina.
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POSSIBILI ESITI DELL'INFIAMMAZIONE ACUTA 1.
2.
3.
Completa risoluzione ◦ ritorno allo stato normale del tessuto, possibile quando il danno è stato lieve e le cellule parenchimali hanno la possibilità di rigenerarsi ◦ i mediatori non sono più prodotti e/o quelli presenti sono neutralizzati ◦ morte per apoptosi (principalmente) dei neutrofili presenti nel tessuto ◦ fine della migrazione leucocitaria ◦ rimozione dei detriti da parte dei fagociti Guarigione tramite sostituzione con tessuto connettivo (fibrosi) ◦ quando il danno è di notevole intensità, quando i tessuti non sono in grado di rigenerare, quando c'è un notevole essudato di fibrina ◦ la formazione di una massa di tessuto fibroso dove la fibrina non è più rimovibile (es. cavità sierose) è detta organizzazione (la fibrina stimola l'accrescimento di fibroblasti e vasi sanguigni => formazione di una cicatrice) ◦ il pus è riassorbito e sostituito da fibrosi Progressione della risposta tissutale verso l'infiammazione cronica ◦ talvolta l'infiammazione può definirsi cronica sin dal suo esordio ◦ quando la risposta infiammatoria acuta non può essere risolta a causa della persistenza dell'agente lesivo o per qualche interferenza con il normale processo di guarigione ◦ es. ulcera peptica del duodeno e dello stomaco ◦ es. infezione batterica del polmone con formazione di ascesso
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RIPARAZIONE E GUARIGIONE DELLE FERITE Chiarimento in merito ad una classificazione che fanno alcuni libri: Essudazione mediata = si verifica per aumento di permeabilità dell'endotelio per mezzo di mediatori chimici (tipica l'istamina). Essudazione non mediata = per ustione o per batterio citolitico => necrosi delle cellule endoteliali => danno diretto. In realtà in quest'ultimo caso è solo l'essudazione che non è legata a mediatori chimici, l'infiammazione invece lo è sempre! Conclusione dell’infiammazione acuta: l’essudato è rimosso La rimozione dell’essudato è la premessa per la risoluzione dell'infiammazione acuta e si realizza attraverso le seguenti tappe: − la fluidificazione dell’essudato da parte degli enzimi dei neutrofili − la fagocitosi dei detriti solidi (e dei neutrofili) da parte dei macrofagi che produce un'ulteriore fluidificazione dell'essudato − il riassorbimento dell’essudato fluidificato da parte dei linfatici Alla rimozione dell’essudato possono seguire: • la RISOLUZIONE per restituzione (o rigenerazione) = restituzione sta per restitutio ad integrum ◦ il tessuto torna come nuovo, a funzionare come prima ▪ es. polmonite lobare (o franca) = gli alveoli sono in grado di rigenerarsi, ma solo per quanto riguarda i pneumociti di I tipo, quelli di II tipo (che producono surfactante e sono molto meno rappresentate delle altre) non possono rigenerare, ma in genere sono risparmiati dalla distruzione del tessuto ▪ es. epatectomia parziale: il tessuto epatico è in grado di rigenerare, anche se si tratterà di una iperplasia del tessuto rimasto e non una vera e propria rigenerazione (i lobi rimossi non si rigenerano) • nei mammiferi si tratta in genere di una crescita compensatoria e non di una vera e propria rigenerazione (es. nei rettili possono rigenerare, nel vero senso della parola, coda e arti) ◦ presupposti: ▪ risoluzione del processo infiammatorio con rimozione dell'essudato ▪ le cellule del tessuto devono avere la capacità di rigenerarsi ▪ in genere serve uno stroma intatto come impalcatura • eccezione: gli epatociti hanno grande capacità di rigenerarsi anche senza stroma (es. per epatectomia), perché nel fegato lo stroma è molto leggero. In ogni caso la rigenerazione con mancanza di stroma è più disordinata e tumultuosa. oppure • la RIPARAZIONE per fibrosi e cicatrizzazione ◦ resta un danno funzionale ▪ es. infarto del miocardio ◦ presupposti: ▪ risoluzione del processo infiammatorio con rimozione dell'essudato ▪ le cellule non sono capaci di rigenerarsi (perenni) e/o lo stroma è troppo degradato Processo di riparazione 1. rimozione dell'essudato 2. migrazione e proliferazione dei fibroblasti richiamati dai macrofagi, che producono anche sostanze angiogeniche • deposizione di matrice • angiogenesi = si forma una palizzata di vasi neoformati nella zona interessata • si forma un tessuto di granulazione: tessuto vascolare neoformato con molte gemme vascolari Appunti di Patologia Generale – Pag, 105
• •
3.
le gemme vascolari crescono formando una rete l'angiogenesi può avvenire per proliferazione e migrazione delle cellule endoteliali dei vasi preesistenti oppure anche attraverso elementi cellulari provenienti da cellule staminali del midollo osseo (emangioblasti, a livello embrionale sono precursori sia di cellule endoteliali che di quelle plasmatiche) • il VEGF è il principale fattore di crescita implicato e la sua sintesi è stimolata dall'ipossia e da fattori di crescita come il PDGF e il TGF • i fibroblasti proliferano e cominciano a depositare collagene => si ottiene un tessuto di granulazione fibrovascolare rimodellamento (organizzazione del tessuto fibroso, è dato dall'equilibrio tra sintesi di matrice e sua degradazione ad opera delle metallo proteasi della matrice, MMP) ◦ a questo punto si è formata una cicatrice ◦ il collagene è denso ◦ i fibroblasti divengono inattivi => fibrociti ◦ la vascolarità viene ridotta ▪ la cicatrice giovane è rosea perché è ancora molto vascolarizzata, poi restano solo i vasellini definitivi e continua la deposizione di collagene => la cicatrice si imbianca ◦ le cicatrici non sono mai definitive: carenza di vitamina C (es. nei marinai in passato) le fa riaprire perché è un fattore necessario per la produzione di collageno (sono sempre un rimodellamento) ◦ le cicatrici possono essere cutanee, ma anche interne, negli organi ▪ nelle cicatrici cutanee non ci sono più gli annessi, perché non sono in grado di rigenerare => la cicatrice è un tessuto diverso da quello originale
Miofibroblasti: scoperti da Majno, sono i fibroblasti del tessuto di granulazione, hanno un fenotipo fortemente fibrillare => rispondono alle sostanze che fanno contrarre/rilassare la muscolatura liscia. I fibroblasti tendono ad allinearsi secondo linee di maggior tensione e riempiono gli spazi fra i rametti vascolari. Al temine del processo di riparazione diventano inattivi e si trasformano in fibrociti. GUARIGIONE DELLE FERITE Ferita = danno tissutale => c'è sempre infiammazione. Anche la guarigione delle ferite avviene attraverso un processo riparativo. Più precisamente, il grandioso scenario della guarigione delle ferite mette in gioco tre diversi processi: • emostasi (lesione vascolare) • infiammazione (danno) • riparazione (è necessario ricostruire) Guarigione primaria o per prima intenzione − ferite deterse − a margini ravvicinati e regolari Guarigione secondaria o per seconda intenzione (più lenta e difficoltosa) − ferite aperte (margini frastagliati e allontanati, perdita di sostanza) − ferite aperte e infette Ciò che determina la differenza è: • l’entità della perdita di sostanza (e quindi la vicinanza dei lembi) • l’entità della contaminazione microbica Dove c'è una ferita ci sono dei vasi troncati, quindi per prima cosa si forma un tappo piastrinico e poi un tappo emostatico secondario con fibrina. La fibrina: − fa anche da collante per i lembi della ferita − insieme trombina e PDGF stimola la migrazione dei fibroblasti e l'angiogenesi − insieme a fibronectina (più abbondante proteina della matrice extracellulare) forma una sorta letto su cui le cellule del tessuto possono moltiplicarsi anche in assenza di una membrana basale con movimento a cavallina (la cellula si moltiplica, passa sotto ad un'altra cellula inducendo l'avanzamento del tessuto) o a bruco (le Appunti di Patologia Generale – Pag, 106
cellule si moltiplicano e spingono in avanti il tessuto). MODELLO DI GUARIGIONE PER PRIMA INTENZIONE: FERITA CHIRURGICA DETERSA • Minuti, ore ◦ Coagulazione e formazione di una rete di fibrina ◦ Disidratazione del coagulo e formazione della crosta ◦ la velocità di questi processi può variare da individuo a individuo • 24-48 ore ◦ si instaura l'infiammazione acuta => compaiono abbondanti neutrofili ◦ Si formano gettoni endoteliali sotto la crosta che tendono ad anastomizzarsi (1/2 mm/giorno, 3 diametri di cellula/ora!!) (la crosta cadrà; n.b. punti di sutura) ◦ Si comincia a formare il tessuto di granulazione: fibroblasti che sintetizzano fibre collagene e neovasi • Terzo giorno ◦ I macrofagi sostituiscono i neutrofili ◦ I fibroblasti sintetizzano collagene, il tessuto di granulazione si accresce ◦ inosculazione (bacio-abbraccio fraterno) => fusione dei vasellini dello stesso tipo (arteriosi, venosi, linfatici) e cellule dello stesso tipo provenienti dai due lati della ferita (secondo legami molecolari ligandorecettore) ▪ negli anfibi questo processo avviene sopra la crosta e dieci volte più veloce che nell'uomo per evitare che la presenza di acqua dovuta all'immersione possa riaprire la ferita ◦ L’epitelio si ispessisce • Quinto giorno ◦ Tessuto di granulazione e neovascolarizzazione massimi ◦ Edema • Seconda settimana ◦ Edema e neovasi si vanno riducendo, il collagene aumenta, cicatrice iniziale (rosa) • 1 mese, 2 anni ◦ Sbiancamento, elevato turnover del collageno Alcune considerazioni sulla guarigione per prima intenzione • Sono persi tutti gli annessi cutanei (peli, ghiandole) • La cicatrice è solitamente più pallida, perché i melanociti rigenerano poco • Il livello di ossigenazione (legato alla perfusione) incide fortemente sulla neo-angiogenesi. Probabilmente l’ipossia induce la secrezione di un fattore chimico (TNF-alfa) Resistenza della cicatrice Dopo la prima settimana, quando in genere vengono rimossi i punti di sutura, è a circa il 10% della resistenza rispetto alla cute normale. Raggiunge un massimo pari al 70-80% di quella della cute normale, impiega 3-4 mesi. La massima resistenza viene raggiunta grazie alla deposizione di collagene e alla formazione di fibrille di dimensioni maggiori, che assumono in seguito anche disposizione crociata. GUARIGIONE PER SECONDA INTENZIONE 1) PIÙ INTENSA INFIAMMAZIONE (e formazione di pus) se è anche infetta 2) C O N T R A Z I O N E (CONTRAZIONE!!) Inizialmente (primi giorni) => contrazione della crosta Successivamente => contrazione dei miofibroblasti mediante: accorciamento trazione “a mano a mano” N.B.: Il tessuto di granulazione che riempie una ferita aperta è un organo contrattile temporaneo Nella ferita detersa si ha subito accostamento, mentre in quella infetta si forma pus che rallenta il processo di guarigione. La contrazione è così imponente in questo caso da esser considerata un processo caratteristico della guarigione per seconda intenzione. I miofibroblasti contraendosi tirano anche il tessuto circostante deformandolo.
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INFEZIONE DELLE FERITE La resistenza delle ferite all’infezione è proporzionale alla loro irrorazione. I leucociti possono muoversi anche in anaerobiosi, ma per uccidere hanno bisogno dell’ossigeno. L’anaerobiosi favorisce i germi anaerobiotici (ferite contuse) come il clostridium tetani, inoltre i neutrofili sono inibiti. Infezioni e corpi estranei: terriccio (ferite sporche), schegge, biomateriali rappresentano una fonte di batteri, abbassano la concentrazione infettante di batteri, complicano la terapia, favoriscono la crescita di microrganismi formatori di slime o dotati di speciali adesine. Le ferite da schiacciamento (poco irrorate) contaminate da terriccio sono ad alto rischio di infezione da microrganismi anaerobi. PRESENZA DI BIOMATERIALI E INFEZIONI La carica microbica necessaria per indurre infezione è 100 volte più piccola se c'è un biomateriale impiantato nel tessuto, perché presenta sempre microcrivellature/frattuosità (anche se all'apparenza è liscio) che sono nicchie accoglienti per batteri. Molti materiali protesici sono inseriti in fase di polimerizzazione (perché devono essere malleabili, ad es. per ricostruzione di una testa di femore) => questa reazione è esotermica => nelle cellule vicine può provocare necrosi => si crea un locus con minor resistenza all'infezione. La protesi di un capo articolare col tempo tende ad usurarsi rilasciando nel tessuto microframmenti che aumentano la possibilità di infezione (oggi si usano materiali molto più resistenti come il titanio). Stafilococco aureus e stafilococco epidermidis = sono batteri saprofiti (che si cibano di materiale organico morto), ne abbiamo tutti sulla cute, sono normalmente innocui, ma possono assumere capacità patogenetica in quei locus di minor resistenza all'infezione, dove riescono ad ancorarsi e moltiplicarsi, soprattutto in condizioni di abbassamento della risposta immunitaria. S. Epidermidis inoltre è anche anti-coagulante (coagulasi-negativo). Questi batteri utilizzano in queste occasioni la loro capacità di ancorarsi nelle nicchie e produrre una sostanza chiamata slime (inglese: fango) , un polimero di N-acetilglucosamina (una mucillagine zuccherina) che li protegge dall'azione del sistema immunitario e degli antibiotici. Se c'è un'infezione di questo tipo l'impianto è fallito ed è la causa più frequente di questi fallimenti. Dove c'è un impianto c'è un'alta probabilità di infezione. Lo slime • Il polimero è sintetizzato da una specifica N-acetilglucosaminil transferasi • La produzione dell’enzima è codificata da un complesso genico detto locus ica, costituito da quattro geni strutturali: icaA, icaD, icaB e icaC (nell’ordine in cui si allineano nell’operone, e da un gene regolatore icaR • Lo slime consente la tenace adesione degli Stafilococchi anche a materiali protesici e ostacola l’accesso alle colonie batteriche delle difese dell’ospite (anticorpi, complemento) e degli antibiotici Test fenotipico e genotipico per la produzione di slime in Staphyloccus epidermidis • I ceppi dotati del locus ica e produttori di slime possono essere riconosciuti, dopo il loro isolamento, mediante: • A) coltura su piastre di Agar-Rosso-Congo (CRA) in cui i ceppi non produttori danno colonie rosse e i ceppi produttori colonie nere; • B) dimostrazione molecolare della presenza dei geni icaA e icaD mediante amplificazione PCR dei rispettivi segmenti genici, impiegando primer specifici e il DNA batterico come template ASPETTI PATOLOGICI DELLA RIPARAZIONE • ALIMENTAZIONE: carenze proteiche e vitaminiche (vit C) • DIABETE: Ridotta resistenza alle infezioni, Insufficiente processo di guarigione • FATTORI MECCANICI: Deiscenza (complicanza post-operatoria rappresentata dalla riapertura spontanea di una ferita precedentemente suturata) della ferita da pressione addominale • CORPI ESTRANEI E PROTESI • FIBROSI INFIAMMATORIE CRONICHE CON DANNO DA COLLAGENASI ◦ Artrite reumatoide, cirrosi epatica, connettivite: le collagenasi del rimodellamento sono di nocumento in tale ambito • ABERRAZIONI DI CRESCITA ◦ cicatrice esuberante e cheloide = variabilità individuale e predisposizione genetica => produzione di collagene eccessiva, se viene rimossa si riforma ancora più grossa ◦ granulazione esuberante (carne eccessiva) = componente vascolare e connettivale eccessiva
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◦ ◦
desmoidi (o fibromatosi aggressive) = più pericolose, dovuto a fibroblasti la forma dell'ammanco tissutale incide moltissimo nella ricostruzione del tessuto => il taglio chirurgico a seconda della forma ottiene una cicatrice diversa. La perdita circolare provoca grande difficoltà dei tessuti a richiudere la cicatrice => è la condizione peggiore.
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INFIAMMAZIONE CRONICA O ISTOFLOGOSI Quando uno stimolo lesivo persiste, la guarigione completa non può aver luogo e compare una infiammazione cronica. La sequenza danno dei tessuti → infiammazione acuta → essudato → organizzazione dell'essudato → tessuto di granulazione → cicatrice fibrosa ha luogo solo quando lo stimolo lesivo è di breve durata e non persiste. In questi casi i cambiamenti che portano alla formazione della cicatrice sono consecutivi. Se lo stimolo lesivo persiste, i processi di necrosi, di tessuto di granulazione e di riparazione avvengono contemporaneamente. Oltre al processo infiammatorio acuto, sono attivate intorno all'area lesa le difese specifiche del sistema immunitario, e i tessuti sono infiltrati da elementi linfoidi attivati. All'esame istologico, l'area colpita rivelerà la presenza di detriti di cellule necrotiche, di essudato infiammatorio acuto, di tessuto di granulazione vascolare e fibroso, di cellule linfoidi, di macrofagi e di cicatrice collagene. Questo stato, detto di infiammazione cronica, persisterà fino a che lo stimolo lesivo sarà stato rimosso o neutralizzato. Fattori favorenti • E' favorita da quei fattori che impediscono l'eliminazione degli stimoli lesivi • danno tissutale, infiammazione acuta, tessuto di granulazione, riparazione, risposta immunitaria, si svolgono tutti contemporaneamente • è associata a una risposta immunitaria dei tessuti, visibile in forma di infiltrazione linfocitaria • alla fine l'infiammazione cronica guarisce per cicatrice • può svilupparsi dopo un'infiammazione acuta o può essere una risposta primaria ad alcuni stimoli, ad esempio nella tubercolosi • i fattori predisponenti includono: ◦ stimoli lesivi persistenti ▪ es. l'acido gastrico nell'ulcera peptica ▪ es. silice nella silicosi ▪ es. lipidi plasmatici (almeno in parte responsabili) nell'aterosclerosi ◦ un'inadeguata risposta dell'ospite alle infezioni ▪ es. infezioni da mycobacterium tuberculosis (tubercolosi da contagio aerogeno), mycobacterium bovis (tubercolosi da contagio tramite il latte), treponema pallidum (sifilide) ◦ una malattia immune persistente (autoimmunità) ▪ es. la malattia reumatoide ▪ es. la colite ulcerosa cronica ▪ es. lupus eritematoso sistemico Caratteristiche morfologiche dell'infiammazione cronica • infiltrazione di cellule mononucleate => macrofagi, linfociti, plasmacellule • danno tissutale (mediato in gran parte dai macrofagi) • sostituzione del tessuto con connettivo per tentativo di guarigione, neoangiogenesi, e soprattutto fibrosi Cellule dell'infiammazione cronica • macrofagi = responsabili della maggior parte del danno tissutale • secernono IL-1 e TNF che attivano i linfociti (i linfociti secernono a loro volta IFN-γ che attiva i macrofagi) • linfociti = producono anticorpi (plasmacellule, derivate di linfociti B), uccidono cellule infette (T CTL), collaborano alla risposta insieme ai macrofagi (T H) • eosinofili = si trovano in reazioni immunitarie mediate da IgE e in infezioni parassitarie • mastociti = ampiamente distribuiti nei tessuti, partecipano sia all'infiammazione acuta che cronica Infiammazione granulomatosa Caratteristica forma di una reazione infiammatoria cronica, caratterizzata da accumulo di macrofagi attivati, che spesso assumono aspetto di cellule epitelioidi e si fondono a formare cellule giganti, con la formazione di granulomi. Attorno ai macrofagi c'è un forte richiamo di linfociti e talvolta sono presenti plasmacellule. Può essere: • granuloma immunitario = tipico della tubercolosi (in questo caso è detto anche tubercolo) = infezione da mycobacterium tuberculosis, ha in genere al centro un'area di necrosi caseosa e cellule giganti di Langhans, con in nuclei ordinati alla periferia Appunti di Patologia Generale – Pag, 110
•
granuloma da corpo estraneo = il corpo estraneo è circondato dai macrofagi e dalle cellule giganti (da corpo estraneo, con i nuclei dispersi disordinatamente nella cellula)
Il sistema linfatico nell'infiammazione I vasi linfatici possono drenare il liquido di edema della zona infiammata, ma in caso di infezioni gravi possono essere portati via anche gli agenti infettivi, che possono poi essere eliminati nei linfonodi (oppure in caso si scateni una reazione infiammatoria linfonodale provocare linfoadenite), oppure giungere anche al sangue provocando batteriemia. Nel sangue le difese sono date dai fagociti del fegato, della milza, del midollo osseo, ma se non riescono a debellare l'agente microbico si possono infettare soprattutto: valvole cardiache (con conseguente endocardite), reni (ascessi), articolazioni (artriti settiche) e meningi (meningiti). TUBERCOLOSI E' causata da Mycobacterium Tuberculosis. Il microrganismo induce una risposta da ipersensibilità di IV tipo. Caratteristica istologia è l'infiammazione granulomatosa caseificante, la sede principale è il polmone. Nel bambino l'infezione polmonare comprende il focolaio di Ghom (tende a guarire per fibrosi) e la linfoadenopatia (complesso primario). Nella vita adulta l'infezione causa un focolaio di Assmann (tende a progredire ai vasi sanguigni) => la diffusione ematogena provoca tubercolosi miliare. La diffusione broncogena provoca broncopolmonite tubercolare. Una riattivazione dell'infezione può aver luogo in età più avanzata se le risposte dell'ospite sono affievolite, ad es. da un'immunodepressione. M. tuberculosis infetta circa un terzo della popolazione mondiale e ogni anno uccide circa 3 milioni di persone. Con la diminuzione delle condizioni di sovraffollamento che causano la diffusione di M. tuberculosis e con l'introduzione negli anni '50 di antibiotici efficaci, gli Stati Uniti e i Paesi Occidentali hanno beneficiato di un lungo periodo conclusosi alla metà degli anni 80 durante il quale la prevalenza delle infezioni e delle morti da M. tuberculosis erano in costante declino. Da allora, la tubercolosi è andata aumentando negli Stati Uniti e in Europa, ma particolarmente in Africa. La causa di ciò in parte è dovuta al fatto che M. tuberculosis spesso infetta ed in modo drammatico, i malti di AIDS. L'incidenza maggiore della malattia si trova in Asia, Africa e Sud America. Vedi: http://www.epicentro.iss.it/problemi/Tubercolosi/tec.htm Tubercolosi e AIDS Gli ammalati di AIDS hanno una resistenza cellulo-mediata di tipo T diminuita e sviluppano la tubercolosi più frequentemente rispetto alle persone sane. Inoltre, nei pazienti con AIDS si sono sviluppati ceppi di M. tuberculosis multiresistenti ai farmaci. Tali ceppi rappresentano un serio pericolo per le persone che vivono a stretto contatto con i pazienti e per il personale sanitario. La resistenza nei confronti dei farmaci antimicobatterici più attivi (rifampicina e isoniazide) è causata da mutazioni rispettivamente dell'RNA polimerasi e della catalasi. Eziologia e patogenesi I micobatteri sono baciIli aerobi, asporigeni, immobili con un involucro di cera che consente loro di ritenere la colorazione rossa quando trattati con acido nelle colorazioni per batteri acido-resistenti. Due sono le specie di Mycobacterium che provocano la tubercolosi: M. tuberculosis (contagio aerogeno) e M. bovis (contagio tramite il latte). Patogenicità di M. Tuberculosis La patogenicità di M. tuberculosis è legata alla capacità di sfuggire all'uccisione da parte dei macrofagi e di indurre un'ipersensibilità di tipo ritardato. Ciò è stato attribuito a diverse componenti della parete cellulare di M. tuberculosis. 1) fattore cordale = un glicolipide di superficie che fa sì che il M. tuberculosis cresca in vitro in filamenti serpiginosi 2) lipoarabinomannano (LAM) = un importante etero-polisaccaride simile per struttura all' endotosssina dei batteri gram-negativi, in grado di inibire l'attivazione dei macrofagi da parte dell'IFN-γ 3) complemento = attivato sulla superficie dei micobatteri può opsonizzare i microrganismi facilitandone la captazione da parte del recettore per il complemento CR3 (l'integrina Mac-1) presente sui macrofagi, senza peraltro innescare l'esplosione respiratoria necessaria per uccidere il batterio. 4) una proteina da shock termico (heat shock protein) del M. tuberculosis, di 65-kD, simile alle heat shock proteins umane che probabilmente è coinvolta nelle reazioni autoimmuni prodotte da M. tuberculosis Appunti di Patologia Generale – Pag, 111
Ipersensibilità nella TBC Lo sviluppo di ipersensibilità cellulo-mediata o di tipo IV nei confronti del bacillo tubercolare probabilmente spiega l'attività distruttiva del microrganismo nei tessuti, ma anche lo sviluppo di resistenza nei confronti dello stesso. Al primo contatto con il microrganismo, la risposta infiammatoria è di tipo non specifico. Nelle successive 2 o 3 settimane, in coincidenza con la positivizzazione della reazione cutanea, la risposta diviene granulomatosa e la parte centrale dei granulomi diviene caseosa, con la formazione di tipici "granulomi molli". Infezione primaria La fase primaria dell'infezione da M. tuberculosis incomincia con l'inalazione dei micobatteri e termina con la risposta immunitaria mediata dalle cellule T che provoca ipersensibilità al microrganismo e che porta al controllo del 95% delle infezioni. Molto spesso è alla periferia del polmone che il M. tuberculosis viene prima fagocitato dai macrofagi alveolari e trasportato da queste cellule ai linfonodi ilari. Il macrofago non attivato è incapace di uccidere i micobatteri che infatti si moltiplicano al suo interno, lisano la cellula ospite, infettano altri macrofagi e a volte si disseminano per via ematica ad altre parti del polmone o in altri organi. Ruolo dei macrofagi Dopo poche settimane, si sviluppa l'immunità mediata dalle cellule T (positività della reazione al test con PPD) (purified protein derivative). Le cellule T attivate dagli antigeni micobatterici interagiscono con i macrofagi in tre modi. 1. Le cellule T helper CD4+ secernono IFN-γ che attiva i macrofagi rendendoli capaci di uccidere i micobatteri intracellulari attraverso composti intermedi dell'azoto quali NO, NO2 e HNO3. Si formano granulomi a cellule epitelioidi 2. Le cellule T CD8+ lisano i macrofagi infettati dai micobatteri attraverso una reazione Fas-indipendente 3. Le cellule T CD4- CD8- (doppia negatività) lisano i macrofagi col meccanismo Fas-dipendente senza uccidere i micobatteri. La lisi dei macrofagi porta alla formazione di granulomi caseosi (reazioni di ipersensibilità ritardata) Tubercolosi secondaria e disseminata Alcuni soggetti dopo un'infezione primaria possono infettarsi di nuovo, altri possono andare incontro ad una riattivazione di una malattia già in fase quiescente, altri ancora possono passare direttamente dalle lesioni micobatteriche primarie ad una malattia disseminata. Ciò può avvenire perché i ceppi micobatterici sono particolarmente virulenti o perché l'ospite è particolarmente recettivo.
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ESEMPIO DELL'ULCERA PEPTICA – INFIAMMAZIONE CRONICA L’epitelio di rivestimento del tratto alimentare superiore normalmente è ben protetto dagli effetti lesivi dell'acido cloridrico diluito e degli enzimi proteolitici prodotti dalla mucosa gastrica per la digestione del cibo. Se il meccanismo protettivo cessa di funzionare, l'acido e gli enzimi distruggono l'epitelio e lo stroma di sostegno (causando ulcerazione) della parete del canale alimentare, di solito a livello dello stomaco e del duodeno. In questo caso lo stimolo lesivo è persistente, perché lo stomaco continua a secernere acido ed enzimi. Il danno stimola un processo infiammatorio acuto, con formazione di un essudato dove agisce l'acido. Nella profondità dell'ulcera, nei punti più lontani dall'acido, ci saranno tentativi di organizzazione dell'essudato e si formerà un tessuto di granulazione che progredirà a formare una cicatrice collagene. In un'ulcera consolidata, tutti questi processi avvengono contemporaneamente. Perciò, un'ulcera peptica cronica è un esempio di infiammazione cronica causata dalla persistenza dello stimolo lesivo.
Possibili esiti dell'ulcera peptica a) Guarigione. Lo stimolo lesivo è vinto dal processo di guarigione, di solito perché le secrezione acida gastrica è ridotta o neutralizzata. La perdita di tessuto è colmata con la cicatrice fibrosa ed è ricoperta da mucosa cosa gastrica. L'ulcera guarisce.
b) Perforazione. I processi di guarigione e di riparazione sono travolti dal continuare del danno, prodotto dall’ acido gastrico. Il processo di ulcerazione continua, penetrando a pieno spessore nella parete e causando perforazione.
c) Cronicizzazione. Il danno prodotto dall'acido è controbilanciato (ma non superato) dalla risposta di guarigione dei tessuti. Questa situazione di stallo porta alla cronicizzazione, e l'ulcera spesso può persistere per anni. Ogni alterazione dell'equilibrio tra i due fattori in conflitto può portare ad (a) o a (b).
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ARTERIOSCLEROSI Struttura delle arterie − tonaca intima − endotelio − sottile strato di connettivo subendoteliale − lamina elastica interna − tonaca media − lamina elastica esterna − tonaca avventizia = può contenere vasa vasorum in grandi vasi Tre categorie di arterie, in base a calibro e caratteristiche istologiche: − arterie di grosso calibro o di tipo elastico, comprendenti l’aorta e i suoi rami principali (carotidi, iliache, ecc.): hanno molte fibre elastiche nella media perché sostengono più da vicino la pulsazione cardiaca (hanno la maggior sollecitazione meccanica) − arterie di medio calibro o muscolari, come le coronarie e le arterie renali: sono diramazioni delle arterie elastiche. Prevalenza di fibre muscolari lisce che si contraggono e si rilasciano inducendo vasocostrizione e vasodilatazione. − piccole arterie di diametro inferiore ai 2mm, arteriole 100-20 micron N.B. La resistenza è inversamente proporzionale alla quarta potenza del raggio del vaso. FORME DI ARTERIOSCLEROSI Il termine ARTERIOSCLEROSI significa letteralmente “indurimento delle arterie” (scleros = duro) e, più precisamente, indica un gruppo di condizioni patologiche accomunate da: − “indurimento” della parete arteriosa (cioè rigidità, perdita di elasticità) − ispessimento della parete arteriosa Tipi di aterosclerosi: • Sclerosi calcifica mediale di Monckeberg = formazione di calcificazioni anelliformi che circondano le arterie di medio calibro degli arti e dei genitali maschili in soggetti oltre i 50 anni (nella tonaca media), talora con metaplasia ossea. • non provocano protrusione, né restringimento, non danno quindi problemi, ma vengono riscontrate nelle radiografie • la patogenesi è sconosciuta • spesso i soggetti ne presentano più d'una in più sedi e possono coesistere con placche aterosclerotiche, ma non c'è correlazione causale tra le due • Arteriolosclerosi = colpisce in particolare le arteriole renali, se ne distinguono due tipi: • ialina • correlata a ipertensione (poco) => sollecitazione dei vasi => ispessimento, perché le cellule muscolari producono collagene • strettamente correlata a diabete: passaggio di sostanza ialina (vitrea) da vasi a parete delle arteriole • iperplastica • strettamente correlata ad ipertensione => ispessimento della parete (iperplasia del tessuto muscolare) a bulbo di cipolla (con tanti strati concentrici), a causa dell'alta pressione che determina forte sollecitazione meccanica => ispessimento continuo, più intenso in certi punti • Aterosclerosi = formazione di “strie”, “placche” o “lesioni complicate” in arterie di medio e grosso calibro, forma più importante di arteriosclerosi (per le sue conseguenze cliniche) ATEROSCLEROSI • La radice “atero” deriva dal termine greco che significa “pappa”, “farinata”. • Perché questo nome? ◦ La lesione tipica della aterosclerosi, l’ateroma o placca aterosclerotica, ha un cuore interno biancogiallastro, di consistenza poltacea, con grumi di colore giallastro, simile ad una pappa grumosa. • Quali vasi colpisce? ◦ L’aterosclerosi colpisce le ARTERIE di grande calibro (a. elastiche) e di medio calibro (a. muscolari) Appunti di Patologia Generale – Pag, 114
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◦ Arterie elastiche: aorta, carotidi (importanti per ictus cerebrale), a. iliache ◦ Arterie muscolari: arterie coronarie e poplitea. Dove è localizzata la lesione? ◦ Nella tonaca intima, subito al di sotto dell’endotelio, la placca protrude nel vaso
Evoluzione e conseguenze La placca aterosclerotica tende ad accrescersi e ad invadere non soltanto la tonaca intima, come è nelle placche iniziali o comunque meno estese, ma anche la tonaca media. Le placche aterosclerotiche hanno conseguenze cliniche diverse a seconda della sede, delle dimensioni, dell’approfondimento: • a livello di arterie medie o medio-piccole possono provocare occlusione e causare lesioni ischemiche (es. coronarie: infarto del miocardio; carotidi: ictus cerebrale) • a livello delle arterie di grosso calibro, distruggono l’architettura della parete arteriosa e la sfiancano, provocando la formazione di aneurismi (es. aneurisma dell’aorta) o la rottura dell’arteria • la placca è sede e causa di trombi • dagli ateromi più estesi e più friabili possono staccarsi emboli di colesterolo (ateroemboli) che vengono liberati
nel circolo. Tali formazioni si riscontrano più frequentemente nei reni. Fattori di rischio dell'aterosclerosi Si parla di causa quando si dimostra una stretta correlazione tra agente eziopatologico e patologia. Si parla invece di fattori di rischio quando nessuno di essi può essere considerato una causa, ma il legame con la patologia è correlato da osservazioni statistiche, non è causale [all'esame chiede perché si parla di fattori di rischio e non di cause]. MAGGIORI (correlazione statistica più stretta con l'aterosclerosi) • Iperlipidemia (LDL) • Ipertensione • Fumo di sigaretta (se "aspira" la correlazione è più stretta) • Diabete MINORI • Dieta ricca di grassi animali • Dieta ricca di carboidrati • Obesità • Stress, stile di vita competitivo • Sesso maschile, ma le donne dopo la menopausa hanno lo stesso rischio (prima ridotto dagli estrogeni) • Progressione dell’età • Familiarità Appunti di Patologia Generale – Pag, 115
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Iperlipidemia L’esistenza del legame fra ipercolesterolemia (aumento LDL) e aterosclerosi è dimostrata da diversi elementi: • una dieta ricca di grassi saturi (burro, uova, grassi animali) si associa frequentemente a lesioni aterosclerotiche; • nelle popolazioni con alti livelli di colesterolemia è più alta la mortalità per cardiopatia ischemica; • trial clinici hanno dimostrato che, abbassando con diete o farmaci il livello di colesterolo ematico, si riduce la mortalità per malattie cardiovascolari. • nell’animale da esperimento, l’ipercolesterolemia indotta con una dieta iperlipidica produce lesioni aterosclerotiche; • malattie genetiche che provocano grave ipercolesterolemia (es. assenza recettore LDL, lipoproteine a bassa densità, le più pericolose) determina aterosclerosi precoce; Quale tipo di iperlipidemia è associata ad aterosclerosi? • L’associazione più significativa è con elevati livelli serici di LDL o lipoproteine a bassa densità, le più ricche di colesterolo; • anche l’ipertrigliceridemia comporta un aumento del rischio. • Aumento delle IDL • Aumento di una lipoproteina anomala, la lipoproteina (a), forma alterata di LDL fortemente associata ad aterosclerosi • Al contrario: ◦ I livelli serici di HDL (lipoproteine ad alta densità) sono inversamente correlati al rischio: per questo, le HDL sono denominate “colesterolo buono”. L'ipercolesterolemia è così correlata all'aterosclerosi da avere quasi identità di causa. Cenni su altri fattori di rischio • IPERTENSIONE ◦ E’ uno dei maggiori fattori di rischio per l’aterosclerosi per qualunque età, ma dopo i 45 anni diviene il più importante. A questa età e fino ai 62 anni valori superiori a 169/95 mmHg hanno un rischio 5 volte maggiore rispetto al controllo con pressione arteriosa normale. • FUMO DI SIGARETTA ◦ 1-2 pacchetti al giorno per dieci anni aumenta il rischio del 200%. L’astensione dal fumo dimezza il rischio. Fattore di rischio sia per gli uomini, sia per le donne. • ALTERAZIONI DELL’EMOSTASI ◦ Potenziale fattore di rischio per eventi trombotici maggiori (infarto miocardico, ictus cerebrale = infarto cerebrale). ◦ Marker predittivi sono alti livelli di: ▪ inibitore dell’attivatore del plasminogeno (PAI-1) ▪ fibrinogeno plasmatico ▪ proteina C reattiva • Tutti questi fattori sono accomunati dalla capacità di danneggiare l'endotelio provocando infiammazione => risposta della parete => aterosclerosi Tipologia e aspetti morfologici delle lesioni • STRIA LIPIDICA ◦ Macchie giallastre multiple (1 mm), dapprima, poi confluenti in strie allungate (1 cm o più). Soprattutto cellule schiumose. Talora presente anche nei bambini molto piccoli e in tutte le persone dopo i dieci anni. Le strie lipidiche non sporgono nel lume (quindi non alterano il flusso sanguigno) e non hanno conseguenze cliniche. ◦ Relazione fra stria e placca: molto dibattuta. Possono diventare placche? Forse, comunque tutti abbiamo strie, ma non tutti abbiamo placche. ◦ Le strie sono presenti in tutti i tratti dell'arteria, mentre le placche soprattutto in diramazioni e biforcazioni. ◦ La stria può regredire, la placca no.
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PLACCA ATEROMATOSA
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0,3 – 1,5 cm di diametro, protrudente nel lume. Cappuccio fibroso biancastro e consistente (ma fragile come un guscio d'uovo), parte centrale interna bianco-giallastra e molliccia. ▪ si considera piccola se tra 0,2-0,3 mm, grande fino a 1,5 mm ▪ può anche essere una confluenza di più placche ▪ è una lesione eccentrica: non è centrata, ma riguarda solo una parte dell'arteria ▪ la parete dell'arteria può diventare frastagliata e irregolare => alterazioni del flusso sanguigno Tre componenti: ▪ cellulari: cellule muscolari lisce, macrofagi e altri leucociti; ▪ tessuto connettivo della matrice extracellulare (collagene, fibre elastiche, proteoglicani); ▪ depositi lipidici intra- ed extra- cellulari. Un ampio spettro di lesioni a seconda della “combine” dei diversi componenti. Cappuccio: cellule muscolari lisce e connettivo denso. Spalla: cellule muscolari lisce, macrofagi, Linfociti T ▪ macrofagi: anche cellule schiumose per fagocitosi di lipidi ▪ anche le cellule muscolari lisce possono fagocitare lipidi e trasformarsi in schiumose Nucleo: lipidi, detriti cellulari, cellule schiumose. ▪ grigiastro con granulosità gialle ▪ cristalli di colesterolo, lipidi intracellulari e extracellulari per lipidi riversati da macrofagi morti, materiale necrotico
LESIONE COMPLICATA, QUALI “COMPLICAZIONI”? • Calcificazione focale o diffusa. Fragilità del guscio d’uovo. Evidenza all’ultrasonografia o alla TC ◦ invecchiando può calcificarsi il cappuccio fibroso => si vede con l'ecodoppler • A causa della calcificazione si può avere rottura localizzata: ▪ per fissurazione = crepa nella placca => emorragie (frequenti nelle coronarie) per rottura dei vasellini del cappuccio con formazione di ematomi, con aumento del rischio di rottura della placca => il sangue può anche spandersi all'esterno con formazione di trombi • L’immissione nel torrente circolatorio di frammenti necrotici e lipidi può dare embolizzazione => ischemia in piccoli vasi ▪ per ulcerazione con conseguente esposizione di sostanze trombogeniche (tessuto connettivo => Appunti di Patologia Generale – Pag, 118
è molto trombogenico, vi aderiscono piastrine): si formano trombi che possono organizzarsi Coinvolgimento della media: atrofia da adattamento della media, perdita della componente elastica, rigidità della parete arteriosa, conseguente sfiancamento della parete con possibile formazione di aneurismi. aneurisma = dilatazione sacciforme (lesione centrica a forma di sacco) della parete arteriosa. Si forma solo nelle arterie di grande calibro perché la placca si accresce nel lume (rapidamente) tende però a comprimere la tonaca media (più lentamente) • => nelle arterie di medio calibro si occlude prima il vaso a causa della grossa parete muscolare • => nelle grandi arterie è difficile arrivare all'occlusione => si arriva ad una alterazione della struttura e ad un certo punto a sfiancamento => aneurisma ◦
PATOGENESI L’ipotesi patogenetica attualmente più accreditata è chiamata ipotesi della reazione al danno. Tale ipotesi individua l’inizio della lesione aterosclerotica nella risposta vasale ad un danno dell’endotelio. Il danno non è necessariamente fisico, può anche essere funzionale in assenza di alterazioni morfologiche. Il danno dell’endotelio (per es. da stress meccanico) aumenta la permeabilità a vari costituenti del plasma, fra cui i lipidi => essudazione lipidica => richiamo di monociti e piastrine circolanti, che aderiscono all’endotelio. Dopo l’adesione, i monociti penetrano all’interno dell’intima, fagocitano il materiale lipidico e si trasformano in macrofagi. Fattori rilasciati da monociti e piastrine stimolano la migrazione delle cellule muscolari lisce dalla tonaca media all’intima e cominciano a proliferare. Inoltre, la sintesi da parte delle cellule muscolari lisce dei componenti della matrice extracellulare porta all’accumulo di collagene e di proteoglicani => la lesione si "imbottisce" nella regione subendoteliale. Se l’insulto è singolo e di breve durata: ripristino della funzione endoteliale e regressione. Insulti cronici o ripetuti: placca ateromasica => non può più regredire. Ruolo del danno endoteliale Il danno endoteliale indotto nell’animale da esperimento mediante lesioni meccaniche, fattori emodinamici (fistole artero-venose => più velocità del sangue => più turbolenza => danno endoteliale), irradiazione, sostanze chimiche, determina la proliferazione intimale delle cellule muscolari lisce e la formazione dei tipici ateromi, se la dieta è ricca di lipidi. Le lesioni precoci si sviluppano a livello di un endotelio morfologicamente NON danneggiato. La turbolenza può essere indotta anche da ipertensione, che se si trova in concomitanza con iperlipidemia può dare origine alla placca. Nelle diramazioni e biforcazioni c'è più turbolenza => maggior sviluppo di placche. Adesione dei monociti alle cellule endoteliali Per interazione recettoriale (come nell'infiammazione). L’espressione di VCAM-1, la cosiddetta molecola di adesione endoteliale per i leucociti, è un marker molecolare precoce delle aree a rischio di lesione. Nell’uomo, l’espressione di ICAM-1 e di VCAM-1 aumenta sull’endotelio delle placche. Altre deduzioni dai modelli sperimentali Le alterazioni endoteliali provocate da fattori emodinamici (traumi chirurgici o flusso turbolento) possono spiegare la particolare distribuzione delle placche (soprattutto biforcazioni, diramazioni). Fumo, ipertensione aumentano la permeabilità dell’endotelio. Ruolo dei macrofagi La migrazione dei monociti nello spazio subendoteliale rappresenta la risposta al gradiente che si viene a creare nell’intima di vari fattori chemiotattici, come proteine della matrice, citochine infiammatorie (P-1CM = proteina 1 chemiotattica per macrofagi, FSC-M = fattore stimolante colonie per macrofago). Ruolo preminente dei macrofagi che producono anche: • IL-1, TNF che causano aumento di adesione dei leucociti • P1CM, FSC-M, che determinano l’ulteriore reclutamento di leucociti nella placca • forme tossiche dell’ossigeno che causano ossidazione delle LDL (captate dal recettore spazzino) • fattori inibenti o stimolanti la crescita (PDGF; FGF; TGF) con cui modulano la proliferazione delle cellule muscolari lisce e la deposizione della matrice. Ruolo delle cellule muscolari lisce Da dove originano? Dalla media, per migrazione o da cellule miointimali pre-esistenti La proliferazione delle cellule muscolari lisce e la deposizione della matrice extracellulare nell’intima sono i processi più importanti per l’accrescimento progressivo della placca ateromasica (anche passaggio da stria a placca). Sostanze mitogene e chemiotattiche per le cellule muscolari lisce: • stimolanti ◦ PDGF (fattore di crescita derivato dalle piastrine), prodotto non solo dalle piastrine, ma anche da MF, CE, cellule muscolari lisce Appunti di Patologia Generale – Pag, 119
◦ FGF (fattore di crescita fibroblastico) ◦ TGF-alfa (fattore trasformante alfa della crescita) = funzione mitogena e chemiotattica • inibenti: ◦ Sostanze eparino-simili (prodotte dalle cellule endoteliali e muscolari) ◦ TGF-beta (fattore trasformante beta della crescita, prodotto da cellule endoteliali e macrofagi) Il risultato è una vera e propria modulazione. Lipoproteine plasmatiche Le lipoproteine plasmatiche sono particelle globulari costituite da: • un nucleo centrale di lipidi neutri (trigliceridi ed esteri del colesterolo) • una parte esterna di lipidi polari (fosfolipidi e colesterolo libero) • apolipoproteine o apoproteine • Recettori lipoproteici riconoscono le lipoproteine e ne assicurano la captazione cellulare. Difetti genetici (primitivi o secondari) e acquisiti sono sottesi alle varie forme di iperlipidemia. Esempi di difetti genetici: • difetto del recettore per le LDL (inadeguata captazione epatica), nell’ipercolesterolemia familiare (1:500 eterozigote, xantomi tendinei aterosclerosi precoce; omozigote: infarto prima dei 20 anni) • Difetto apo-E • Difetto apoproteina B-100 Conclusioni Farmaci e vitamine antiossidanti sembrano esercitare un effetto protettivo nei confronti dell’aterosclerosi. L’iperlipidemia porta alla formazione di lesioni aterosclerotiche attraverso un danno ossidativo dell’endotelio per aumentata produzione di radicali liberi dell’ossigeno. Gli orientamenti attuali considerano l’aterosclerosi come una risposta infiammatoria dei tessuti dell’intima ad un danno (anche solo funzionale) dell’endotelio, danno che può essere provocato da diversi fattori. Meccanismi patogenetici multipli contribuiscono alla formazione ed alla progressione della placca: l’infiltrazione dei monociti, la proliferazione delle cellule muscolari lisce, la deposizione di matrice extracellulare, l’accumulo di lipidi e la trombosi. Predisposizione genetica all'aterosclerosi
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IPERTENSIONE L’ipertensione, o pressione arteriosa eccessivamente elevata, è una condizione cronica molto comune, che colpisce circa il 5% della popolazione occidentale e dà un importante contributo alle cause di mortalità umana. Il riferimento migliore per stabilire la gravità della malattia è la pressione diastolica. Il limite oltre il quale c’è ipertensione può considerarsi di 95 mm Hg nell’uomo e di 100 mm Hg nella donna. Età e pressione arteriosa • Pressione sistolica normale: 90-140 mm Hg • Pressione diastolica normale: 60-90 mm Hg La pressione aumenta con l’età e l’ipertensione è più frequente nell’età media e avanzata. E’ da considerare l’effetto delle condizioni ambientali (dieta e eccessiva ingestione di sale, obesità, stress, sedentarietà, fumo, ecc.). Pressi Sistolica (mmHg) Diastolica (mmHg) one
•
•
ottima le
< 120
< 80
norma le
< 130
< 85
alta norma le
130-139
85-89
iperte nsione lieve
140-159
90-99
iperte nsione moder ata
160-179
100-109
iperte nsione grave
>= 180
>= 110
Ipertensione essenziale = la maggior parte dei casi, quando non si riscontra una causa identificabile o una malattia associata • attinente alla costituzione • polifattoriale Ipertensione secondaria = quando è la conseguenza di altre malattie (circa 10% dei casi), ipertensione sistolica e diastolica può essere secondaria a: • Nefrosclerosi, nefriti e nefrosi • Tumori secernenti renina • Sindromi con eccesso di mineralcorticoidi (aldosteronismo, iperplasia surrenalica congenita, ingestione di liquirizia) • Sindrome di Cushing • Feocromocitoma • Contraccettivi orali • Gravidanza • Coartazione dell’aorta • Iperparatiroidismo • Ipertensione endocranica
Decorso (evoluzione della malattia) • Rapidamente progressivo, sino al decesso, con pressione diastolica > 130 mm Hg, e si definisce ipertensione maligna. • La morte avviene entro un anno dalla diagnosi ed è causata da uremia, insufficienza del ventricolo sinistro, danni renali o emorragia cerebrale. Colpisce il 5% degli ipertesi, ad una età di circa 40 anni
Appunti di Patologia Generale – Pag, 121
•
Decorso lento, in questo caso si parla di ipertensione benigna. • Frequente in soggetti di età media ed avanzata con ipertensione essenziale. Le conseguenze cliniche sono attribuibili all’aterosclerosi associata, il cui decorso è aggravato dall’ipertensione.
Conseguenze dell'ipertensione Effetti tanto più gravi quanto più elevata la pressione. 1. Alterazioni degenerative delle arterie e delle arteriole: ◦ Aterosclerosi: ipertensione => sollecitazioni emodinamiche sulla parete arteriosa => permeabilità ai lipidi => adesione piastrinica. ▪ Viene così accelerata l’aterosclerosi con malattia ischemica cardiaca, infarto del miocardio e del cervello. ◦ Ispessimento dell’intima e degenerazione ialina: specie nelle arteriole afferenti dei glomeruli renali (dove l'apparato juxaglomerulare risponde alle variazioni di pressione arteriosa col sistema reninaangiotensina), nell’ipertensione benigna. Aspetto omogeneo e vitreo (= ialino) della parete vasale; il materiale omogeneo, eosinofilo è costituito da fibrina e da fibre collagene. Il lume vasale è ristretto. Si crea così un circolo vizioso: riduzione della perfusione renale => produzione di renina => ipertensione. ◦ Ipertrofia della media: aumento della muscolatura liscia in risposta allo stimolo pressorio. L’ipertrofia diffusa aumenta le resistenze periferiche e contribuisce al mantenimento dell’ipertensione. ◦ arteriolonefrosclerosi, glomerulonefrite (le anse glomerulari sono sostituite da tessuto fibroso), nefrosclerosi maligna (ipertrofia delle arteriole a bulbo di cipolla) ◦ Necrosi fibrinoide: nelle piccole arterie e nelle arteriole si ha essudazione di plasma, frammentazione delle fibre muscolari lisce, infiltrazione infiammatoria di neutrofili, globuli rossi e deposizione di fibrina (nel preparato non si vedono più le fibre muscolari, ma solo fibrina, molto colorata con eosina, rosa). Si può avere emorragia e trombosi, oppure ispessimento fibroso dell’intima. La necrosi fibrinoide è responsabile di: ▪ ischemia e lesioni renali ▪ lesioni ischemiche della retina che possono portare a cecità ▪ emorragie cerebrali ◦ Aneurismi: il cedimento della media delle piccole arterie cerebrali porta a dilatazioni o microaneurismi, avviene soprattutto nelle arterie cerebrali. La rottura di queste porta a emorragie cerebrali, causa frequente di morte nell’ipertensione maligna. Il termine colpo apoplettico indica danno cerebrale da emorragia, trombosi o embolia. 2. Danni cardiaci ◦ Il sovraccarico del cuore dato dall’elevata pressione cardiaca porta a ipertrofia cardiaca. Aumenta quindi lo spessore delle fibre miocardiche, ma senza un corrispondente aumento della vascolarizzazione => il cuore è ingrossato e lavora sempre di più e sempre più al limite dell'ipossia. Quando l’ipertensione è molto grave si ha insufficienza ventricolare sinistra che può essere fatale. Fisiopatologia dell'ipertensione La regolazione della pressione del sangue è data dalla combinazione di diversi fattori: • Pressione arteriosa media = gittata cardiaca x resistenza periferica totale ◦ Le resistenze periferiche sono date principalmente dalle piccole arterie e arteriole, molto meno da capillari e venule. • Nell’ipertensione la gittata cardiaca è di solito normale e l’aumento di pressione è dovuto all’aumento delle resistenze periferiche, per il diminuito diametro dei vasi. • In alcuni casi l’ipertensione è causata dall’aumento del volume ematico (ipervolemia) e di conseguenza dalla gittata cardiaca aumentata. Con farmaci si può agire sulla volemia (volume ematico) => di conseguenza varia la gittata. − ipervolemia => causa di ipertensione Riflessi dei barocettori arteriosi I barocettori sono recettori di stiramento situati sotto l’avventizia di grosse arterie elastiche nei punti in cui la parete è particolarmente sottile (seno carotideo, arco aortico). Aumento pressorio => stimolazione barocettori => inibizione Appunti di Patologia Generale – Pag, 122
centrale dei centri pressori => dilatazione vasi periferici => diminuzione della resistenza periferica; contemporaneamente si ha rallentamento cardiaco per stimolazione del centro cardioinibitore vagale. Nell’ipertensione cronica o con l’invecchiamento diminuisce la sensibilità dei barorecettori e diminuisce pertanto la inibizione centrale dei centri pressori, con aumento della pressione. Adrenalina e noradrenalina Inducono aumento di pressione arteriosa mediante costrizione delle arteriole. La loro secrezione dalla midollare surrenale aumenta la pressione durante lo stress, lo stato di eccitazione, l’esercizio muscolare e l’asfissia. Il feocromocitoma, un tumore delle cellule cromaffini della midollare surrenale, produce grandi quantità di noradrenalina ed è causa di ipertensione secondaria.
Appunti di Patologia Generale – Pag, 123
Fattori emodinamici che controllano la pressione
Sistema renina-angiotensina-aldosterone
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E’ nota da tempo l’associazione tra malattie renali ed ipertensione. Si può produrre sperimentalmente ipertensione nel cane con la riduzione del calibro di un’arteria renale ◦ riduzione del flusso ematico => riduzione del flusso alle arteriole afferenti e quindi all'apparato juxtaglomerulare => rilascio di renina (enzima proteolitico che agisce su angiotensinogeno, sintetizzato nel fegato, staccando un decapeptide) => angiotensina I => enzima ACE => angiotensina II (octapeptide) => angiotensina III (esapeptide) ◦ angiotensina II e III = forme attive, provocano: ▪ vasocostrizione sulle arteriole (effetto diretto) ▪ rilascio di noradrenalina dalle terminazioni simpatiche e dalla midollare surrenale ◦ renina e angiotensina => anche implicate nella regolazione del contenuto di sodio e di acqua => + volemia => + gittata => + pressione arteriosa ▪ se c'è una riduzione della concentrazione plasmatica di sodio o della volemia (per disidratazione, perdita di plasma o di sangue) => rilascio di renina Appunti di Patologia Generale – Pag, 124
▪
angiotensina => aumenta il riassorbimento nel tubulo prossimale di acqua e sodio => + volemia
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Ipertensione si riscontra in: ◦ pielonefrite cronica ◦ glomerulonefrite cronica ◦ stenosi dell’arteria renale ◦ rene policistico (maggior pressione verso la capsula renale, che è inestensibile)
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L’angiotensina (in particolare la III) provoca la secrezione di aldosterone dalla corteccia surrenale e questo il riassorbimento di sodio nei tubuli distali. L’acqua è riassorbita con il sodio, ma è perduto potassio. Un eccesso di aldosterone porta ad una ritenzione eccessiva di sodio e acqua, ad un aumento del volume di plasma e all’ipertensione. Ciò si verifica nella Sindrome di Conn in cui l’eccessiva produzione di aldosterone provoca ipertensione per aumento della volemia e non delle resistenze periferiche (non c’è aumento di renina-angiotensina) Nelle malattie renali c’è aldosteronismo secondario alla maggior produzione di angiotensina: l’ipertensione è quindi data sia dall’aumento delle resistenze periferiche (angiotensina) sia dalla volemia (aldosterone).
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Fattori che modulano il rilascio di renina FAVORENTI
INIBENTI
Abbassamento della P sanguigna
Innalzamento della P sanguigna
Passaggio dalla posizione supina e quella eretta
Assunzione della posizione supina
Deplezione salina
Sovraccarico salino
Stimolazione beta-adrenergica
Angiotensina II
Ormoni e prostaglandine vasodilatatori
Vasopressina
Peptidi oppiacei
Inibitori della ciclossigenasi
Callicreina
Potassio
Calcitonina
Calcio
Dieta iperproteica
Endotelina
Fattori di crescita e citochine (TNF, IL-1, TGF-beta)
Fattori di rilascio di origine endoteliale (EDRF) Adenosina ANP Alcuni farmaci beta-bloccanti metildopa, clonidina)
(beta-bloccanti,
alfa,
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Sistema di compenso della risposta renale - sistema callicreine-chinine-prostaglandine Il rene esercita anche un effetto anti-ipertensivo che si oppone alle attività delle angiotensine e dell’aldosterone: il sistema renina-angiotensine è controbilanciato nel rene dal sistema callicreina-chinina che, in collaborazione con la prostaglandina PGE2 induce vasodilatazione nel rene ed escrezione di sodio e di acqua. Gli stimoli all’attivazione della callicreina sono l’aumento del volume plasmatico, l’angiotensina e l’aldosterone. Il ruolo del sistema callicreina-chinina è quindi quello di proteggere il rene dagli effetti vasocostrittori dell’angiotensina (determinerebbe ulteriore ipoperfusione dell'organo, in una condizione già di carenza) e di bilanciare gli effetti dell’angiotensina e dell’aldosterone sulla pressione arteriosa e sul volume plasmatico. E' un meccanismo a feedback che porta ad abbassamento della pressione arteriosa.
Stimolazione da parte delle chinine della sintesi di prostaglandine
Abuso di FANS => danni renali, perché inibisce la ciclossigenasi inibendo questo meccanismo di salvaguardia renale.
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Eziologia dell'ipertensione, alcune cause di ipertensione secondaria Causa Meccanismo Stenosi dell'arteria renale Ispessimento parete vasale (fibrodisplasia muscolare)
Predisposizione familiare a ipertensione arteria
renale Predisposizione familiare a ipertensione
Iperaldosteronismo primario (sindrome di Conn) Abnorme secrezione di aldosterone e ritenzione di sodio Ipercorticalismi (Sindrome di Cushing): eccesso Spill-over su recettore per aldosterone da cortisolo in eccesso e non di cortisolo trasformato in cortisone Eccessivo consumo di liquirizia (ac. glicirrizico) Acido glicirrizico inibisce la 11-b-idrossisteroido-deidrogenasi impedendo la trasformazione del cortisolo in cortisone: spill-over su recettore per aldosterone Feocromocitoma
Abnorme secrezione di catecolamine e vasocostrizione
Ipertiroidismi
Aumento della gittata cardiaca per l'aumento della frequenza. Ipertrofia cardiaca e del muscolo vascolare.
Tumori renali o extrarenali secernenti renina Abnormi livelli di renina e attivazione del signalling aldosteronico Spill-over = il cortisolo in grandi quantità agisce anche sui recettori per l'aldosterone (lo stesso meccanismo avviene anche per altre molecole). Acido glicizzirico = idrolizzato è attivato => analogo degli ormoni steroidei. Cause acquisite di ipertensione
Eziologia dell'ipertensione essenziale • aumento costituzionale, sebbene non costante, dei livelli di renina, adrenalina e noradrenalina, aldosterone, e cortisolo. La determinazione dei loro livelli dà utili indicazioni per la terapia. • Si può osservare una disposizione ereditaria famigliare alla ipertensione, su cui agiscono fattori ambientali:
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stress, sedentarietà, eccessiva assunzione di NaCl, fumo, obesità. Una azione prolungata di fattori esogeni può portare a ipertrofia della media e ispessimento dell’intima, aumento delle resistenze periferiche e quindi consolidamento degli elevati livelli di pressione. L’ispessimento ialino delle arteriole renali porta alla aumentata secrezione di renina. In alcuni casi la causa dell’ipertensione può essere un abnorme livello di aldosterone, ritenzione di sodio e acqua e quindi ipervolemia.
Familiarità per l'ipertensione arteriosa Complessivamente in Italia la familiarità per l’ipertensione arteriosa riguarda il 41% degli uomini e il 54% delle donne. • Nord Ovest: il 39% degli uomini e il 50% delle donne hanno una familiarità per l’ipertensione arteriosa • Nord Est: il 41% degli uomini e il 53% delle donne hanno una familiarità per l’ipertensione arteriosa • Centro: il 43% degli uomini e il 56% delle donne hanno una familiarità per l’ipertensione arteriosa • Sud e Isole: il 41% degli uomini e il 56% delle donne hanno una familiarità per l’ipertensione arteriosa Genetica molecolare dell'ipertensione • Iperaldosteronismo glucocorticoide rimediabile (GRA): malattia autosomica dominante in cui l’increzione di aldosterone è data da ACTH piuttosto che da angiotensina II. Mutazioni del gene dell’aldosterone sintasi e del 11-beta-idrossilasi steroideo, entrambi contigui sul cromosoma 8, danno origine ad un gene ibrido con produzione eccessiva di aldosterone nella zona fascicolata del surrene sotto il controllo dell’ACTH. Aumentano anche i mineralcorticoidi con ipervolemia. • Sindrome da eccesso apparente di mineralcorticoidi (AME): malattia autosomica recessiva in cui si osserva stimolazione eccessiva dei recettori del mineralcorticoidi (aumento di ritenzione di sodio e acqua), con livelli normali (o diminuiti) di aldosterone. Mutazione inattivante del gene per la 11-beta-idrossisteroide idrossilasi, che dovrebbe convertire il cortisolo a cortisone, che quindi si accumula e stimola il suo recettore. ◦ Nel consumo eccessivo di liquirizia, l’acido glicirretinico inibisce la 11-beta-idrossisteroide idrossilasi • Sindrome di Liddle malattia autosomica dominante in cui si ha basso livello di mineralcorticoidi, ma un canale del sodio costitutivamente attivato nel tubulo renale. Come conseguenza si ha riassorbimento eccessivo di Na e acqua, indipendente da mineralcorticoidi con conseguente ipervolemia e ipertensione. ◦ La sindrome di Liddle è causata da una mutazione di un canale del sodio (denominato ENaC) a livello del Appunti di Patologia Generale – Pag, 128
locus 16p12-p13. L'effetto della mutazione è una modificazione del canale che ne impedisce la degradazione da parte del sistema proteosomico dell'ubiquitina.
Appunti di Patologia Generale – Pag, 129
Acquaporine Le acquaporine (AQP) sono una famiglia di proteine-canale che facilitano il flusso molto veloce delle molecole d’acqua all'interno o all'esterno delle cellule di specifici tessuti che richiedono questa capacità (tubuli prossimali, eritrociti, membrane dei vacuoli delle cellule vegetali). L'acquaporina 2 è importante nel processo di riassorbimento dell'acqua nel dotto collettore, la sua attività è regolata dalla vasopressina (ADH), cioè, in seguito a ipovolemia, si ha la liberazione di ADH che controlla l'attività dell'acquaporina 2. • In assenza dell'acquaporina 2, anche se viene liberato l'ormone antidiuretico (ADH), non avviene nessun riassorbimento, per cui si verifica una patologia chiamata diabete insipido nefrogenico, a differenza del diabete insipido neurogenico, dovuto ad un mancato rilascio di ADH • Un eccesso di funzione dell'acquaporina 2 provocherebbe eccessivo riassorbimento d’acqua, ipervolemia e ipertensione Prevenzione dell'ipertensione 1. Riduzione del consumo di NaCl 2. Ridurre il peso negli obesi, perché il sangue costituisce circa il 10% del peso corporeo => contribuisce alla pressione Links
http://www.salus.it/temacuore/ipertensione.html http://www.epicentro.iss.it/ben/pre_2002/settembre02/2.htm http://www.dica33.it/argomenti/cardiologia/ipertensione/default.asp
Appunti di Patologia Generale – Pag, 130
IPERLIPOPROTEINEMIE Eccesso di lipidi nel sangue. Non tutti i lipidi hanno potere aterogeno, solo alcuni sono fattori di rischio per l'aterosclerosi. Lipoproteine plasmatiche I lipidi sono associati a proteine specifiche, dette apolipoproteine, in complessi ad alto peso molecolare. Le lipoproteine hanno una densità più bassa delle altre proteine del plasma e centrifugate in soluzioni saline di opportuna densità si muovono verso l'alto (flottazione, tendono a galleggiare). Lipidi plasmatici Una quota molto piccola dei lipidi plasmatici è libera, costituita dagli acidi grassi non esterificati (NEFA), nel plasma associati all'albumina. Il complesso NEFA-albumina non è compreso di solito tra le lipoproteine plasmatiche perché ha una densità > 1.21 g/mL, che è il limite superiore convenzionale delle tipiche lipoproteine plasmatiche. Struttura delle lipoproteine • nucleo centrale apolare (core, in inglese) costituito da lipidi idrofobici, ovvero che non hanno gruppi polari esposti => trigliceridi e esteri del colesterolo. Il colesterolo diventa apolare quando è esterificato il suo gruppo alcolico • rivestimento di lipidi polari (fosfolipidi e colesterolo libero) e proteine (apolipoproteine)
Classi di lipoproteine Classe Densità (g/mL)
Lipidi
Apoproteine
Chilomicroni < 0.94
Trigliceridi esogeni
apo-B48, anche apo-A (in circolo dalle HDL) apo-C, apo-E
VLDL
0.94-1.006
Trigliceridi endogeni
apo-B100, apo-C, apo-E
IDL
1.006-1.019
Trigliceridi endogeni
apo-B100, apo-C, apo-E
LDL
1.019-1.063
ricche di esteri del colesterolo
apo-B100
HDL
1.063-1.210
fosfolipidi ed esteri del colesterolo apo A-I, apo-A-II
Da chilomicroni a HDL diminuisce sempre di più la % di trigliceridi e aumenta il colesterolo esterificato con massimo nelle LDL. La quota proteica va da un minimo nei chilomicroni (2%) e un massimo nelle HDL (55%). Le LDL non hanno apo-E => non possono interagire con alta affinità con gli epatociti (serve apo-B e apo-E) => restano a lungo in circolo => maggior potenziale aterogeno. Appunti di Patologia Generale – Pag, 131
Chilomicroni Dall'intestino tenue i grassi alimentari vengono assorbiti, prima scissi dalla lipasi enterica, poi riesterificati, uniti a apoproteine A, B-48, C, E=> chilomicroni. I chilomicroni passano nella linfa e giungono al circolo venoso. La lipasi lipoproteica, presente sull'endotelio dei capillari di tessuto adiposo e muscolare scheletrico (ma anche di altri tessuti), scinde i trigliceridi in acidi grassi non esterificati => diventano NEFA o sono consumati nella beta-ossidazione, oppure nel tessuto adiposo possono essere riesterificati a trigliceridi di deposito. I chilomicroni in circolo scambiano con HDL apo-A, apo-C, trigliceridi e colesterolo. Dopo questo processo di scambio con HDL, cessione di trigliceridi a endotelio e poi al tessuto adiposo e muscolare, il chilomicrone perde apo-A e apo-C => resta solo con apo-B48 e apo-E => è detto residuo chilomicronico => captato dal fegato. Lipoproteine Il fegato può esportare le VLDL, che contengono apo-B-100, apo-E, apo-C. La VLDL perde parte dei trigliceridi attraverso l'interazione con la lipasi lipoproteica endoteliale => IDL => può essere captata dal fegato, oppure se resta in circolo si trasforma in LDL perdendo apo-E (resta apo-B-100). Circa il 70% delle LDL è captata dal fegato dal recettore per LDL, ma mentre le IDL possono interagire sia col recettore E (per apo-E) che col recettore B (per apo-B), le LDL possono interagire solo col recettore B, quindi con minore Appunti di Patologia Generale – Pag, 132
affinità. Una parte di LDL resta quindi a lungo in circolo. Se si ossidano possono essere captate dai recettori scavenger dei monociti/macrofagi. In caso di iperlipoproteinemie i macrofagi acquisiscono più LDL del normale e possono diventare cellule schiumose. Le HDL sono prodotte dal fegato e assorbono fosfolipidi, ma soprattutto colesterolo da IDL e dalle cellule dei tessuti (evitando un eccesso di colesterolo), tramite la lecitina-colesterolo-acil-transferasi (LCAT) possono esterificare il colesterolo e cederlo a IDL e fegato. Gli enzimi importanti nel trasporto delle lipoproteine sono: − lipasi lipoproteica (soprattutto si trova a livello del tessuto adiposo e del muscolo striato) = consente l'idrolisi dei trigliceridi di chilomicroni e VLDL, consentendo l'utilizzazione degli acidi grassi − lipasi epatica (simile alla lipasi lipoproteica) = partecipa alla lipolisi − LCAT (lecitina-colesterolo-acil-transferasi) = enzima delle HDL responsabile della sintesi della maggior parte degli esteri del colesterolo Le LDL hanno effetti sulle cellule endoteliali, sulle cellule muscolari lisce, sui monociti/macrofagi. Cellule presenti nelle lesioni aterosclerotiche possono ossidare le LDL, le LDL ossidate: • Alterano il tono vascolare • Attivano infiammazione • Tossiche per le cellule endoteliali • Chemotattiche per i macrofagi Scambio dei componenti delle lipoproteine plasmatiche I componenti superficiali di ciascuna lipoproteina scambiano con quelli di altre lipoproteine e con quelli delle membrane cellulari. Fanno eccezione le apo-B (B-100 delle VLDL e IDL, e B-48 dei chilomicroni) che non vengono mai scambiate: sono parte integrante e vi rimangono anche durante importanti trasformazioni, come VLDL => IDL => LDL o nel passaggio CM => residuo CM. Funzione delle apolipoproteine Esempi: − apo-C-II attiva la lipasi lipoproteica degli endoteli capillari dei tessuti extra-epatici − apo-A-I, apo-C-I e forse apo-D attivano LCAT (lecitina-colesterolo-acil-transferasi) − apo-B-100 e apo-E sono segnali per recettori (con maggiore affinità se sono entrambe presenti) IPERLIPOPROTEINEMIE FAMILIARI Fenotipo Lipoproteine Classe di lipidi aumentata aumentate
Rischio aterosclerosi
Alterazione genetica nota
tipo I
CM
Aumento massivo di trigliceridi
minimale
Mut. gene lipoproteinlipasi
tipo IIa
LDL
colesterolo
forte
Mut. gene per recettore apo-B o gene apo-B
tipo IIb
LDL e VLDL
colesterolo e trigliceridi
forte
Mut. gene per recettore apo-B o gene apo-B
tipo III
residui CM e IDL trigliceridi e colesterolo
forte
Mut. gene per recettore apo-E
tipo IV
VLDL
trigliceridi
tipo V
VLDL e CM
trigliceridi e colesterolo
Sconosciuto normale
Mut. gene per recettore apo-C-II
Iperlipoproteinemie familiari • deficienza familiare di lipasi lipoproteica = tipo I, autosomica recessiva • accumulo di chilomicroni nel plasma • coliche addominali ripetute • attacchi di pancreatite • xantomi (placche cutanee giallastre) • epatosplenomegalia • scarsa tendenza alla aterosclerosi • deficienza familiare di apolipoproteina C-II = tipo V, autosomica recessiva (rarissima), poiché C-II è un Appunti di Patologia Generale – Pag, 133
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attivatore della lipasi lipoproteica degli endoteli: • accumulo nel plasma di chilomicroni e VLDL • attacchi di pancreatite • siero lattescente a digiuno • non c'è tendenza all'aterosclerosi precoce ipercolesterolemia familiare = tipo II, autosomica dominante, frequente (1:500), difetto nei recettori delle LDL (B-E) presenti sugli epatociti e su molte altre cellule • omozigoti => 600-1000 mg/dL di colesterolo • eterozigoti => 250-500 mg/dL di colesterolo • aumento selettivo LDL con ipercolesterolemia • xantomi nei tendini e xantelasmi (palpebrali, anche arcus lipoides sulla cornea, prima dei 10 anni) • ateromi nelle arteriole • precoce aterosclerosi coronarica • infarti precoci del miocardio iperlipoproteinemia tipo III familiare = anomalo allele Ed al posto del normale En nel locus genetico polimorfico che specifica la struttura dell'apo-E: apo-E alterata, con scarsa affinità per i recettori epatici, quindi: • accumulo IDL • xantomi cutanei (palmari e plantari, papulonodosi) e palpebrali (xantelasmi) • grave forma di aterosclerosi precoce
Anomalie dei recettori epatici delle LDL (recettori B-E) nell'ipercolesterolemia familiare Si conoscono almeno 3 mutazioni: 1. è presente un gene che codifica per un prodotto genico che non ha proprietà di recettore 2. è prodotto un recettore con bassissima attività legante (1-10% del normale) 3. è prodotto un recettore che lega normalmente la LDL ma non è capace di trasportarla all'interno dell'epatocita DISORDINI EREDITARI DEL METABOLISMO LIPIDICO E RELAZIONE CON L’ATEROSCLEROSI Varianti di apoE Il locus genico di apoE è polimorfico (19q): E2, E3, E4 sono varianti comuni, con 6 fenotipi, che spiegano la variabilità individuale del livello di colesterolo • apoE 3/3 è il più frequente. • apoE 3/2 ha un livello di colesterolo più basso del 20% di apoE 3/3 • apoE4 è l’allele che dà il più alto livello di colesterolo • negli ottuagenari (persone tra gli 80 e 90 anni) maschi bassa frequenza di E4 e alta di E2 Lipoproteine ad alta densità • Correlazione inversa tra livello di colesterolo HDL e malattia ischemica cardiaca • apoA1 a apoCIII sul cromosoma 11 e fisicamente concatenati • Polimorfismi di apoA1 associati ad aterosclerosi precoce • I livelli di HDL variano con il genere, lo stile di vita e le abitudini alimentari • Alti livelli di HDL: genere femminile, attività fisica e moderato consumo di alcol • Bassi livelli di HDL: obesità del tronco, diabete, fumo di sigaretta, androgeni Lipoproteina(a) • Lp(a) è una particella simile all’LDL in cui l’apo(a) e legata con ponte di disolfuro a apoB-100 • Apo(a), correlata geneticamente al plasminogeno, potenzia il trasporto di colesterolo ai vasi danneggiati, sopprime la produzione di plasmina, promuove la proliferazione di cellule muscolari lisce • Lp(a) associata ad alto rischio di aterosclerosi (relazione tra aterosclerosi e trombosi)
Appunti di Patologia Generale – Pag, 134
LE ANEMIE Definizione dal punto di vista fisiopatologico: è la condizione in cui la quantità o la qualità dei globuli rossi o del patrimonio emoglobinico non soddisfa la richiesta di ossigeno nei tessuti => “ridotta capacità del sangue di ossigenare i tessuti”. Definizione dal punto di vista della pratica clinica: quando si osservi una riduzione della concentrazione dell’emoglobina al di sotto dei valori ritenuti normali per quel dato individuo. Il riferimento per la valutazione dello stato anemico è il valore della concentrazione ematica dell’emoglobina (essendo l’anemia una “diminuzione del patrimonio emoglobinico”).
Concentrazione di Hb = peso Hb (g) / volume di sangue (dL) = g/dL NB: concentrazione, non quantità! Si tratta di un valore di concentrazione in cui si assume costante il volume ematico => valutare con attenzione, bisogna tenere quindi conto: • della possibilità che la riduzione della concentrazione sia imputabile non ad una riduzione di Hb ma ad emodiluizione, come accade nella gravida nei mesi alti di gravidanza (anemia factitia = fasulla) => nell'ultimo trimestre c'è un aumento del volume plasmatico per ritenzione idrica • della possibilità che il valore di concentrazione (misurato su un campione di sangue) non sia quantitativamente rappresentativo del patrimonio emoglobinico, come può accadere, ad esempio, in una grave emorragia acuta Valori ematologici normali riferiti agli eritrociti (da esame emocromocitometrico) [non sono da sapere] • Numero degli eritrociti (in un mm3 di sangue) x 106 ◦ 4,4-5,9 nell’uomo - 3,8-5,2 nella donna • Concentrazione della emoglobina (g/dl di sangue) ◦ 13,3-17,7 nell’uomo - 11,7-15,7 nella donna • Ematocrito (volume percentuale occupato dalle cellule nel sangue) ◦ 39,8-52,2 nell’uomo - 34,9-46,9 nella donna • Volume Corpuscolare Medio (MCV) (μm3) Ht/n° ◦ 80,5-99,7 nell’uomo - 80,8-100,0 nella donna Appunti di Patologia Generale – Pag, 135
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Emoglobina Corpuscolare Media (MCH) (pg) Hb/n° ◦ 26,6-33,8 nell’uomo - 26,4-34,0 nella donna Concentrazione Hb corpuscolare media (MCHC) (g/dl di GR) Hb/Ht ◦ 31,5-36,3 nell’uomo - 31,4-35,8 nella donna
I valori vanno sempre interpretati (in particolare la concentrazione dell'Hb) in relazione a criteri fisiopatologici, ed essere confermati solo dopo l'inserimento nel contesto clinico. Ad es. in un cardiopatico c'è già una situazione di compromissione che non garantisce un apporto ematico corretto, quindi anche un valore di Hb che appare leggermente basso, ma non problematico in una persona normale, può essere importante. I criteri per la trasfusione cambiano sulla base dello stato del paziente (es. cardiopatico o no). Striscio di sangue per valutare uno stato anemico si guardano i globuli rossi e in particolare i loro: • colore = se è normale (bisogna conoscerlo per valutarlo) ◦ Normocromico: contenuto di emoglobina normale e, quindi, normale colorito; normocitico aspetto normale degli eritrociti per forma e dimensioni ◦ Ipercromia o ipocromia: maggiore o minore contenuto di emoglobina (Hb) ◦ Policromasia: colore vario degli eritrociti, da cellula a cellula • dimensioni ◦ il globulo rosso normale è grande poco più di 7 um (media circa 7,3 um), ma è variabile nei soggetti ◦ Anisocitosi: dimensioni variabili tra gli eritrociti ◦ Macrociti e microciti: eritrociti più grandi o più piccoli ▪ Microciti: per difetto di emoglobinizzazione provocato da carenza di ferro (anemia sideropenica) o da difetto di sintesi della emoglobina (talassemie). ▪ Macrociti: per eritropoiesi megaloblastica, displasia midollare • forma ◦ forma normale = biconcava ◦ Poichilocitosi: forma variabile tra gli eritrociti (a “lacrima”, ad elmetto, forme frammentate, ecc.) per presenza di aggregati deformanti ◦ Sferociti (eritrociti sferici che nello striscio appaiono fortemente emoglobinizzati): indicativi, solitamente, di un danno della membrana. Questo può essere la conseguenza di un difetto genetico o di una anomalia acquisita (es. danno da anticorpi) ◦ Cellule a bersaglio (eritrociti con un’area centrale colorata). Per formazione di aggregati intraeritrocitari. Es. talassemie ◦ Ellissociti (eritrociti di forma ovale o ellittica): in danni della membrana da difetto genetico ◦ Schistociti (eritrociti allungati): indicano un danno subito nella microcircolazione in caso di microangiopatia. Poichilocitosi di grado variabile si ha nelle anemie megaloblastiche ed in altre patologie della eritropoiesi. • Anisopoichilociti: nelle talassemie • Drepanociti (eritrociti a forma di falce): anemia falciforme • Acantocitosi: disordini genetici del metabolismo lipidico • Inclusioni: granuli di ferro (siderociti), corpi di Howell-Jolly e anelli di Cabot (residui nucleari), corpi di Heinz (precipitati di emoglobina o di subunità della globina, ad es. nelle talassemie). Si osservano soprattutto dopo splenectomia E' importante valutare anche: • Ferritina = forma di deposito del ferro, se è bassa significa che sono state esaurite anche le riserve • Transferrina = froma di trasporto del ferro • Emosiderina = prodotto di polimerizzazione e di insolubilizzazione della Ferritina • presenza di reticolociti = importantissima, perché se presenti nell'anemico indicano che il midollo osseo funziona e l'anemia è dovuta ad es. ad una emorragia, comunque non deriva da una patologia del midollo La sintomatologia dell’anemico La sintomatologia dell’anemico interessa molti organi ed apparati; gran parte di essa riflette un adattamento compensatorio cardiovascolare e respiratorio all’ipossia tissutale: Appunti di Patologia Generale – Pag, 136
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ASTENIA, DISPNEA, TACHIPNEA, CARDIOPALMO (il cuore batte forte) DA SFORZO sono fra i primi sintomi lamentati dall’anemico. PALLORE DELLA CUTE E DELLE MUCOSE, evidente nel letto ungueale (unghie), nella mucosa congiuntivale, sul palmo delle mani. Nell’anemico varia la distribuzione di sangue tra tessuti a bassa richiesta di O2, come la cute (vasocostrizione) e tessuti ad alta richiesta (miocardio, tessuto cerebrale). Secchezza della cute, delle mucose, capelli secchi e fragili. AUMENTO DELLA GITTATA CARDIACA: si verifica solo quando la conc. Hb scende al di sotto di 7-8 g/dl di sangue. Al di sotto di tale valore la gittata cresce proporzionalmente alla diminuzione di Hb, sino a 4-5 volte il normale. DIMINUZIONE DELLA VISCOSITÀ DEL SANGUE E AUMENTO DELLA VELOCITÀ DI CIRCOLO. Il sangue delle coronarie è già insaturo a riposo, per cui ogni ulteriore richiesta di O2 da parte del tessuto miocardico richiede un aumento del flusso piuttosto che una maggior estrazione di O2. Perciò, in presenza di coronaropatie, l’anemia può provocare angina. In generale, l’anemico è in uno stato iperdinamico che può portare, soprattutto un soggetto già compromesso, a scompenso cardiaco. Frequentemente compaiono SINTOMI A CARICO DEL SNC: cefalea, acufeni, vertigine, facile affaticabilità e mancanza di concentrazione nell’impegno intellettuale, irritabilità. APPARATO GASTROENTERICO: anoressia, difficoltà digestive, nausea, irregolarità dell’alvo. Caratteristico di alcune forme di anemia è il picacismo ◦ picacismo = un bimbo piccolo che mangia pezzettini di carta, gesso, pietruzze, ecc., cose asciutte soprattutto, nella gran parte dei casi è segno di anemia. I bambini, soprattutto maschi cresciuti in fretta, quando attorno ai sei mesi vengono svezzati, hanno bisogno di ferro (carne), si può instaurare anemia, difficile da diagnosticare in un bimbo così piccolo, il picacismo è un segno importantissimo
E' importante sapere se l'anemia si è instaurata velocemente o lentamente: − lentamente = è più facile che si instaurino dei meccanismi di compenso − velocemente = è più pericolosa Classificazione delle anemie Le anemie possono essere distinte in base a: • CLASSIFICAZIONE FISIOPATOLOGICA = in base alla diversità delle cause, come ad es.: • anemie da carenza di ferro • anemie emolitiche • anemie da aplasia midollare • etc. • MORFOLOGIA ERITROCITARIA • anemia macrocitica • anemia microcitica • anemia normocitica • anemie da iperemolisi Anemia microcitica L’anemia MICROCITICA è caratterizzata dalla diminuzione del diametro medio dei globuli rossi. E’ un’anemia IPOCROMICA, vale a dire con basso contenuto di Hb per globulo rosso. • per insufficiente introduzione di ferro attraverso l’alimentazione (es. tardiva introduzione di alimentazione carnea nel lattante da svezzare) • per aumentata necessità funzionale di ferro da parte dell’organismo (es. nell’adolescenza) • carenza di ferro per insufficiente assorbimento del ferro di origine gastrica o intestinale • emorragie occulte Vi sono inoltre anemie microcitiche da causa non ben definibile: • anemia ipocromica essenziale • clorosi (malattia verde delle giovanette) Anemia normocitica L’anemia NORMOCITICA è un’anemia caratterizzata da normalità del diametro medio dei globuli rossi. E’ un’anemia NORMOCROMICA vale a dire con normale contenuto di emoglobina per globulo rosso. Ciò nonostante, la diminuzione del numero di globuli rossi è tale da comportare ugualmente una riduzione del patrimonio emoglobinico totale. L’anemia normocitica può essere dovuta a: • emorragia acuta Appunti di Patologia Generale – Pag, 137
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insufficienza midollare (aplasia idiopatica primitiva o acquisita da radiazioni o infettiva)
Anemia macrocitica L’anemia macrocitica è un’anemia caratterizzata dall’aumento del diametro medio dei globuli rossi che normalmente si aggira intorno a 7,2 um. E’ un’anemia ipercromica, cioè con alto contenuto di Hb per globulo rosso. Tuttavia la riduzione del numero dei globuli rossi è tale per cui la quantità totale di Hb finisce per essere inferiore alla norma. L’anemia macrocitica da mancanza di vitamina B12 è detta “anemia perniciosa” e può essere dovuta a: • carenza alimentare di vit. B12 (rarissima, 5mg nel fegato, 1-2 ug /die il fabbisogno) • carenza del fattore intrinseco che trasporta la vitamina B12 • carenza di acido folico ◦ N.B.: la vitamina B12 e l’acido folico esercitano un’attività integrata finalizzata alla sintesi macromolecolare (DNA , soprattutto, e proteine) nelle cellule emopoietiche. La compromissione della sintesi del DNA inibisce la divisione cellulare, per cui le cellule si accrescono più in volume che in numero • cattivo assorbimento nell’intestino della vitamina B12 legata al fattore intrinseco (tale legame si verifica nello stomaco) • alterazione dell’organo di deposito (fegato) della vitamina B12 (ad esempio per cirrosi epatica) Anemie emolitiche L’anemia emolitica è un’anemia non classificabile tra le precedenti, dovuta ad iperemolisi conseguente ad alterazioni morfologiche varie degli eritrociti oppure alla presenza nel plasma di particolari fattori capaci di provocare emolisi. Tra le forme legate al difetto intraglobulare ricordiamo: • la sferocitosi ereditaria o anemia emolitica costituzionale • la talassemia maior o morbo di Cooley • l’anemia depranocitica o falciforme • il favismo (deficienza di G-6-P deidrogenasi) Tra le forme legate al difetto extraglobulare ricordiamo: • la malattia emolitica del neonato • l’anemia emolitica post-trasfusionale • l’anemia emolitica da autoanticorpi Note sull’anemia depranocitica o falciforme: • Sulla base di una mutazione genica, val al posto di glu in posizione 6 nella catena beta di Hb. Hb diviene insolubile quando, de-ossigenata, forma cristalli (tactoidi) che inducono nel gr la caratteristica deformazione Note sul favismo (deficienza di G-6-P deidrogenasi): • Il gr non resiste agli stress ossidativi indotti da fave e da alcuni farmaci (sulfamidici, fenacetina) perché è carente il GSH che dovrebbe essere rigenerato dall’enzima G-6-PD (carente per mutazione)
Appunti di Patologia Generale – Pag, 138
ERITROPOIESI Le emoglobine si presentano in diverse forme tetrameriche a seconda dello stato embrionale o adulto: 1. il primo organo emopoietico è il sacco vitellino => emoglobina ζ2ε2 (Hb Gower 1) e ζ2γ2 (Hb Portland) 2. l'emopoiesi poi passa al fegato => emoglobina α2ε2 (Hb Gower 2) 3. infine inizia l'emopoiesi midollare => emoglobina α2γ2 (Hb F, fetale) 4. emoglobina dell'adulto = α2β2 (Hb A) e α2 δ2 (Hb A2, in piccola %) Emocitoblasti = emoblasti = cellule staminali emopoietiche (progenitori) In circolo gli eritrociti prevalgono rispetto ai leucociti, ma a livello midollare c'è una prevalenza di cellule staminali della serie granulocitaria. Questo perché la vita media di un globulo rosso è 120 giorni, mentre quella dei granulociti è molto più breve. Tempo di transito compartimentale = tempo medio trascorso da una cellula in un compartimento, in questo caso si intende quello midollo-ematico. • proeritroblasti => eritroblasti basofili => e. policromatofili (inizia accumulo di Hb) => e. ortocromatici (Hb prevale) => reticolociti => eritrociti ◦ questi termini si riferiscono alla quantità relativa di Hb che si va formando rispetto alla quota di produzione proteica dell'apparato sintetico della cellula L'esperimento che ha messo in luce l'importanza delle cellule staminali è l'ablazione midollare mediante radiazioni, se poi si impiantano cellule di un altro individuo (compatibile immunologicamente) queste colonizzano il midollo osseo e soprattutto la milza, dalle quali si svilupperanno poi colonie dei tre stipiti cellulari. Si può dimostrare che ogni colonia deriva da una singola cellula (clone) e questa si chiama CFU-S (colony forming unit-spleen). Sono in G0 al momento della trasfusione, la mitosi si manifesta quando c'è richiesta cellulare, attraverso fattori di crescita entrano in ciclo: IL-3, … CFU-S => possono differenziarsi in BFU-E e poi in CFU-E sotto stimolo dell'eritropoietina => diventano proeritroblasti. Per la serie dei granulociti, si hanno inizialmente CFU miste, che devono poi separarsi nelle varie serie. Ogni giorno circa l'1% dei globuli rossi è sostituito, quindi l'1% degli eritrociti sono reticolociti. Non tutte le cellule prodotte raggiungono la maturità, normalmente ne muoiono circa il 10%, ma questa quota può aumentare in casi patologici. L'RNAm permane fino ai reticolociti (sintetizzato fino al policromatofilo) => il patrimonio emoglobinico poi resta lo stesso per tutta la vita dell'eritrocita. Il globulo rosso maturo: − utilizza il glucosio solo nella via glicolitica − anucleato (quindi non ha sintesi proteica!) − senza mitocondri − la sintesi energetica (ATP) serve alla pompa di membrana e al mantenimento dello stato ridotto del glutatione per riparare gli stress ossidativi anche a carico di Hb e proteine di membrana Lo stimolo che governa la sintesi dei globuli rossi (attività eritropoietica) è l'ipossia: − a bassa pressione parziale di ossigeno dell'aria respirata corrisponde una aumentata eritropoiesi − l'ormone è l'eritropoietina ed è prodotta dal rene, ha un'emivita di 5 ore, stimola più che altro la CFU-E probabilmente per differente quantità di recettore − aumenta la produzione di Hb − aumenta il numero di globuli rossi in circolo − vantaggi => se il soggetto è anemico − svantaggi => se è normale, aumenta la viscosità del sangue con rischi correlati − controllata dalla perfusione renale, la quale a sua volta dipende da: − gittata cardiaca − scambio di gas a livello polmonare − affinità dell'Hb per ossigeno Fattori eritropoietici − ferro = essenziale costituente dell'eme − vit. B12 Appunti di Patologia Generale – Pag, 139
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acidi folici acido ascorbico altre vitamine rame, manganese, cobalto
Ferro Contenuto nell'organismo in una quantità di 4-6 grammi in varie forme: − ferro emico = emoglobina, mioglobina, citocromi mitocondriali, citocromi microsomiali − legato a proteine di trasporto come la transferrina − legato a proteine di deposito come la ferritina (deposito più labile) e emosiderina (deposito più stabile) in fegato, milza, midollo osseo (negli istiociti) => possono metterlo a disposizione in caso di necessità Circa 1mg di ferro viene perduto ogni giorno con desquamazione, urine, feci, maggiore nelle donne per ciclo mestruale. L'apporto normalmente è molto superiore al fabbisogno, ma viene assorbita solo la quota che serve per far fronte alla perdita. Non c'è nessun meccanismo per l'eliminazione del ferro, il controllo è solo all'ingresso. Il ferro alimentare può essere: − ferro emico => da alimenti carnei => assorbimento diretto come ferro bivalente, assorbito come tale dalla mucosa enterica, non molto influenzato dalle secrezioni gastrointestinali − carne rossa => lo è perché ha molta mioglobina − ferro non emico => è legato a molecole organiche come ferro di deposito (emosiderina, ferritina) per liberarsi devono essere digerite le proteine dalla secrezione cloropeptica gastrica e deve essere legato a sostanze chelanti che lo mantengano solubile (fruttosio, acido lattico, acido ascorbico, cisteina) altrimenti precipita Apoferritina intestinale è depositata nella cellula intestinale => legando il ferro diventa ferritina, ma resta nella cellula intestinale, che può cederlo alla apotrasferrina plasmatica (che si trasforma in trasferrina, può legare 2 molecole di ferro) solo se questa non è già saturata. Se non c'è questo fabbisogno il ferro resta nell'enterocita e viene perduto con la desquamazione intestinale. − apo = capace di legare Ci sono anche dei chelanti che legano il ferro e lo rendono indisponibile. Una situazione di sovraccarico di ferro si può generare in soggetti sottoposti a ripetute trasfusioni, perché si forniscono globuli rossi e il sistema di controllo intestinale dell'assunzione di ferro è bypassato.
ANEMIE FERROPRIVE Si intendono quelle anemie nelle quali la disponibilità del ferro è diminuita o ci sono delle perdite maggiori di ferro rispetto all'apporto. Sono dette anche anemie sideropeniche. Etiopatogenesi Periodo neonatale: • prematurità neonatale (i prematuri necessitano, nel primo anno di vita, di 240 mg Fe rispetto ai 160 mg dei nati a termine) • emorragie neonatali con riduzione delle riserve di Fe • carenze di Fe nella madre • difettoso apporto per regime latteo prolungato (il latte non ha il regime di ferro necessario) Periodo dell’adolescenza: • deficit di apporto di Fe, associato alla maggior richiesta per la maggior velocità di accrescimento Adulto: • da eccesso di perdita di Fe, per sanguinamento cronico: ulcera peptica, varici esofagee, neoplasie dello stomaco e dell’intestino, emorroidi, parassiti intestinali, metrorragie, menorragie che raddoppino o triplichino la perdita ematica fisiologica. ◦ Il sanguinamento influenza più le riserve di Fe che la massa ematica: 10 ml di sangue corrispondono a 5 mg di Fe, assai più dell’assorbimento quotidiano. Ci sono le riserve, ma se il sanguinamento continua si arriva ad anemia. • Da deficit di apporto di Fe (assai più rare): difetti di assorbimento per disturbi digestivi o per gastroresezione (deficit di HCl e pepsina). Manifestazioni cliniche L’anemia da carenza di ferro è inizialmente normocromica, ma al manifestarsi di un deficit di Fe si ha anemia Appunti di Patologia Generale – Pag, 140
ipocromica e microcitica, con aniso-poichilocitosi: diminuzione del MCHC e del MCV. − MCV = volume degli eritrociti (ematocrito)/numero di eritrociti (dalla conta) Si evidenzia nel siero un aumento della transferrina insatura. La protoporfirina IX in carenza di ferro non si può trasformare in eme e si accumula negli eritroblasti => può dar luogo ad emolisi nelle zone esposte alla luce (vedi malattie fotodinamiche). Nella carenza di ferro la parte centrale dei globuli rossi è molto più pallida del normale. Emocromatosi Eccesso di ferro si può avere in caso di trasfusioni ripetute. Il ferro in eccesso si deposita nel fegato, nel pancreas, nel miocardio, sotto forma di emosiderina => si può avere una risposta di fibrosi. Le complicanze della emocromatosi sono sistemiche: − ipopituitarismo − pigmentazione cutanea − insufficienza cardiaca − cirrosi => carcinoma epatocellulare − sclerosi della milza e del pancreas => diabete − artropatia diabetica − atrofia testicolare
Appunti di Patologia Generale – Pag, 141
ERITROENZIMOPATIE CARENZA DELLA GLUCOSIO-6-P Metabolismo enzimatico del globulo rosso Non ha mitocondri, può utilizzare il glucosio per via glicolitica che porta a piruvato e lattato. L'enzima glucoso-6-P deidrogenasi trasforma il glucoso-6-P in 6-P-gluconato (shunt dell'esoso monofosfato), questa trasformazione è una deidrogenazione ed è accompagnata da trasformazione di NADP in NADPH, quest'ultimo riduce il glutatione (glicina+cisteina) ossidato a ridotto che serve per ridurre l'ossigeno singoletto o l'anione superossido che si possono produrre nei processi ossidativi. Quindi questa via è molto importante per la rigenerazione del glutatione ridotto e contrastare gli stress ossidativi. Alterazioni della G-6-PD La carenza di glucosio-6-fosfato deidrogenasi fu scoperta come risultato di ricerche sull'effetto emolitico del farmaco antimalarico primachina. Le persone carenti di G-6-PD sviluppano anemia emolitica anche se esposte a sulfonamidi, acetanilide, fenacetina, furadantin, e una varietà di altri farmaci. L'emolisi può verificarsi durante infezioni, nel periodo neonatale o, in alcune persone, per esposizione a semi di fava.
Composti che inducono emolisi nella G-6-PD [non sono da sapere!] • Analgesici: acetanilide; acido acetilsalicilico; acetofenetidina (fenacetina) • Sulfonamidi e sulfoni: sulfanilamide; suIfapiridina; diafenilsuIfone; N-acetilsulfanilamide; sulfacetamide; tiazolsulfone; salicilazosulfapiridina (Azulfadina); Sulfametossipiridazina (Kynex); • Antimalarici: primachina; pamachina; pentachina; chinocide; chinacrina (Atabrina) • Agenti antibatterici non sulfonamidici: furazolidone; furmetonolo; nitrofurantoina (Furadantin); nitrofurazone; cloramfenicolo • Miscellanea: naftalene; trinitrotoluene; blu di metilene; acido naldissico; fenilidrazina; chinina; chinidina; acido ascorbico (a dosi massicce) Alterazioni genetiche della G-6-PD Il gene per la G-6-PD è nel cromosoma X. Le femmine eterozigoti per la carenza della G-6-PD hanno due popolazioni Appunti di Patologia Generale – Pag, 142
di globuli rossi (mosaicismo): cellule con normale attività enzimatica e cellule con attività enzimatica carente. La carenza di G-6-PD può essere prontamente individuata per mezzo di un saggio legato al NADP o tramite test molecolari. La carenza di G-6-PD è largamente distribuita nelle popolazioni del mondo. Uno dei fattori che possono causare il mantenimento dell'alta incidenza di tale anormalità in alcune popolazioni è il suo possibile effetto protettivo contro la malaria da Plasmodium falciparum. Ci sono molte differenti varianti genetiche della G-6-PD: − Alcune varianti hanno attività normale e sono interessanti principalmente come marcatori genetici − La più comune delle varianti comprende la G-6-PD A (trovata in popolazioni Africane), la G-6-PD mediterranea (trovata nei Greci, negli Ebrei Sefarditi, e in altre popolazioni mediterranee) e la G-6-PD di Canton (trovata in soggetti Cinesi) − Meno comuni sono le varianti di G-6-PD funzionalmente molto carenti che causano anemia emolitica non sferocitica congenita. − Sono note le mutazioni di G-6-PD e sono state identificate le sostituzioni aminoacidiche − È nota la sequenza aminoacidica della G-6-PD normale. Le manifestazioni cliniche della carenza di G-6-PD sono quasi del tutto limitate al suo effetto sugli eritrociti. • La deficienza di G-6-PD del tipo Mediterraneo è il prototipo di deficienza grave di G-6-PD: ◦ la maggior parte dei pazienti con deficienza di G-6-PD di tipo Mediterraneo non hanno segni clinici o sintomi se non esposti a farmaci. ◦ a volte contatto (ingestione) con semi di fava o infezioni possono indurre crisi emolitiche ◦ la crisi emolitica è seguita da ittero (aumento di bilirubina circolante che deriva dall'apertura dell'anello pirrolico dell'EME dopo degradazione dei globuli rossi) che è particolarmente grave quando un soggetto con deficienza di G-6-PD contrae l'epatite (la bilirubina è prodotta negli organi emocateretici – soprattutto la milza – e nel fegato è coniugata con acido glucuronico per renderla solubile ed eliminarla con la bile, in caso di malattia epatica l'ittero si accentua) ◦ in alcuni casi si ha emolisi intravascolare anche senza il concorso manifesto di cause scatenanti, che può causare gravi disfunzioni renali, perché l'emoglobina libera si scinde nelle 4 globuline, filtrata a livello glomerulare, captata per pinocitosi dalle cellule tubulari => si accumula e forma una degenerazione a gocce ialine nelle cellule tubulari, le quali si desquamano formando cilindri ialini, che possono trovarsi nelle urine e sono segno di affezione renale (non solo in questa malattia) Patogenesi La carenza di G-6-PD provoca a sua volta carenza di NADPH necessario per la formazione del glutatione ridotto => l'Hb diventa sensibile a stress ossidativi => ossidazione di alcuni gruppi SH esposti delle cisteine ne determina alterazione => può staccarsi l'EME, che precipita e forma corpuscoli di materiale eosinofilo insolubile (corpi di Heinz?) => irrigidiscono l'eritrocita => il suo passaggio è rallentato nella milza e questo ne determina l'emolisi (alcuni perdono solo un pezzo di membrana e tornano in circolo) Quadro clinico • è classificabile come anemia emolitica normocitica ◦ anemia = drastica riduzione del numero dei globuli rossi ◦ emolitica = basata sulla distruzione dei globuli rossi ◦ normocitica = le dimensioni dei globuli rossi sono normali • Correlata ad esposizione a farmaci e fave => non c'è normalmente => in questi casi si hanno rapidi sintomi anemici (dolori lombari, ittero) => in pochi giorni si arriva a crisi emolitica ◦ Favismo = una delle forme che si presenta solo nel fenotipo mediterraneo, le sostanze chimiche della fava non sono volatili, perciò l'attacco emolitico deriva solo da ingestione, tuttalpiù da inalazione di pollini ▪ si può avere emoglobinuria se l'emolisi è anche intravascolare ▪ febbre ▪ insufficienza renale per danno tubulare Diagnosi • esami di laboratorio con valutazione ematocrito, globuli rossi, presenza di reticolociti è segno di immissione di nuovi globuli rossi in circolo • dosaggio dell'attività enzimatica lontano dalla crisi emolitica per valutare se c'è un difetto enzimatico geneticamente trasmesso Appunti di Patologia Generale – Pag, 143
◦
durante la crisi emolitica vengono messi in circolo continuamente reticolociti, che sono più attivi dei globuli rossi normali, quindi il test sarebbe invalidato da questo
SFEROCITOSI EREDITARIA La sferocitosi ereditaria (eredità dominante, 1/5000, prevalenza 1% in Europa) è una anemia emolitica congenita provocata da un difetto intrinseco dell'eritrocita che si manifesta negli eterozigoti. Dall'azione reciproca tra questo intrinseco difetto e il particolare sistema di filtro della milza deriva una prematura distruzione degli eritrociti. Gli eritrociti anormali sono sferici e vengono intrappolati nella milza dove essi sono ulteriormente modificati (“condizionati”) e alla fine distrutti. La splenectomia è curativa malgrado la persistenza dell'intrinseco difetto ereditario (soprattutto nei bambini la splenectomia può dar luogo a aumentata suscettibilità alle infezioni). Difetto della membrana nella sferocitosi ereditaria Il difetto risiede nella membrana. Si manifesta con una diminuzione nell'area della superficie di membrana, con uno specifico aumento della permeabilità di membrana al sodio, con una maggiore rigidità della membrana e con una diminuzione quantitativa dei lipidi di membrana. Si ritiene che sia alterata una proteina di membrana associata ai lipidi e correlata al trasporto del sodio. Effetti dell'eritrostasi splenica Il risultato di questo difetto intrinseco della membrana è uno sferocita con un esterno rigido e con un interno viscoso. Quando viene intrappolato nella milza ed esposto al basso pH e al basso pO2, sia la sferoidicità sia la rigidità sono aumentate. Sebbene le necessità di estrusione attiva del sodio siano soddisfatte da una aumentata velocità glicolitica di queste cellule in circolo, tali necessità non sono soddisfatte nelle condizioni di eritrostasi che si verificano nella milza. Con la deplezione energetica la regolazione attiva del flusso dei cationi e perciò il controllo del volume è perduto, la membrana perde le sue essenziali proprietà di permeabilità e nella agonia cellulare vi è una progressiva perdita dei lipidi di membrana. Distruzione degli eritrociti nella sferocitosi ereditaria Dopo ripetute esposizioni a tali condizioni nella milza, gli sferociti sono danneggiati irreversibilmente. Le cellule “condizionate” sono riconoscibili come una popolazione percentualmente minore di cellule altamente sferoidali e osmoticamente fragili nel sangue periferico. Esse sono più soggette ad essere intrappolate e all'eritrostasi nella milza. Alla fine esse sono incapaci di fuoriuscire dalla milza e subiscono l'emolisi all'interno della polpa splenica. Diagnosi Attraverso una curva di fragilità osmotica: si sottopongono i globuli rossi a diverse concentrazioni di cloruro di sodio e misurando la quota di emolisi (emoglobina liberata) alle diverse concentrazioni => si osserva che circa 1% dei soggetti hanno una fragilità osmotica aumentata (osservata in donatori di sangue). Difetti genetici Le proteine alterate possono essere le proteine associate alla membrana l'anchirina (difetto più frequentemente riscontrato), la banda 3, la spectrina, la banda 4.1. Patogenesi Il globulo rosso all'esterno è molto rigido, perché perde lipidi, all'interno è iperosmotico perché la permeabilità al sodio è aumentata => quando viene intrappolato nella milza, esposta quindi a basso pH e basso glucosio, aumenta la sfericità perché in quello stato va in sofferenza energetica e le pompe di membrana diventano carenti => ogni passaggio nella milza comporta un danno di membrana => alla fine sono incapaci di fuoriuscire dalla milza e si ha emolisi splenica Quadro clinico • anemia emolitica probabilmente accompagnata da emissione di reticolociti • ittero (blando) • calcoli biliari di bilirubina • splenomegalia • ulcere • dolori addominali • alterazioni scheletriche (per forte stimolazione eritropoietica) Appunti di Patologia Generale – Pag, 144
Diagnosi • si osserva una anemia iperrigenativa normocitica o ? • sferociti • aumentata fragilità osmotica • analisi proteine di membrana può dimostrare alterazioni quali-quantitative Terapia • splenectomia ◦ dopo i 20 anni per anemia moderata ◦ aumenta il rischio di sepsi => necessarie vaccinazioni 1/12/09 ANEMIA FALCIFORME E' stata la prima patologia correlata ad una mutazione puntiforme di un gene, scoperta da Linus Pauling, che ha dato il via alla patologia molecolare. I globuli rossi assumono forma di falce, è detta anche anemia drepanocitica (da greco, falce). Linus Pauling (2 Nobel) coniò il termine "malattia molecolare" per l'anemia falciforme. La scoperta avvenne in base al fatto che l'emoglobina è alterata (ancora non si conosceva molto del genoma) ed ha una particolare attività elettroforetica: la migrazione di parte della proteina alterata avviene più lentamente verso il catodo rispetto a quella normale. Infatti in posizione 6 della catena polipeptidica della subunità β della Hbs (s = sickle = falce) si ha la mutazione di un acido glutammico (carico negativamente, è un acido dicarbossilico) in valina (idrofobico) con perdita di una carica negativa. La mutazione è data dal cambio di una sola base nel DNA (GAG => GUG) Inoltre questa valina interagisce con un'altra valina della stessa proteina formando un occhiello terminale che abbassa la solubilità della proteina stessa, inoltre non interagisce con la subunità α (cosa che fa normalmente l'acido glutammico) e quindi anche l'eterodimero αβ è meno solubile. Portatore del trait falcemico = è l'individuo eterozigote per il gene mutato, producono 50% di Hb normale e 50% di Hbs. Risulta protetto dalla malaria perché la vita dei globuli rossi è inferiore e l'agente malarico non può riprodursi normalmente al loro interno. La riduzione di solubilità fa assumere all'Hb una forma di gel filiforme (poco solubile) che costringe il globulo rosso ad assumere la forma di falce. Si verifica prevalentemente nel microcircolo e nel circolo venoso. L'Hb ossigenata forma tetrameri, ma quella deossigenata no, per cui le subunità β mutate polimerizzano. Gli eritrociti che fanno parte del sangue deossigenato prendono di conseguenza la forma a falce. Dopo cicli ripetuti di polimerizzazione/solubilizzazione si formano polimeri insolubili che costringono gli eritrociti ad assumere la forma a falce. Gli eritrociti aumentano l'adesione all'endotelio e formano dei grumi nei piccoli vasi, con conseguenti: − cervello: ictus − polmone: polmonite, infarti, sindrome toracica acuta − milza: atrofia − rene: alterazioni − colecisti: calcoli, perché aumenta la bilirubina e a livello biliare può precipitare e dare calcoli − ossa: microtrombi nei canali haversiani con diminuzione del nutrimento osseo La condizione non è molto grave, tanto che esistono atleti portatori.
ANEMIE MEGALOBLASTICHE Causate da carenza di vitamina B12 o di acido folico. Ne consegue difetto nel metabolismo del DNA e quindi della proliferazione e della maturazione cellulare nei tessuti in attiva proliferazione: midollo osseo, epiteli, gonadi, tessuto nervoso che ha un'attiva sintesi di RNA anch'essa compromessa da carenza di B12. Nel midollo osseo si ha produzione di eritrociti di forma anomala (eritropoiesi megaloblastica) con presenza in circolo di GR più grandi (macrociti). I megaloblasti (precursori eritroidi megaloblastici) rappresentano una forma più primitiva della maturazione eritrocitaria, con aspetti simili a quelli fetali. La produzione di Hb può avvenire normalmente, a causa di una asincronia tra maturazione nucleare e citoplasmatica. Vitamina B12 Ha 4 anelli pirrolici, al centro un atomo di cobalto, può avere diversi sostituenti. E' una vitamina idrosolubile, quindi di norma non passa la membrana cellulare. Nello stomaco l'acidità e la digestione peptica distaccano la B12 dalle proteine a cui è legata. La B12 si lega ad una Appunti di Patologia Generale – Pag, 145
glicoproteina detta fattore intrinseco prodotta dalle cellule parietali del fondo dello stomaco. Nell'ileo si trova il recettore per il FI, lo lega, entra nell'enterocita, si libera al polo vascolare e si lega alla transcobalamina (I e II) che la portano agli organi di utilizzazione e al fegato, dove si accumula. Fabbisogno quotidiano min. di B12: 1 ug/die, c'è una riserva di B12 nel fegato i circa 2 mg => riserva per alcuni anni. B12 interviene in 2 processi: − conversione di metil-malonil-coA in succinil-coA − carenza di B12 => accumulo di metil-malonil-coA (si rileva nelle urine) => danni cerebrali nel neonato − sintesi dei due desossiribonucleotidi purinici − carenza di B12 => ridotta/mancata sintesi del DNA − conversione dell'omocisteina in metionina, aiutata anche da acidi folici − carenza di B12 => aumento di omocisteina in circolo => aumento del rischio di aterosclerosi e trombosi Acido folico Captato direttamente nell'ileo con il poliglutammato. La carenza di B12 compromette più la sintesi del DNA che non quella proteica => la quantità di Hb non è ridotta negli eritrociti, i cui precursori diventano molto grandi perché la sintesi di Hb è continua senza divisione cellulare. Megaloblasti = precursori eritroidi nel midollo osseo Macrociti = globuli rossi ingrossati e ipercromatici Granulociti ipersegmentati = granulociti con numero di lobi superiore a quello ordinario Esperimento di Castle (1925) Castle somministrò della carne macinata bovina a soggetti volontari sani => prelevando con una sonda gastrica il materiale dopo un certo tempo e iniettandolo nello stomaco dei soggetti affetti, questi ultimi andavano incontro a miglioramento, presentando una crisi reticolocitaria (picco di emissione in circolo di reticolociti) entro pochi giorni => significa che c'è avvio di una eritropoiesi normale. − I reticolociti sono degli eritrociti giovani, privi di nucleo cellulare, che sono stati appena immessi nel circolo sanguigno e conservano per qualche tempo (circa 24 h) un esiguo numero di ribosomi. È proprio questa caratteristica a determinare la loro denominazione. Infatti con una particolare colorazione precipitano sotto forma di sostanza granulosa e filamentosa: "reticolare". [da: Wikipedia] La carne bovina pertanto doveva contenere un fattore estrinseco (la vit. B12), mentre il succo gastrico dei soggetti sani un fattore intrinseco. Anche la dieta contenente fegato crudo migliora la situazione: contiene grande quantità di B12, che pertanto può essere assorbita (in piccola parte, ma sufficientemente) anche in assenza di FI. Si vide come lo stesso fattore (B12) era anche un fattore di crescita batterico: si poterono fare esperimenti in vitro per determinare la sostanza e purificarla. L'identificazione e la purificazione della B12 fu un lavoro lunghissimo, che richiedette un avanzamento delle conoscenze anche in microbiologia. Causa della carenza di B12 => come si giunge all'anemia perniciosa 1) Ridotto apporto dietetico: nell’alimentazione esclusivamente vegetariana (raro) 2) Ridotto assorbimento da mancanza di fattore intrinseco. Può essere: − congenito (autosomico recessivo, raro) − secondario a gastrectomie 3) Difettosa utilizzazione, perché un'alterazione della flora batterica intestinale può portare ad un eccessivo consumo della B12 nell'ileo e quindi un inferiore assorbimento 4) Atrofia della mucosa gastrica => CAUSA PIÙ FREQUENTE − su predisposizione genetica, c'è una familiarità, più frequente in soggetti di certe popolazioni (Scandinavi), c'è un'associazione col gruppo sanguigno A − ha una patogenesi autoimmunitaria − caratterizzata da infiltrazione linfocitaria, assenza di secrezione cloro-peptica anche dopo stimolazione con istamina e prostaglandine − sono evidenziabili autoanticorpi contro le cellule parietali delle ghiandole gastriche, nonché IgG e IgA contro il fattore intrinseco nel siero, nella saliva e nel succo gastrico 5) Ridotto assorbimento di B12 nell'ileo a causa di: − resezioni chirurgiche dell’ileo − ileiti (infiammazione dell'ileo) − morbo di Crohn = infiammazione cronica dell'apparato gastrointestinale, più frequentemente dell'ileo terminale e del colon − diverticoli con stasi e alterazione flora batterica Appunti di Patologia Generale – Pag, 146
− infestazioni da elminti 6) Deficit congenito di transcobalamina. Disturbi caratteristici dell'anemia perniciosa − anemia − glossite atrofica = la lingua è liscia senza papille, fessurata e ulcerata − sindrome neurologica − si manifesta con degenerazione dei cordoni laterali e dorsali del midollo spinale: inizialmente si ha rigonfiamento di singole fibre mieliniche, e poi confluenza in larghi foci che coinvolgono molti sistemi di fibre − degenerazione a chiazze nella sostanza bianca del cervello. − vari quadri clinici: manifestazioni cerebrali con “pazzia megaloblastica”, alterazioni del gusto e dell’olfatto, difetti della vista con scotoma centrale e atrofia del nervo ottico, atassia (ridotta funzione dei cordoni dorsali), neuropatia periferica e paraplegia spastica − in aggiunta alle lesioni neurologiche c’è colorito itterico per aumento della bilirubina non coniugata (dovuta a morte precoce dei globuli rossi) e, in 1/3 dei casi, splenomegalia Anemia da carenza di acidi folici Causa della carenza di acidi folici: − Ridotto apporto: dieta povera in frutta e verdura; − Ridotto assorbimento: malattie del digiuno: morbo celiaco, malassorbimento, sprue tropicale − Aumentato fabbisogno: gravidanza; aumentata attività midollare come nelle anemie emolitiche croniche, sindromi mieloproliferative − Iatrogene: Farmaci antiblastici, come il metotrexate e antifolati; farmaci anti-convulsivanti, probabilmente alterando l’assorbimento intestinale − Il quadro clinico è simile a quello da carenza di B12, ma mancano i sintomi neurologici Fisiopatologia delle anemie megaloblastiche − Sono un esempio di eritropoiesi inefficace. Anemia marcata => eritropoietina => iperplasia midollare con distruzione intramidollare di precursori eritrocitari perché alterati. − L’eritropoiesi midollare è aumentata sino a 3x rispetto alla norma, ma l’effettiva produzione di GR è assai inferiore alla norma. I GR in circolo hanno vita più breve. − si arriva a 1,5-2 milioni/mm3 di globuli rossi circolanti − Con la somministrazione di B12 o di acido folico si ha entro 24 - 48 h una “crisi reticolocitaria”, aumentano i GR in 3-5 giorni con un picco dopo 7-10 giorni − guarigione entro 3 mesi
TALASSEMIE Le SINDROMI TALASSEMICHE o TALASSEMIE sono disordini ereditari della sintesi emoglobinica nelle quali un difetto genetico comporta riduzione o abolizione della sintesi di una o più catene globiniche con alterazione dei normali rapporti fra le diverse catene globiniche e con conseguenze ematologiche e cliniche di diversa gravità. Si tratta di forme particolari di anemia. Le anemie possono essere classificate secondo criteri fisiopatologici (seguiti fino ad ora), oppure morfologici: − anemie microcitiche − anemie macrocitiche − anemie normocitiche (tipica delle emorragie acute) Le anemie emolitiche e talassemie sono sindromi che non trovano posto in questa classificazione. Così chiamate (talassa = mare in greco) perché si tratta di sindromi diffuse in popolazioni che vivono nelle zone situate lungo il bacino del Mediterraneo. Difetti genetici causa di talassemia I difetti genetici che sono alla base delle sindromi talassemiche sono molto numerosi ed eterogenei, mentre le loro espressioni cliniche o fenotipiche sono relativamente limitate: ne consegue che lo stesso quadro clinico può essere dovuto ad alterazioni genetiche estremamente diverse. Diffusione nel mondo e in Italia Le sindromi talassemiche sono probabilmente le condizioni morbose ereditarie più diffuse nel mondo: bacino del Mediterraneo, Sud-Est asiatico, Nord Africa, Nord America. In queste regioni sono diffuse anche alcune varianti Appunti di Patologia Generale – Pag, 147
strutturali dell’Hb (es. HbS) per cui non è infrequente che uno stesso individuo possa essere simultaneamente portatore di uno o più geni per una sindrome talassemica. Grande eterogeneità genetica e, in piccola parte, clinica. Il quadro clinico varia soprattutto quantitativamente. In Italia la regione più colpita è quella del delta padano (Ferrara-Rovigo), ma anche la Calabria e la Sardegna. L'emoglobina E’ una proteina tetramerica ed è una proteina coniugata. E’ infatti costituita da quattro subunità e ciascuna di queste è costituita da una catena polipeptidica e da un gruppo ferroso, l’eme (parte prostetica della molecola). Le quattro catene polipeptidiche sono uguali a due a due e costituiscono la parte proteica vera e propria della molecola. La globina è sintetizzata nei ribosomi, mentre l’eme nei mitocondri. Costituita da due catene di tipo alfa e due di tipo beta: − sul cromosoma 16 si trovano i geni per le catene di tipo alfa (ζ, α, α => ci sono due geni per α) − ζ = zeta − sul cromosoma 11 si trovano i geni per le catene di tipo beta (ε, Gγ, Aγ, δ, β) Diverse combinazioni tra due catene di tipo alfa uguali tra loro e due catene di tipo beta uguali tra loro danno i diversi tipi di emoglobina: − embrione − Hb Gower 1 ( ζ2 ε2) − Hb Portland ( ζ2 γ2) − Hb Gower 2 (α2 ε2) − feto − Hb F (α2 γ2) − adulto − Hb A2 (α2 δ2) − Hb A (α2 β2) Classificazione genetica delle talassemie • α-talassemia: sintesi ridotta o nulla di catene α ◦ tipiche del sud-est asiatico, zona in cui la α-talassemia maior è la causa più frequente di morte fetale • β-talassemia: sintesi ridotta o nulla di catene β ◦ quelle che osserviamo in Italia • δβ-talassemia: sintesi ridotta o nulla di catene δβ • γδβ-talassemia: sintesi ridotta o nulla di catene γ nella vita fetale e di catene δ , β nella vita adulta Classificazione clinica delle talassemie • Thalassemia maior: forma grave nella quale la sopravvivenza dipende dalle trasfusioni (e da terapia chelante del ferro) • Thalassemia intermedia: condizione meno grave, ma sintomatica, con Hb compresa fra 6 e 9 g/dl e fabbisogno solo saltuario di trasfusioni • Thalassemia minor: lieve anemia (Hb > 9g/dl) e modiche manifestazioni cliniche • Thalassemia minima o trait talassemico: assenza di anemia, alterazioni degli eritrociti e della composizione emoglobinica α0 = condizione di mancanza di catene α α+ = condizione di riduzione di catene α α-TALASSEMIE Siccome abbiamo 2 geni per catene α per ogni cromosoma 16 => ci sono diverse possibilità di malattia a seconda di quanti geni sono mutati: − 1 mutaz => tratto α-talassemico tipo 2 – portatore sano − può essere del tutto asintomatica − pone problemi di diagnosi differenziale con anemia sideropenica e sferocitosi ereditaria attraverso studio dello stato del ferro − si può fare un rapporto tra quantità di sintesi di catene α e β è indicativo della malattia (nel tratto αtalassemico 0.7-0.9; nella malattia da HbH 0.4; nell'individuo normale è 1) − 1 mutaz su un cromosoma + 1 mutaz sull'altro => tratto α-talassemico tipo 1 omozigote − può essere del tutto asintomatica − 2 mutaz sullo stesso cromosoma => tratto α-talassemico tipo 1 eterozigote Appunti di Patologia Generale – Pag, 148
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− può essere del tutto asintomatica 2 mutaz sullo stesso cromosoma + 1 mutaz sull'altro => malattia da HbH (β4) − quadro clinico di talassemia intermedia − la HbH ha un eccesso di catene β che le conferisce un'affinità molto elevata per l'ossigeno con conseguente ipossia tissutale 2 mutaz su ogni cromosoma (tutti i geni sono mutati) => idrope fetale γ 4 (leggi: ìdrope) => è la causa più frequente di morte intrauterina nel sud-est asiatico, la morte sopraggiunge tra la 25a e la 40a settimana di gestazione, oppure pochi minuti dopo la nascita, se l'Hb embrionale è restata sufficientemente a lungo
β-TALASSEMIE In questo caso abbiamo un gene solo per ogni cromosoma 11, quindi è più facile che si abbia manifestazione clinica in caso di mutazione: − mutazione di un gene = β-talassemia minor, tratto β-talassemico, β-talassemia eterozigote − eterogeneità nell'espressione clinica del difetto genetico − mutazione grave di un gene e meno grave sull'altro (questo funziona, ma in maniera ridotta), oppure mutazione non grave su entrambi i cromosomi (funzionano, ma in maniera ridotta) => β-talassemia intermedia (tipo 2 e 3) − mutazione grave su entrambi i cromosomi => β-talassemia maior (o β-talassemia omozigote, o morbo di Cooley) Morbo di Cooley Esordisce attorno ai 6 mesi di età (prima ci sono residui di Hb fetale, che non contiene catene β) con uno stato anemico, i sintomi sono aspecifici: ritardo nella crescita, difficoltà a guarire dagli stati febbrili, pallore. Se viene eseguito un esame del sangue si nota subito microcitemia. Se invece non viene riconosciuto la malattia progredisce e a 1-2 anni di età si hanno: − epatomegalia e splenomegalia con addome batraciano (a rana, molto gonfio) − alterazioni scheletriche tipiche: fronte espansa, zigomi sporgenti, mascella ipertrofica (quindi i denti dell'arcata superiore tendono a rimanere sempre scoperti), naso che tende ad infossarsi − cranio a spazzola = assottigliamento delle ossa piatte del cranio per ipertrofia del midollo osseo al loro interno => si formano trabecole ossee a filamento/spazzola (visibile in radiografia) − rarefazione porosa delle ossa di mani e piede e tibia a sciabola (visibili in radiografia) − ritardo della crescita − anemia ipocromica e microcitica grave − anisopoichilocitosi = eterogeneità di forma e dimensioni delle cellule nello stesso striscio di sangue Dopo splenectomia (che in genere viene eseguita in questi pazienti) si trovano tanti globuli rossi alterati che restano in circolo, che prima venivano rimossi dalla milza: − siderociti = si colorano con blu di Prussia, contengono depositi di ferro Infatti si ha in questi casi patologia da sovraccarico di ferro, che si verifica per aumento dell'assorbimento intestinale anche in bimbi non trattati. I non trattati muoiono entro i 5-6 anni di vita per patologia da sovraccarico di ferro, soprattutto con danno a carico di cuore => scompenso cardiaco, fegato => fibrosi e poi cirrosi, ghiandole endocrine, pancreas => alterazioni funzionali => spesso diabete, gonadi (soprattutto nel maschio ipogonadismo). I pazienti trattati solo con ripetute trasfusioni vivono fino a circa 20 anni, poi muoiono per sovraccarico di ferro (che derivava anche dalle trasfusioni stesse aggravandola). Se i pazienti sono trattati il sovraccarico di ferro compare più tardi, ma in maniera più severa se non si somministrano chelanti del ferro. Questi pazienti muoiono attorno ai 30 anni, sempre a causa dei depositi di ferro nei tessuti. Fisiopatologia del morbo di Cooley All’interno degli eritroblasti: assenza di catene β, eccesso di catene α che, incapaci di formare tetrametri, precipitano nell’eritroblasto, danneggiandolo irreversibilmente e provocandone la morte intramidollare (eritropoiesi inefficace). I pochi eritrociti immessi in circolo vanno incontro a sequestro da parte degli organi emocateretici e, così, a precoce emolisi (iperemolisi periferica). Vengono prodotti molti globuli rossi, ma sono deformi e tanti vanno anche in circolo. L’eritropoiesi inefficace e l’iperemolisi periferica sono cause di anemia. L’anemia è a sua volta stimolo per l’increzione di eritropoietina renale con conseguente iperplasia midollare eritroblastica (deformità scheletriche). Il vantaggio selettivo a livello midollare degli eritroblasti in cui sono sintetizzate catene γ , porta all’aumento dell’Hb fetale. Questo riduce la formazione di eritroblasti con precipitati di catene α intraglobulari, ma accentua la situazione anemica per l’elevata affinità dell’HbF per l’O2 che, perciò, non è ceduto ai tessuti => la condizione anemica si esaspera e alimenta il circolo vizioso. Appunti di Patologia Generale – Pag, 149
La forte stimolazione del midollo osseo ne produce ipertrofia e iperplasia, che sono la causa delle deformità scheletriche in quelle sedi dove riesce meglio ad espandersi (mascella, zigomi, cranio, mani, ecc). Nota: Non si sa perché, ma si è osservato che nei soggetti con β-talassemia intermedia si hanno un meccanismi di compenso non presenti nei soggetti con talassemia maior: − degradazione di catene α in eccesso => diminuisce la deformità dei globuli rossi e quindi l'emolisi intramidollare − aumento della sintesi di Hb A2 (α2 δ2) Metodi diagnostici • Esame emocromocitometrico (Hb, MCH, MCHC, MCV) • Esame dello striscio di sangue periferico per lo studio della morfologia eritrocitaria • Conteggio dei reticolociti (forte aumento, molti GR immaturi sono immessi nel torrente circolatorio) • Esame della resistenza osmotica eritrocitaria (importante, selettivo, perché i GR dei talassemici sono molto più resistenti dal punto di vista osmotico rispetto ai normali) • Esame elettroforetico dell’Hb (mette in evidenza le varie forme di globine e la loro quantità quindi il rapporto) • Valutazione quantitativa dell’Hb fetale mediante tecnica della denaturazione alcalina • Valutazione quantitativa dello stato del ferro (sideremia e transferrinemia, ferritina sierica) ◦ importante soprattutto nel tratto talassemico perché qui spesso si osserva una microcitemia, che potrebbe essere dovuta ad anemia sideropenica • Diagnostica molecolare (studio dei geni dell’Hb, di esecuzione non routinaria) • Studio della sintesi delle catene globiniche in vitro (per mettere in evidenza il rapporto tra le varie catene globiniche) • Estensione degli studi ai familiari Genetica molecolare Una grossa delezione è in genere associata a inattivazione di geni, quindi a problematiche gravi, ma talvolta spesso anche piccole mutazioni puntiformi possono avere gravi conseguenze. • Frameshift = slittamento nella lettura del codice per delezione di uno o più nucleotidi • Creazione di un codone di stop o di un codone non senso = ad esempio per mutazioni puntiformi, con prematuro arresto della traduzione Interferenza nello splicing degli esoni = per mutazioni anche puntiformi nella giunzione esone-introne e • interferenza nella riunione degli esoni dopo la scissione dagli introni. Associate a talassemia β+ Creazione di nuovi siti di splicing => incorporazione di una parte dell’introne nell’esone per cui l’mRNA non • può essere usato per una sintesi di catene normali. Sono associate a talassemia β0 • Mutazione di una singola base nelle regioni regolatrici situate upstream rispetto alla posizione 5’ con interferenza nella trascrizione di mRNA Delezione di segmenti genici comprendenti numerose basi (sino a 600). Associata a talassemia β0 •
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GLI ITTERI Le anemie sono spesso accompagnate alla distruzione dei globuli rossi, da cui può derivare un aumento di bilirubina nel sangue => conferisce colorazione giallastra di cute, sclere, mucose (anche se in realtà, essendo già rosa, è difficile che diventino gialle). Etiologia • aumentata emolisi midollare o splenica => aumentata liberazione di bilirubina • Emolisi intravascolare => viene liberato tutto l'EME e filtrato a livello renale => non c'è aumento di bilirubina • La bilirubina dovrebbe essere captata dal fegato e qui modificata, ma questi due eventi possono non avvenire Ci sono quindi 3 cause possibili: − pre-epatica = per aumento di eritrocateresi − epatica = per difetto di captazione (sindrome di Gilbert) o di coniugazione − per epatiti e altri problemi epatici − post-epatica = per calcoli nelle vie biliari => rigurgito di bile => finisce nel sangue Per comprendere le cause è importante determinare se la bilirubina è: − diretta = direttamente rilevabile (titolabile) nel siero con reazione colorimetrica, perché è stata coniugata nel fegato con 2 molecole di acido glucuronico => si rileva nel siero senza artifici − indiretta = quando deve essere estratta con alcol, perché non è coniugata e quindi non è idrosolubile (è legata labilmente all'albumina) Struttura della bilirubina Deriva dall'apertura dell'anello tetrapirrolico dell'EME. E' fotosensibile => può essere degradata dall'esposizione alla luce. Produzione di bilirubina Catabolismo: apertura dell'anello dell'EME + fenomeni di riduzione => si stacca il ferro => prodotto lineare non idrosolubile => veicolata nel sangue complessata a proteine, per lo più albumina => arriva al fegato => recettori superficiali che la legano e la trasportano nel citoplasma dove trova la ligandina (o proteina Y) e proteina Z. Nel fegato si lega attraverso l'enzima glucuronil trasferasi all'acido glucuronico (2 molecole) => diventa idrosolubile. Solitamente va nella bile e costituisce il suo colore verdastro scuro. A volte dopo la coniugazione con acido glucuronico, se c'è un'ostruzione delle vie biliari viene rigurgitata nel polo sinusoidale => la si ritrova nel sangue anche in forma coniugata. Bilirubina serica normale: 1 mg/dL [0,3 - 1,2] − 70-80% non coniugata (indiretta, pre-epatica, che viene dagli organi emocateretici) − 20-30% coniugata (diretta, post-epatica) Ittero = quando la bilirubina serica sale sopra 2-2,5 mg/dL [può arrivare anche a 20-30 mg/dL] − pre-epatico => per eccesso di emolisi, eccesso di produzione della bilirubina − anemie sideroblastiche, talassemie, drepanocitosi, eritroenzimopatie, sferocitosi ereditaria => tutte malattie in cui è aumentata la distruzione dei globuli rossi − epatico (o epatocellulare) => − sindrome di Gilbert = difetto lieve nella captazione epatica della bilirubina e della glucuronil-transferasi (non dà segni clinici) − sindrome di Crigler-Najjar tipo II => deficit della glucuronil-transferasi − sindrome di Dubin-Johnson => difetto nella escrezione di bilirubina dagli epatociti alle vie biliari − se c'è un difetto di coniugazione della bilirubina, questa manca nella bile => le feci sono acoliche => ipocolorate (ci sono i sali biliari, acido colico e desossicolico che servono per la emulsificazione dei lipidi, ma non i pigmenti biliari) − danni epatici da: − sindrome da ritenzione biliare => aumento della bilirubina coniugata, con colalemia (sali biliari nel sangue, danno prurito intenso) − insufficienza epatocellulare (es. per cirrosi) => riduzione anche delle proteine seriche (albumina, fibrinogeno, ecc.) − necrosi epatica es. per epatite virale grave => fuoriuscita delle transaminasi epatiche − infiammazione acuta del fegato => aumento di VES e proteine della fase acuta − post-epatico
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−
calcoli nelle vie biliari => la bile finisce nel sangue
PATOLOGIA GENERALE DELLE INFEZIONI MICROBICHE INTERAZIONE DEI MICRORGANISMI CON L’OSPITE: IL PARASSITISMO Storicità delle malattie infettive La diffusione di grandi epidemie, il sorgere ed il tramontare di malattie infettive acute e croniche sono correlati alle modificazioni che l’uomo apporta all’ambiente naturale. L’esempio più dimostrativo della storicità delle malattie infettive è dato dalla TBC. Il declino o la scomparsa di una malattia infettiva è in rapporto con il progresso scientifico (scoperta dell’agente eziologico e delle sue proprietà biologiche) e con quello sociale (migliori condizioni abitative e igieniche, riduzione della giornata lavorativa, abolizione del lavoro minorile). Origine delle malattie infettive Origine filogenetica: saprofiti casualmente penetrati nei tessuti animali possono aver dato origine per mutazioni e selezione a parassiti; la produzione di tossine e di altri fattori della patogenicità divengono fattori selettivi favorevoli per il parassita quando attenuano le difese dell'ospite, ma sfavorevoli per il parassita se comportano la morte dell’ospite. Perciò le condizioni per l’evoluzione dei parassiti sono la patogenicità e la contagiosità, insieme all’associazione ecologica con animali gregari. Comparsa di nuove malattie infettive Il 1979 è stato dichiarato dall’OMS l’anno della estinzione ufficiale del vaiolo. Altre malattie da infezione batterica e virale sono scomparse o vanno scomparendo, come la poliomielite. Intanto si assiste alla comparsa di nuove malattie, causate da microrganismi cosiddetti opportunisti, ospiti abituali dell’uomo, del naso-faringe, dell’intestino, della cute. Le condizioni per l’instaurarsi di infezioni opportunistiche sono due: modificazioni dell’ecologia del parassita e compromissione delle difese dell’ospite Interazioni biologiche • Simbiosi: associazione tra due specie • Mutualismo: associazione con vantaggio reciproco delle specie simbionti (es. nei ruminanti i batteri demoliscono la cellulosa => i batteri si trovano in una nicchia ecologica che consente loro la sopravvivenza, la mucca riceve composti digeribili) • Commensalismo: associazione con vantaggio della specie commensale senza danno per l’ospite, che anzi ha solo un rischio (es. stafilococchi della cavità nasale) • Parassitismo: associazione tra due specie, delle quali una (parassita) trae vantaggio mentre l’altra (ospite) riceve danno Opportunisti = che vivono normalmente nell'organismo umano, ma che possono diventare patogeni se si trovano in tessuti in cui non stanno normalmente o se c'è compromissione delle difese immunitarie dell'ospite.
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Forme di parassitismo
Parassiti Facoltativi Obbligati microrganismi in grado di microrganismi che non possono vivere vita indipendente al di vivere, o che sopravvivono solo fuori dell’ospite (bacillo del per poco, fuori dell’ospite (ad tifo, del colera, del carbonchio) es. gonococco) Occasionali Saprofiti microrganismi simbionti con microrganismi che vivono l’uomo in associazione di nell’ambiente nutrendosi di commensalismo che possono materiale in decomposizione e occasionalmente acquisire possono occasionalmente comportamento parassitario assumere comportamento (ad es. bacterium coli) parassitario Postulati di Koch L'agente di una malattia infettiva: 1. deve essere presente in tutti i casi di malattia e la sua distribuzione nel corpo deve essere conforme alla sede e alla natura delle lesioni patologiche 2. non deve essere presente in caso di altre malattie né in individui sani 3. deve poter essere isolato dai tessuti lesi e crescere in coltura pura per parecchie generazioni 4. l’introduzione, in un animale sensibile, del microrganismo cresciuto in coltura pura deve riprodurre la malattia; il microrganismo deve poi poter essere isolato di nuovo dai tessuti lesi della malattia sperimentale Lo straordinario aumento delle conoscenze sulle malattie infettive sostenute da batteri, avvenuto negli ultimi lustri del 1800, condusse Robert Koch (1843-1910), con il suo maestro Henle, a formulare i suoi postulati. I postulati di Henle-Koch hanno contribuito in modo determinante allo sviluppo del concetto di «causa» in medicina. Il fondamento dei suoi postulati è valido ancora oggi: ad esempio, la visione secondo cui un dato microrganismo causa una determinata malattia è alla base della dimostrazione (avvenuta nel 1977) che la "malattia dei legionari" è provocata da un batterio o che l'AIDS è provocata da un virus (anni '80). L'elaborazione dei postulati derivava soprattutto dall'esperienza che Henle e Koch avevano accumulato nel campo della tubercolosi dell'uomo; il suo agente etiologico, Mycobacterium tuberculosis, è stato denominato «bacillo di Koch» proprio in onore e memoria al suo «scopritore». Punti deboli dello schema di Henle-Koch • ogni malattia viene associata ad un singolo agente e viceversa • non si tiene conto di altri fattori in aggiunta all'agente principale (es. fattori ambientali, ecc.) Esistono molte malattie infettive che non rispondono del tutto allo schema rigido di Koch, che ignora i fattori ambientali e associa «una sola causa ad una malattia e una sola malattia ad una causa». Il principale limite dei postulati è proprio quello di non considerare la possibilità di una eziologia multipla (una malattia, molte cause - o meglio: «determinanti») né l'eventualità che una stessa causa possa indurre malattie differenti. ESEMPIO. Una malattia degli animali emblematica dell'inadeguatezza dei postulati di Koch è la «polmonite enzootica del vitello», malattia respiratoria che colpisce un gran numero di di animali in un allevamento (morbosità fino al 100%) e non raramente ad esito mortale (mortalità 20%). Questa malattia non è sostenuta da un singolo agente, ma da una triade di fattori: 1) stress correlati alle tecniche ed alle condizioni di allevamento (management) 2) una infezione primaria da parte di un virus 3) una infezione secondaria da parte di un batterio Notare che in questo caso il termine infezione «primaria» e «secondaria» è da riferire al tempo (la primaria avviene prima della secondaria) e non alla gravità dell'infezione stessa. DIFESE NATURALI DELL’OSPITE • cute = si oppone con secrezione sebacea e sudore. Se è assottigliata e/o ha perso annessi può essere locus di infezione • lacrime = detersione, contengono lisozima • flora batterica commensale normale = si oppone per competizione biologica • acido gastrico = normalmente è una barriera, certi alimenti possono proteggere (latte => brucella) • tappeto mucociliare = es. nella trachea il movimento ciliare ha il compito di allontanare particelle e microrganismi, se si abbassa la temperatura (es. in trachea isolata di cavallo) il movimento si attenua e si ferma Appunti di Patologia Generale – Pag, 153
• • •
a 15°C => questo può favorire l'attecchimento di batteri bile, secrezioni salivari e pancreatiche sistema di filtro del nasofaringe, secrezioni bronchiali, cervicali, uretrali e prostatiche granulociti neutrofili, monociti, fattori del complemento, sistema monocitico-macrofagico, immunoglobuline, immunità cellulo-mediata
Esempi di vie di disseminazione batterica: • batteri possono penetrare attraverso cute, gola, polmone, intestino, tratto urinario => questo avviene per influenza, difterite, dissenteria da shigella, pielonefrite ascendente • dalla cute possono andare in un linfonodo e poi al circolo ematico => questo aviene per dengue, malaria, tifo petecchiale • dal circolo ematico possono localizzarsi poi nel sistema nervoso (poliomielite), cute (varicella), pomoni (morbillo, rosolia), rene (pielonefrite ematogena), ghiandole salivari (parotite, rabbia), fegato (epatite B, febbre gialla) Penetrazione e invasione Il concetto dell'invasività va sempre valutato insieme alla tossinogenicità, e non sempre sono correlate. Il processo invasivo può essere superficiale come nel caso di C. diphtheriae e B. pertussis, generalmente ritenuti non invasivi, ma produttori di tossine. Avviene una adesione locale alle cellule epiteliali del tratto respiratorio, anche se i danni sistemici e sono causati dalle rispettive tossine. Il bacillo del tetano si moltiplica solo nella ferita, ma la tossina raggiunge il SN, senza dare sintomi locali nella ferita. Per altri batteri l’azione patogena si esplica attraverso la invasività. Tipico è il caso di Shigella e ceppi di E. coli enteroinvasivi. Tramite l’invasività nelle cellule della mucosa del colon Shigella si sottrae all’ambiente competitivo del lume intestinale. Alcuni ceppi di Shigella e E. coli hanno capacità di produrre una tossina che ha lo stesso effetto della ricina. Es. di lesione da tossina difterica => miocardite difterica Nel caso di streptococchi si parla di lesioni localizzate: − infezione primaria => erisipela, ulcera aftosa, faringite, ascessi polmonari, polmonite, impetigine, sepsi del puerperio − infezioni secondarie => meningite, endocardite batterica subacuta, setticemia − complicanze non infettive => febbre reumatica, scarlattina, glomerulonefrite Tifo da slamonella typhi Raggiunge facilmente l'intestino se ingerita con sostanze acquose perché passa rapidamente lo stomaco => penetra nella mucosa => attraverso il sangue raggiunge fegato e milza, attraverso i vasi linfatici raggiunge i linfonodi mesenterici => dal fegato può venire eliminato con la bile (condizione di portatore abbastanza prolungata), raggiunge una infezione successiva secondaria dell'intestino, con possibilità di danno alle placche del Peyer e possibilità di ulcerazione della mucosa. Bacillo del colera Arriva all'intestino sempre attraverso l'acqua inquinata, non dà un danno istopatologico alla mucosa, ma produce una tossina che si attacca ad un recettore nucleosidico => la sua subunità A induce ADP ribosilazione di una proteina G => resta attivata (inibizione dell'attività GTPasica) => aumento di cAMP => aumento di eliminazione di H2O e Na+ => diarrea colerica (grave) => disidratazione => shock => morte
PATOGENICITÀ: VIRULENZA E TOSSIGENICITÀ Il potere patogeno di un parassita deriva da due caratteristiche: − virulenza = capacità di contrastare e vincere le difese dell'ospite una volta che ha colonizzato i tessuti − tossinogenicità = capacità produrre e liberare di tossine L'animale infettato (ospite) deve vivere in comunità, altrimenti il parassita non riesce a sopravvivere.
FATTORI DELLA VIRULENZA I patogeni devono prima di tutto aderire ai tessuti, colonizzarli ed eventualmente diffondersi nell'organismo. Adesività: il legame dei batteri alle cellule epiteliali è essenziale per la resistenza nei confronti delle difese dell’ospite e per la successiva colonizzazione del tessuto. Gli apparati di adesione sono diversi per i diversi microrganismi. In ogni Appunti di Patologia Generale – Pag, 154
caso è coinvolta una macromolecola di superficie, che può essere presentata da un organulo strutturale (es. i pili), una proteina trasmembrana presente costitutivamente sulla superficie della cellula o costituire un prodotto diffusibile. L’adesività dei batteri si esplica mediante specifici recettori della superficie batterica e importanti sono i recettori per le proteine della matrice extracellulare, detti adesine: • sono note adesine al collageno, alla fibronectina, al fibrinogeno, ecc. • di molte adesine sono noti i geni e la struttura proteica Es. analizzando colonie batteriche che si sono formate in cateteri o protesi interne si è visto che si sono selezionati quelli con adesine per il fibrinogeno.
Lo slime L’adesività dei batteri si esplica anche attraverso la produzione di una sostanza mucillaginosa, detta biofilm o slime. Nel caso degli Stafilococchi il biofilm è costituito da un polimero polisaccaridico di N-acetilglucosamina. Il polimero è sintetizzato da una specifica N-acetilglucosaminil transferasi. La produzione dell’enzima è codificata da un complesso genico detto locus ica (intercellular adhesion), costituito da quattro geni strutturali: icaA, icaD, icaB e icaC (nell’ordine in cui si allineano nell’operone), e da un gene regolatore icaR (è un repressore, quando spento consente l'attivazione del locus ica), situato upstream rispetto a icaA. Lo slime consente la tenace adesione degli Stafilococchi anche a materiali protesici e ostacola l’accesso alle colonie batteriche delle difese dell’ospite (anticorpi, complemento, macrofagi) e degli antibiotici => l'infezione rischia di diventare irriducibile. Quando la densità di popolazione è molto alta i batteri smettono di produrre tossine e producono lo slime (regolazione genica). Ad es. quando viene inserita una protesi: il biomateriale viene rivestito prima da un velo di proteine (fibronectina, collageno solubile, fibrinogeno) => su questo film proteico i batteri aderiscono mediante le adesine specifiche => si attivano i geni della produzione dello slime (locus ica). Recentemente si è visto che nel biofilm non c'è solo la poli-acetilglucosamina, ma anche DNA extracellulare di batteri morti. Test fenotipico e genotipico per la produzione di slime in Staphyloccus epidermidis (batterio opportunista) • I ceppi dotati del locus ica e produttori di slime (60%) possono riconosciuti, dopo il loro isolamento, mediante: ◦ A) coltura su piastre di Agar-Rosso-Congo (CRA) in cui i ceppi non produttori danno colonie rosse e i ceppi produttori colonie nere; ◦ B) dimostrazione molecolare della presenza dei geni icaA e icaD mediante amplificazione PCR dei rispettivi segmenti genici, impiegando primer specifici e il DNA batterico come template ◦ c'è quindi concordanza tra la dimostrazione fenotipica e quella genotipica per la presenza del locus ica Colonizzazione Dopo l’adesione i batteri aumentano di numero e instaurano l’infezione. La sopravvivenza implica la capacità di eludere le strategie antibatteriche dell’ospite. La moltiplicazione avviene se sono disponibili sostanze nutritizie indispensabili alla moltiplicazione batterica. A volte i fattori di crescita e metaboliti necessari alla moltiplicazione batterica sono presenti in particolari distretti, e ciò può spiegare la localizzazione. A volte la mancanza di tali fattori può spiegare la resistenza di specie: ad esempio alcuni ceppi di Y. pestis richiedono asparagina per la moltiplicazione e la presenza di asparaginasi nel sangue di cavia (assente nel sangue di topo) può spiegare l’assenza di patogenicità per la cavia.
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Fattori di virulenza dei parassiti extracellulari I parassiti extracellulari devono poter sopravvivere all’azione microbicida dei fagociti professionali Quindi i fattori di virulenza più efficaci per questi parassiti sono: • Esotossine ad azione antileucocitaria: Streptolisina O degli streptococchi, α-emolisina stafilococcica ed anche la tossina difterica o la tossina di P. aeruginosa => nel sito di infezione sono lesive delle difese leucocitarie, a distanza sono lesive per altri tessuti • Fattori antifagocitari di superficie: la capsula batterica, efficace come agente antifagocitario specialmente in Diplococcus pneumoniae => la polmonite franca lobaere da diplococcus pneumoniae si risolve nella seconda settimana, cioè quando i batteri sono opsonizzati da anticorpi che ne consentono la fagocitosi
TOSSINE BATTERICHE: ESOTOSSINE E ENDOTOSSINE Caratteristiche principali delle esotossine e delle endotossine ESOTOSSINE ENDOTOSSINE Attivamente secrete dalle cellule, raggiungono elevate Sono parte integrante della parete batterica dei gramconcentrazioni nel mezzo extracellulare negativi. Vengono rilasciate dopo la morte della cellula batterica e anche in parte durante la replicazione. Non necessitano di essere liberate per essere attive Prodotte dai gram-negativi e dai gram-positivi Sono presenti unicamente nei gram-negativi Polipeptidi dal peso molecolare 10.000-900.000 Complessi lipopolisaccaridici. E’ il frammento corrispondente al lipide A il responsabile della attività tossica => gli anticorpi possono essere precipitanti ma non neutralizzanti Relativamente instabili: la tossicità è spesso distrutta Relativamente stabili: sopportano a lungo temperature al di rapidamente al di sopra dei 60°C sopra dei 60°C Molto antigeniche: stimolano la produzione di anticorpi Scarsamente immunogene: stimolano la produzione di (precipitanti e neutralizzanti per l'azione tossica) a anticorpi neutralizzanti di cui non è chiaro ancora il ruolo titolo elevato protettivo Convertibili in tossoide (o anatossina) Non sono convertibili in tossoide Elevata tossicità: letale a piccole dosi (microgrammo) Moderatamente tossiche: letali a dosi 10-100 volte più sugli animali (perché sono degli enzimi ed agiscono in elevate dose catalitica e in difetto rispetto al substrato) Legano specifici recettori Non legano specifici recettori Solitamente non inducono la febbre Inducono la febbre Sintesi diretta da geni extracromosomiali (ad es. Sintesi diretta da geni cromosomiali plasmidi)
Principali tossine batteriche
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Classe Tossine cellulari
Tossine extracellulari
Gruppo I. Legate alla parete cellulare II. Intracitoplasmatiche
III. Esotossine stricto sensu
Batteri gramnegativi gramnegativi: Shigella dysenteriae Yersinia pestis Bordetella pertussis Vibrio cholerae grampositivi: Corynebacterium diphtheriae Staphylococcus aureus
Streptococcus pyogenes
Tossina endotossine neurotossina tossina murina tossina termolabile enterotossina colerica tossina difterica emolisine (α, β, γ, δ); leucocidina; tossina epidermolitica; enterotossina streptolisine O e S; tossina eritrogenica α-tossina
IV. Tossine parzialmente endocellulari (liberate nel sito dell'infezione)
Clostridium perfringens grampositivi: Clostridium tetani Clostridium botulinum
tossina tetanica tossina botulinica
La tossina botulinica, contrariamente a quanto avviene per la tossina tetanica, non è prodotta in un'infezione, ma nel cibo contaminato, quindi si tratta di un'intossicazione. Esempi di meccanismi d'azione delle esotossine • Molte esotossine sono dimeriche e sono composte da due componenti legati da un ponte disolfuro: ◦ B = binding => determina il legame al recettore ◦ A = active => determina la tossinogenicità ◦ La separazione tra A e B richiede una proteolisi mediata da tripsina. • Leucocidine stafilococciche (tossina alfa) si inseriscono nella membrana del leucocita e formano dei pori => morte cellulare. • Tossina alfa di C. perfringens idrolizza la fosforilcolina delle membrane cellulari (fosfolipasi C) determinandone la lisi e la morte della cellula. E' responsabile della gangrena gassosa delle ferite infette. Fu la prima tossina della quale è stato dimostrato il meccanismo d'azione. • Altre tossine hanno azione ADP-ribosil trasferasica: agiscono trasferendo un gruppo di ADP-riboso dal NAD (liberando la nicotinamide) ad una proteina bersaglio. ◦ Tossina colerica = il frammento A ADP-ribosila una proteina G rendendola permanentemente attiva => attiva l'adenilico ciclasi => aumento di espulsione di Na+, H2O, Cl-, K+, HCO3- => diarrea ◦ Tossina della pertosse = come colerica, ma lega una proteina G inibitoria con lo stesso effetto finale ◦ Tossina di pseudomonas aeruginosa e Tossina difterica => il frammento B lega la membrana, il frammento A viene internalizzato per pinocitosi e inattiva il fattore di allungamento EF-2 della sintesi proteica attraverso ADP-ribosilazione [vedi PATOLOGIA DELLA TRADUZIONE] Azione patogena delle endotossine Più complesso, meno specifico, più polivalente. Non si tratta, come nel caso delle esotossine, di un'azione enzimatica specifica, ma di un complesso di interazioni che partono da una massiva produzione di citochine e dal loro effetto sulla termoregolazione (sono pirogeni), sulla coagulazione (possono arrivare a determinare CID) e sulla permeabilità vascolare (possono arrivare a dare shock). LPS agisce sui un macrofagi => questo produce TNF-alfa e IL-1 => • pirogeni endogeni => febbre • agiscono su cellule endoteliali aumentandone la permeabilità => essudazione generalizzata se l'intossicazione è molto grave => abbassamento volemia => shock potenzialmente mortale LPS può agire direttamente sulla coagulazione perché: • diventa attivatore del fattore di Agelman (XII) scatenando la via intrinseca della coagulazione • agisce sulle piastrine che possono liberare PAF e serotonina
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può attivare la via alternativa del complemento contribuendo alla produzione di C3a e C5a (dette anche anafilotossine) => vasodilatazione e vasopermeabilizzazione generalizzate => shock LPS può agire sul metabolismo epatico determinando ipoglicemia e rilascio di proteine della fase acuta.
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Per es. casi di meningite ipertossica da neisseria meningitidis possono liberare grandi quantità di endotossine e provocare lesioni anche letali dando: • CID, è una delle più temibili conseguenze dell'intossicazione da gram negativi • necrosi surrenalica ed emorragia a livello di questa ghiandola e shock da bassi livelli di glucocorticoidi e mineralcorticoidi • coagulazione in molti altri distretti con trombosi, gangrena => la patologia coagulativa può esistere a livello sistemico Quindi: • la tossina agisce sul macrofago => fa aumentare la produzione di TNF e IL-1 e radicali liberi => • in moderata quantità => febbre non elevata ("benefica"), stimolazione del sistema immunitario, soppressione dei meccanismi patogeni • in alta quantità => febbre elevata, ipotensione, CID, shock letale
TOSSINE TETANICA E BOTULINICA Sono accomunate dal fatto che sono tossine neurotrope e agiscono sui meccanismi di trasmissione sinaptica. Aspetti storici 1884: Antonio Carle e Giorgio Rattone (Istituto Patologia generale di Torino) dimostrano la natura infettiva del tetano, fino ad allora ritenuta una sindrome neurologica. 1884-85: Arthur Nicolaier (medico tedesco) identifica il bacillo sporigeno: Clostridium tetani. 1889 Shibasaburo Kitasato (Istituto di Igiene di Berlino) isola le spore, uccidendo ad 80°C la forma vegetativa. Allo stesso risultato giungono Guido Tizzoni e Giuseppina Cattani dell’Istituto di Patologia generale dell’Università di Bologna, con passaggi successivi della coltura in agar. 1890: Guido Tizzoni e Giuseppina Cattani dell’Istituto di Patologia generale dell’Università di Bologna e Knut Farber in Danimarca dimostrano che una tossina proteica è responsabile dei sintomi del tetano. Sulla base di questi risultati Emile van Ermengem in Belgio, da un caso clinico di botulismo in cui numerose persone si ammalano dopo ingestione di prosciutto affumicato, isola il bacillo sporigeno che chiama Clostridium botulinum e dimostra la presenza di una tossina proteica che, prodotta dal bacillo quando è coltivato in anaerobiosi, è responsabile della malattia. La tossina botulinica è termolabile e questi batteri sono anerobi, per cui affinché si sviluppi in alimenti sono necessarie 2 condizioni: 1) che l'alimento sia conservato in condizioni anaerobie 2) che l'alimento non venga cotto o sterilizzato ad alta temperatura (125°C) per 3 volte => consente la distruzione Appunti di Patologia Generale – Pag, 159
delle spore Es. insaccati, vegetali conservati. Sono resistenti alla digestione peptica. Potenza delle tossine tetanica e botulinica Sono tra le tossine più potenti: per via intramuscolare pochi miliardesimi di grammo sono letali per l’uomo. La tossicità per via orale della tossina botulinica è tuttavia più bassa, ma ancora talmente rilevante da averne suggerito l’uso come arma biologica. Se si costruisce un grafico dose/azione è importante valutare la pendenza della retta che ne deriva => se la pendenza è molto elevata significa che quando si definisce la dose letale per il 50% degli individui (è il valore indicativo della potenza della tossina) manca poco alla dose che ne uccide il 100%. Habitat dei clostridi tetanico e botulinico Le spore di Cl. Tetani sono ubiquitarie: particolarmente ricchi i materiali organici in decomposizione e le deiezioni di alcuni animali. E’ facile la contaminazione di ferite, anche poco profonde. In alcune regioni africane è frequente il tetanus neonatorum, causato da infezione del moncone del cordone ombelicale, reciso con strumenti non sterili, o addirittura “medicato” con sterco animale: ciò provoca la morte di 450.000 neonati all’anno! Anche le spore di Cl. Botulinum sono ubiquitarie e più che ferite, esse contaminano alimenti: insaccati, in quanto il budello può essere portatore delle spore, o conserve vegetali, contaminate da tracce di terriccio e non sterilizzate in modo efficace da eliminare le spore. Queste durante la conservazione in anaerobiosi si sviluppano e producono la tossina. Vaccinazione antitetanica Nei primi anni ‘20 Gaston Ramon, all’Institut Pasteur ottiene il “tossoide” tetanico mediante trattamento con formaldeide (dura 15 giorni, a 37°C) della tossina: il tossoide è inattivo ma conserva la specificità immunologica: Ramon, inoculando il tossoide ad animali e a se stesso, dimostra la possibilità di una immunità attiva. Nella seconda guerra mondiale vi furono solo 35 morti per tetano tra le truppe britanniche, vaccinate, rispetto a numerosissimi casi di tetano tra le truppe tedesche e giapponesi, non vaccinate. Manifestazioni della tossina tetanica Contrazione simultanea di muscoli agonisti e antagonisti, inizia con una iperestensione della nuca (opistotono), contrazione muscoli flessori nell'arto superiore e dei muscoli estensori nell'arto inferiore (perché sono rispettivamente i più potenti). Tetano generale La tossina si sviluppa, si diffonde per via ematogena a tutti i muscoli e da questi il SNC. Il primo sintomo che compare è il sisma (contrazione spastica del massetere e del muscolo orbicolare della bocca), perché i nervi di questi muscoli sono i più brevi. La paralisi spastica dei muscoli respiratori è l'evento letale. Tetano locale Contrattura dei muscoli prossimi alla ferita infetta. Botulismo Raro nei paesi sviluppati per migliorate norme di preparazione e conservazione dei cibi. Appunti di Patologia Generale – Pag, 160
Una forma subdola di botulismo è quella infantile nella quale spore di Cl. botulinum, assunte con cibo contaminato, germinano nell’intestino del neonato ancora privo di una normale flora batterica competitiva. Importante per la conservazione e la propagazione di Cl. botulinum, è il botulismo degli uccelli. Studi sul meccanismo delle tossine tetanica e botulinica 1892 Bruschettini (allievo di Tizzoni a Bologna) stabilisce la progressione retrograda della tossina tetanica lungo l’assone del motoneurone. La tossina tetanica non si arresta a livello della giunzione neuromuscolare, ma giunge all’interneurone inibitorio e blocca il rilascio di neurotrasmettitori inibitori. 1949 Burgen, Dickens e Zatman al Meddlesex Hospital Medical School di Londra dimostrano che la tossina botulinica blocca la liberazione di acetilcolina a livello della giunzione neuromuscolare Tale scoperta ha promosso l’impiego della tossina botulinica come farmaco anticontratturante (blefarospasmo, strabismo, torcicollo, disfonia, patologie dei grandi muscoli dorsali e degli arti). Struttura delle tossine tetanica e botulinica • Prodotte come singole catene polipeptidiche di 150 kDa, prive di attività • Proteasi batteriche o tissutali tagliano in un singolo punto trasformandole in tossine bicatenarie: catena H (100
kDa) e catena L (50 kDa), legate da un ponte di disolfuro Legame alle cellule nervose Cellule nervose (ad esempio cellule di feocromocitoma differenziate in vitro in senso neuronale con NGF) esprimono una proteina di membrana di 20 kDa che interagisce specificamente con la catena H della tossina tetanica. Altri dati indicano il ruolo di gangliosidi nel legare quantità anche assai piccole di tossina tetanica. Meccanismo di azione delle neurotossine Le catene H legano le cellule nervose o le vescicole sinaptiche. Le catene L delle due neurotossine bloccano il rilascio di neurotrasmettitori: • la botulinica blocca il rilascio dell’acetilcolina dalla giunzione neuromuscolare => paralisi flaccida • si distribuisce per via ematogena a tutte le terminazioni colinergiche • effetto simile al curaro, ma questo agisce postinapticamente impedendo il legame di Ach coi recettori • la tetanica blocca il rilascio della glicina (neurotrasmettitore inibitore) dal neurone intermedio e dalla cellula di Renshaw a livello delle corna anteriori del midollo spinale, che normalmente determina il rilasciamento del muscolo antagonista a quello contratto => paralisi spastica • quindi la sede di azione della tossina tetanica è il midollo spinale, per progressione lungo il neurone motorio Azione molecolare delle catene L • Un breve segmento al centro della catena L ha omologia di sequenza con le metallo-endopeptidasi a Zn. ◦ His, Glu, aa, aa, His (HExxH, con il simbolo monoletterale) • Le Zn-endopeptidasi costituiscono una larga famiglia di proteasi comprendente gli enzimi che agiscono sui peptidi attivi sulla pressione (enzima ACE), nella degradazione delle encefaline, gli enzimi leucocitari, le proteasi di invasione dei tumori e delle metastasi. Substrati dell’azione endopeptidasica delle catene L delle due tossine I bersagli specifici dell’azione endopeptidasica delle due tossine sono: • La sinaptobrevina per la tossina tetanica e per le tossine botuliniche B, D ed F. • La SNAP-25 per le tossine botuliniche A ed E • La sintaxina per la tossina botulinica C Sono le proteine responsabili della liberazione dei neurotrasmettitori interessati nello spazio sinaptico e vengono Appunti di Patologia Generale – Pag, 161
tagliate dalle tossine indicate. Specificità del substrato e resistenza al tetano • La sinaptobrevina esiste in due isoforme nel tessuto nervoso: 1 e 2 ◦ Nel ratto e nel pollo solo la forma 2 è scissa dalla tossina tetanica e dalla botulinica B. Nel ratto e nel pollo la forma 1 ha una valina al posto di una glutamina nel sito di taglio e ciò la rende resistente alla proteolisi. ◦ Nell’uomo e nel topo entrambe le forme hanno glutamina. • Ciò potrebbe spiegare la relativa resistenza di ratto e pollo e la grande sensibilità dell’uomo e del topo Prospettive • Possibilità di sviluppare farmaci della classe degli inibitori delle Zn endopeptidasi (come il captopril, ACEinibitore), che siano in grado di penetrare nel sito d’azione delle tossine e consentire una terapia del tetano o del botulismo in fase sintomatica • Possibilità di sfruttare la proprietà di legame delle catene H a specifici siti del tessuto nervoso per veicolare farmaci o altri agenti biologici (es. per antispastici)
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FISIOPATOLOGIA DEL SISTEMA ENDOCRINO Il sistema endocrino • Gruppo integrato di organi che mantengono l’omeostasi • Secrezione “endocrina” di molecole segnale = ormoni che agiscono su organi bersaglio a distanza • L’aumento di attività dell’organo bersaglio inibisce l’attività dell’organo endocrino Ormoni • Molecole di segnalazione che interagiscono con recettori cellulari di superficie: ◦ ormoni peptidici (ormone della crescita, insulina) ◦ piccole molecole (epinefrina, istamina) • Il legame ai recettori di superficie provoca l’aumento intracellulare di “secondi messaggeri” (cAMP, inositolotrifosfato) e una variazione della concentrazione intracellulare di Ca • Ormoni steroidei liposolubili, che diffondono attraverso la membrana plasmatica e interagiscono con recettori intracellulari: ◦ Ormoni steroidei (estrogeni, progesterone, glucocorticoidi, ecc.) ◦ Tiroxina ◦ Acido retinoico
L'IPOFISI •
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Ipofisi anteriore, o adenoipofisi (80% della ghiandola) • Gli ormoni dell’adenoipofisi sono controllati da fattori di rilascio ipotalamici Ipofisi posteriore, o neuroipofisi (20% della ghiandola)
Cellule dell'adenoipofisi • Cellule somatotrope: producono GH (ormone della crescita, somatotropina) • Cellule lattotrope: producono prolattina • Cellule corticotrope: producono ACTH, MSH (stimolante i melanociti), endorfine • Cellule tireotrope: producono TSH • Cellule godanotrope: producono FSH, LH I vari tipi cellulari sono evidenziabili in preparati istologici mediante diverse colorazioni: − colorazione PAS-Orange G => in arancione cellule somatotrope e lattotrope, in violetto cellule corticotrope − colorazione immunoistochimica per ormoni proteici, es. per il GH => evidenzia le cellule somatotrope Cellule della neuroipofisi • Pituiciti (derivano da cellule gliali): non producono ormoni, sono cellule di sostegno agli assoni dei neuroni ipotalamici (dei nuclei sopraottico e paraventricolare) che producono ossitocina e vasopressina (ADH) e raggiungono la neuroipofisi, dove il loro secreto è rilasciato per microesocitosi MALATTIE DELL'IPOFISI ANTERIORE Provocano variazioni dei livelli ormonali: • ipo-pituitarismi: spesso da processi destruenti (danni ischemici, radiazioni, reazioni infiammatorie, neoplasie) • iper-pituitarismi: spesso da adenomi funzionanti del lobo anteriore
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Iperpituitarismi: ademoni ipofisari • Eziologia sconosciuta • Insorgono tra i 20 e i 50 anni • Probabili mutazioni somatiche nelle cellule ipofisari con iperattività della proteina Gs stimolazione adenilicociclasi => aumento cAMP => proliferazione cellulare e ipersecrezione di GH • Determinano aumento di funzione della funzione ghiandolare interessata Meccanismo di azione e alterata funzione nelle malattie endocrine La subunità della proteina Gs (proteina Gs-alfa) è un mediatore del messaggio di alcuni ormoni proteici (PTH, TSH, FSH/LH, GHRH, ACTH, ecc.) dalla membrana cellulare al 2° messaggero (cAMP). Quando l'ormone si lega al recettore di membrana, la proteina Gs si attiva: la subunità alfa si scinde dalle subunità beta-gamma, quindi si lega al GTP e scatena una cascata di eventi che porta all'attivazione dell'adenilato ciclasi. Questa, a sua volta, determina la formazione del cAMP, 2° messaggero del messaggio ormonale, che permette quindi l'effetto dell'ormone.
Effetti clinici locali degli adenomi ipofisari • Infiltrazione del chiasma ottico • Emianopsia bitemporale (perdita del campo visivo temporale per lesione mediana del chiasma ottico) e perdita della vista centrale • Paralisi degli oculomotori • Cefalee intense • Possibile invasione dell’ipotalamo e compromissione della termoregolazione
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Adenomi lattotropi • Nelle donne: amenorrea, galattorrea e infertilità; l’aumento della prolattina inibisce il picco secretorio di LH, essenziale per l’ovulazione, inibisce anche la produzione di PRL • Negli uomini calo della libido e disfunzione erettile. La secrezione eccessiva di prolattina può essere trattata con agonisti dopaminergici (bromocriptina, uno stimolante dei recettori della dopamina nel cervello; inibisce anche il rilascio della prolattina da parte dell’ipofisi. La bromocriptina è usata anche per il trattamento della galattorrea, delle malattie cicliche benigne della mammella e per il trattamento dei prolattinomi (riducendo la concentrazione di prolattina nel plasma e le dimensioni del tumore). Adenomi somatotropi La eccessiva secrezione di GH provoca effetti drammatici sull’organismo: • Nel bambino o nell’adolescente, prima della saldatura delle epifisi, provoca gigantismo • Dopo la saldatura delle epifisi, e il raggiungimento dell’altezza definitiva, provoca acromegalia Caratteristiche cliniche dell'acromegalia: • Malattia rara, con incidenza annua di 3 x 10-6 • Si sviluppa lentamente: i lineamenti facciali diventano grossolani; prognatismo, ingrossamento del naso, diastasi degli incisivi superiori, aumento delle dimensioni delle mani e dei piedi e della taglia del cappello • Aumento della mortalità per eventi cardiovascolari, cerebrovascolari e respiratori; • Cefalee, artralgie, parestesie • Ipertensione e ipertrofia del ventricolo sinistro con tendenza allo scompenso congestizio • Anche gli organi viscerali sono ipertrofici • Ipertrofia (e non iperplasia!) delle ghiandole sebacee, perché aumenta il numero di cellule. Adenomi corticotropi Eccessiva produzione di ACTH con conseguente sindrome di Cushing (la sindrome di Cushing è il quadro clinico derivante da un eccesso di produzione dell’ormone cortisolo da parte del surrene). Il cortisolo: − aumenta l'attività degli osteoclasti => osteoporosi − prima di essere convertito a cortisone dalla β-idrolasi agisce sui recettori per l'aldosterone provocando ipertensione => ipertrofia cardiaca − l'aumento di cortisone rallenta la cicatrizzazione => ulcere cutanee Adenomi gonadotropi Secernono LH e FSH. Nel maschio di media età: cefalee, disturbi visivi e ipogonadismo acquisito; anche se LH dovrebbe stimolare la produzione di testosterone si ha un effetto paradosso forse per anomalie del LH o dei picchi di rilascio. Adenomi tireotropi Aumento del TSH e conseguentemente anche degli ormoni tiroidei: ciò si osserva solo in questo tipo di tumore, perché manca il feedback negativo di controllo della secrezione di TSH.
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MALATTIE DELL'IPOFISI POSTERIORE Il diabete insipido centrale è l’unica malattia dell’ipofisi posteriore: • incapacità a concentrare le urine: poliuria cronica, sete e polidipsia • Deficit di ADH (ormone antidiuretico o vasopressina) ◦ Il mancato controllo da parte dell'ADH compromette il riassorbimento tubulare distale e collettore Cause del diabete insipido: • Mutazioni sporadiche o familiari del gene dell’ADH • Tumori cerebrali (craniofaringioma => comprime l'ipofisi) • Traumi cranici • Ipofisectomia per tumori dell’ipofisi anteriore (può compromettere la neuroipofisi) Manifestazioni del diabete insipido • Escrezioni di grandi quantità di urine diluite con peso specifico molto basso (poliuria = emissione di 5-25 litri di urina nelle 24h) • Il sodio sierico e l’osmolarità aumentano perché dal rene è perduta acqua libera • Sete intensa e polidipsia • Pazienti con limitazioni fisiche all’assunzione di acqua vanno incontro a disidratazione che può essere fatale Diabete insipido nefrogenico Raro, forma congenita in due varianti, entrambe recessive (evidentemente negli eterozigoti i prodotti dei rispettivi geni sono sufficienti): • DIN recessivo, legato al cromosoma X, gene mutante Xq28 che codifica per i recettori di tipo 2 della vasopressina • DIN autosomico recessivo. Il gene mutato codifica per l‘acquaporina 2, che deficita a livello dei tubuli collettori renali ◦ Le acquaporine (AQP) sono una famiglia di proteine canale che facilitano il flusso molto veloce delle molecole d’acqua all'interno o all'esterno delle cellule di specifici tessuti che richiedono questa capacità (tubuli prossimali, eritrociti, membrane dei vacuoli delle cellule vegetali) ◦ tipi di AQP presenti nel rene: ▪ Acquaporina 1 => tubulo contorto prossimale e tratto discendente dell'ansa di Hanle ▪ Acquaporina 3 e Acquaporina 4 => dotto collettore ▪ Acquaporina 6 => dotto collettore ▪ Acquaporina 7 e Acquaporina 8 => tubulo contorto prossimale ▪ Acquaporina 2 => dotto collettore (è quella che interessa la DIN) • importante nel processo di riassorbimento dell'acqua • la sua attività è regolata dalla vasopressina (ADH), cioè, in seguito a ipovolemia, si ha la liberazione di ADH che controlla l'attività dell'acquaporina 2 • in assenza dell'acquaporina 2, anche se viene liberato l'ormone antidiuretico, non avviene nessun riassorbimento, per cui si verifica una patologia chiamata diabete insipido nefrogenico, a differenza del diabete insipido neurogenico, dovuto ad un mancato rilascio di ADH La sindrome da inappropriata secrezione di ADH (o SIADH) È una malattia caratterizzata da un'elevazione patologica della secrezione dell'ormone antidiuretico con ritenzione d'acqua e iponatremia da diluizione (ipervolemica). Eziologia: • Può essere paraneoplastica, soprattutto dovuta al carcinoma bronchiale a piccole cellule (80% dei casi). • È raro il disturbo primario ipofisario, per problemi nervosi (meningite, lesioni vascolari cerebrali), farmaci (antidepressivi triciclici, ciclofosfamide) o per affezioni polmonari. Sintomi: • perdita d'appetito; • nausea, vomito, cefalea, crampi muscolari; • irritabilità, modificazioni della personalità; • intossicazione causata dall'acqua: stupor, epilessia; • non edemi, poiché la ritenzione idrica non supera i 3-4 litri; • iponatremia, spesso <110 mmol/L, ipo-osmolarità sierica; • urine concentrate (>300 mOsm/L); Appunti di Patologia Generale – Pag, 166
• •
funzionalità renale e surrenalica normali; ADH da normale ad aumentato, mentre in altre forme d'iponatriemia non è neanche misurabile
ASSE IPOTALAMO-IPOFISARIO • • •
Gruppi di cellule dell’ipotalamo rilasciano mediatori che stimolano l’ipofisi anteriore Gli ormoni secreti dagli organi bersaglio antagonizzano questi mediatori (feedback) Alcuni mediatori ipotalamici hanno azione inibente sul rilascio di ormoni dell’adenoipofisi (dopamina inibisce la prolattina)
Dopamina (3,4-diidrossifeniletilammina) La dopamina è una amina biogena naturalmente sintetizzata dal corpo umano. All'interno del cervello la dopamina funziona da neurotrasmettitore tramite l'attivazione di recettori specifici (D1, D2 e D3). La dopamina è anche un neuro ormone rilasciato dall'ipotalamo. La sua principale funzione è quella di inibire il rilascio di prolattina da parte del lobo anteriore dell'ipofisi. La dopamina non può essere utilizzata come farmaco ma viene comunemente somministrato un suo precursore: la LDopa, che subisce decarbossilazione ad opera della decarbossilasi degli aminoacidi aromatici. La dopamina agisce sul Sistema Nervoso Simpatico causando tachicardia e ipertensione. Gli antagonisti dopaminergici sono farmaci che trovano ampio utilizzo in ambito psichiatrico. Gli agonisti dopaminergici sono usati sia come terapia di prima scelta nel Morbo di Parkinson o come antidepressivi. Cause di danno dell'ipotalamo • Tumori primitivi o metastatici • Infezioni virali • Infiammazioni granulomatose • Malattie degenerative • Malattie ereditarie • A volte cause sconosciute Conseguenze del danno ipotalamico • Ipogonadismo • Pubertà precoce • Amenorrea • Disordini dell’alimentazione ◦ Obesità ◦ Anoressia
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SURRENE Struttura del surrene: • Zona corticale ◦ Glomerulosa: ormoni mineralcorticoidi, ▪ controllo da renina-angiotensina ◦ Fascicolata: ormoni glicocorticoidi, ▪ controllo da ACTH ◦ Reticolare: ormoni glicocorticoidi e androgeni ▪ controllo da ACTH • Zona midollare ◦ con cellule cromaffini Ormoni steroidi • Derivano dal colesterolo • Il colesterolo è portato alle cellule corticosurrenaliche dalle LDL • Il colesterolo è veicolato nei mitocondri dalla proteina StAR • Nei motocondri è trasformato in pregnenolone e poi in ormoni steroidi • Alcune tappe avvengono nel mitocondrio, altre nel reticolo endoplasmatico liscio Nomenclatura: • -olo: gruppo alcolico (colesterolo, cortisolo) • -diolo: due gruppi alcolici (estradiolo) • -one: gruppo chetonico (pregnenolone, progesterone, aldosterone) • -dione: due gruppi chetonici (androstenedione) Biosintesi degli ormoni steroidi nella corticale
Mineralcorticoidi Recettori per mineralcorticoidi − sono un'ampia famiglia sintetizzati da un unico gene − allo stato libero hanno il loro dominio DNA-binding mascherato da una HSP, che si distacca in seguito all'interazione con l'ormone => viene fosforilato (attivato) => il complesso ormone-recettore viene traslocato nel nucleo => si lega a specifiche sequenze del DNA (HRE = hormone response elements) => una volta che il complesso ha agito si distacca e si dissocia => il recettore viene riciclato e l'ormone degradato => una molecola provoca un "quanto" di attivazione
Appunti di Patologia Generale – Pag, 168
Effetti dei mineralcorticoidi
ACE = enzima a forbice di zinco => sostanze chelanti dello zinco possono bloccarlo (es. ACE inibitori) − Anche la tossina tetanica è a forbice di zinco => taglia le proteine (può essere inattivata da ACE inibitori, ma solo in vitro, perché non riesce ad entrare nelle cellule) Meccanismo d'azione dell'aldosterone nelle cellule dei tubuli distali e dei dotti collettori del rene: −
il complesso ormone-recettore determina l'espressione di geni che codificano per le seguenti proteine: − pompa Na+/K+ ATP-dipendente = localizzata sulla membrana cellulare nel lato a contatto con il liquido interstiziale, che trasporta Na+ dal citoplasma alle cellule tubulari del liquido interstiziale ed il K+ dal liquido interstiziale nel citoplasma − canali del Na+ = localizzati sulla membrana cellulare nel lato a contatto col lume tubulare, adibiti al riassorbimeto di questo catione − canali del K+ = con la stessa localizzazione, adibiti al'escrezione di questo catione − controtrasportatori di Na+ e H+ = con la stessa localizzazione, che provvedono al riassorbimento del primo ed all'escrezione del secondo
Glucocorticoidi Cortisolo e cortisone. Principali effetti: − iperglicemizzanti − stimolano la lipolisi => iperlipidemia − attività simil-mineralcorticoide − minor cicatrizzazione − maggior attività degli osteoclasti minor attività degli osteoblasti minor assorbimento di calcio − => osteoporosi Appunti di Patologia Generale – Pag, 169
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immunodepressivi e antinfiammatori (perché agiscono più a monte dei FANS stabilizzando le membrane) => la PLP A2 non può staccare acido arachidonico per produrre prostaglandine riducono l'edema cerebrale da danno cerebrale (passano la barriera emato-encefalica)
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Ipercortisolismo - Sindromi e morbo di Cushing [leggi Cashing] e principali cause Comprendono tutte quelle condizioni che determinino un aumento dei livelli di glucocorticoidi. • Morbo di Cushing ◦ microadenoma ACTH-secernente dell'adenoipofisi (corticotropinoma) ◦ adenomi a cellule cromofobe secernenti ACTH => consegue iperplasia della corticale surrenale => ipercortisolismo Somministrazione di alte dosi di glucocorticoidi => riduzione di secrezione ACTH (il feedback negativo è ancora presente). • Sindrome di Cushing surrenalica ◦ adenomi e adenocarcinomi del surrene secernenti ormoni glicoattivi, la cui eccessiva concentrazione nel sangue, bloccando la secrezione ipofisaria di ACTH, determina ipotrofia delle zone fascicolata e reticolare non invase dal tumore (anche della surrenale controlaterale), risparmiando la zona glomerulosa => ipercortisolismo con bassi livelli di ACTH • Sindrome di Cushing ectopica ◦ somministrazione prolungata di steroidi glicoattivi ◦ tumori producenti ACTH (generalmente microcitomi, ma anche carcinoidi, carcinomi midollari della tiroide, feocromocitomi, insulinomi) ◦ iperproduzione ipotalamica di CRH ◦ tumori producenti CRH (rari) Somministrazione di glucocorticoidi non abbassa i livelli di ACTH. L'etanolo stimola la produzione di ACTH => può causare una sindrome pseudo-Cushing.
Appunti di Patologia Generale – Pag, 171
Iperaldosteronismo (sindrome di Conn) e principali cause • Adenoma o carcinoma surrenalico secernente aldosterone (indicata la terapia chirurgica) • Iperplasia bilaterale della zona glomerulosa (indicata la terapia medica con diuretici e ipotensivi ) • Basso livello di renina • Si ha ipernatremia e ipervolemia • Deplezione potassica • Alcalosi metabolica per perdita di H+ con le urine insieme a K+ Catecolamine Effetti contrastanti e simili dell’adrenalina e della noradrenalina Organi e apparati Apparato cardiocircolatorio
Adrenalina
Noradrenalina
Incremento della pressione sistolica e riduzione Incremento della pressione sistolica e diastolica di quella diastolica (aumento della pressione (aumento della pressione media) differenziale) Tachicardia
Bradicardia
Vasocostrizione nei distretti cutaneo, mucoso e Vasocostrizione generalizzata renale Vasodilatazione negli apparati muscolare e scheletrico Incremento del flusso ematico epatico Apparato digerente
Riduzione della motilità intestinale Contrazione degli sfinteri
Lieve riduzione della motilità intestinale Lieve contrazione degli sfinteri
Bronchi
Broncodilatazione
Nessun effetto
Apparato pilifero
Piloerezione
Piloerezione
Occhio
Midriasi (per applicazione topica)
Midriasi (per applicazione topica)
Sintesi delle catecolamine Tirosina => tirosina => DOPA => DOPA decarbossilasi => dopamina => dopamina β-idrossilasi => noradrenalina => feniletanolamina-N-metil-transferasi (Pnmt) => adrenalina DOPA non c'è nell'albinismo (carenza di Tyr idrossilasi)
TIROIDE Organo controllato a cascata da ipotalamo (rilascio di TRH) e ipofisi anteriore (rilascio di TSH sotto stimolo del TRH). Il TSH stimola la produzione di ormoni tiroidei: liberati al 90% sotto forma di tiroxina (T4) e al 10% triiodiotironina (T3), hanno un feedback negativo sulla produzione di TSH. T3 è considerata la forma attiva, T4 la forma di riserva plasmatica. I tireociti costituiscono la maggior parte della tiroide, ma ci sono anche cellule C che producono calcitonina. IPERTIROIDISMI Frequenti • Iperplasia diffusa tossica (M. di Graves) • Gozzo multinodulare tossico • Adenoma tossico Meno frequenti • Tiroidite acuta e subacuta • Carcinoma tiroideo iperfunzionante • Tumori ipofisari con aumento di TSH • Tireotossicosi neonatale (madre con Graves) • Ipertiroidismo da eccesso di iodio (è discusso) • Ipertiroidismo iatrogeno (da farmaco che contiene ormoni tiroidei somministrato in maniera inappropriata) Ipertiroidismo = malattia di Graves (e Basedow) = quando c'è una reale iperfunzione tiroidea, quindi un aumento della produzione degli ormoni tiroidei rispetto al normale • in questi casi si osserva un'aumentata captazione del radioiodio da parte della ghiandola tiroidea, mediante il test standard della captazione del radioiodio (detto RAIU, si utilizza 125I che ha un tempo di dimezzamento Appunti di Patologia Generale – Pag, 172
breve, in modo da non farlo rimanere a lungo nell'organismo) Tireotossicosi = si intende un aumento della liberazione degli ormoni tiroidei rispetto al normale, ovvero uno stato ipermetabolico caratterizzato da elevati livelli ematici delle frazioni libere di T3 e T4 • più frequente nel sesso femminile • la causa più frequente di tireotossicosi è l'ipertiroidismo, per cui i due termini vengono spesso intesi come sinonimi Manifestazioni cliniche della tireotossicosi • ingrossamento variabile della tiroide (non sempre è un vero e proprio gozzo, è un aumento di volume armonico) • collegate all'aumento dell'attività simpatica: • nervosismo, tachicardia, palpitazioni, ansia, fine tremore alle mani (soprattutto se distese), labilità emotiva • collegate ad un aumentato stimolo termogenetico: • intolleranza al caldo, cute calda, eccessiva sudorazione, perdita di peso anche con appetito normale, astenia, debolezza muscolare • altre: • modificazioni del ciclo mestruale, diarrea, modificazioni oculari La classificazione delle manifestazioni cliniche è un po' empirica, non è ne sicura ne precisa. Malattia di Graves [guardato anche su libro] Ipertiroidismo dovuto a un gozzo iperplastico diffuso iperfunzionante, talora associato a oftalmopatia e dermopatia infiltrativa. − Oftalmopatia: ampiezza delle rime palpebrali, retrazione delle palpebre superiori, fissità dello sguardo, debolezza dei muscoli oculari, diplopia, edema periorbitario ed esoftalmo. − Dermopatia: aree di edema localizzato sulla superficie dorsale delle gambe e dei piedi, in forma di placche o aree nodulari. Classicamente la malattia di Graves comprende la triade: • gozzo iperplastico diffuso • dermopatia • oftalmopatia. Tuttavia la dermopatia è presente solo nel 10-15% dei casi e l'oftalmopatia può essere assente o poco evidente, cosicché la diagnosi si fonda solo sulla documentazione delle alterazioni morfologiche e funzionali della tiroide. Eziopatogenesi della malattia di Graves Si sono rilevate associazioni frequenti con gli aplotipi HLA-B5 e DR3 tra i pazienti di razza caucasica. Inoltre, si osservano frequentemente predisposizioni familiari. È dimostrato che le alterazioni della tiroide nella malattia di Graves hanno origine autoimmune e sono correlate alla produzione di IgG contro epitopi specifici del recettore del TSH. 1) Immunoglobuline tiroide-stimolanti (TSI, o anticorpi tiroide-stimolanti, TSAb) => in vitro stimolano la funzione delle cellule tiroidee, aumentando l'attività dell'adenil-ciclasi. 2) Immunoglobuline inibenti il legame del tireotropo (TBII) => sono altri autoanticorpi, che agiscono legando il recettore per il TSH, impedendone il legame del TSH stesso ◦ Questi autoanticorpi, legandosi anch'essi al recettore del TSH, ne simulano e potenziano l'azione. Quindi, sia le TBII che il TSAb sono responsabili dello stato di iperfunzione che si verifica nella malattia di Graves. ◦ In alcuni casi si attua una sorta di competizione tra le TBII e il TSH, con conseguente inibizione dell'attività cellulare. Questa doppia capacità, stimolante e a volte inibente, sembra essere dovuta a epitopi differenti del recettore del TSH contro i quali vengono prodotte diverse classi di T. L’evento scatenante alla produzione di autoanticorpi è ancora sconosciuto. Per il morbo di Graves si ipotizza una patogenesi simile alla tiroidite di Hashimoto: • un difetto congenito, organo-specifico, nella funzione dei linfociti T soppressori permetterebbe la produzione e la proliferazione di linfociti T helper CD4+ diretti contro gli epitopi del recettore per il TSH. Questi linfociti T, cooperando con le cellule B, avrebbero la capacità di stimolare la produzione di autoanticorpi tiroide-specifici (effetto stimolante). Nella tiroidite di Hasimoto si ha invece una citotossicità cellulare anti-tireociti mediata da linfociti T CTL e B (con autoanticorpi), con la conseguenza di una ridotta attività della ghiandola. Talora l'ipertiroidismo si instaura su una pregressa tiroidite di Hashimoto (hashitossicosi). Appunti di Patologia Generale – Pag, 173
Alterazioni oculari nella malattia di Graves Anche le alterazioni oculari del Graves hanno un'eziopatogenesi autoimmune. Le lesioni sono costituite da un massivo infiltrato di infociti T CD4+ o CD8+ e un aumento dei glicosaminoglicani nei muscoli extraoculari e dei tessuti fibroadiposi orbitari. Queste alterazioni, nel loro insieme, producono l'esoftalmo. Decorso clinico della malattia di Graves Se la triade è costituita da gozzo iperplastico, dermopatia e oftalmopatia la diagnosi è agevole. La conferma di laboratorio si ottiene con: aumento della captazione dello iodio, diminuzione dei livelli di TSH e livelli sopra la norma di T3 e T4 totali e liberi. In molti casi la tireotossicosi è persistente, ma talora ha un andamento ondulante. La terapia medica può facilmente controllare la tireotossicosi, ma non ha effetto sull'oftalmopatia. L'esoftalmo, spesso a decorso benigno, autolimitante, può talora assumere un decorso progressivo, tale da impedire la chiusura delle palpebre con conseguenti traumi e ulcere corneali fino alla perdita degli occhi. Manifestazioni cliniche della malattia di Graves Vedi tireotossicosi e vedi figura. Quindi si ha aumento del metabolismo basale con aumento della produzione di calore a scapito dell'accumulo di sostanze plastiche.
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IPOTIROIDISMI Stato ipometabolico da insufficienza della ghiandola tiroide. Le manifestazioni cliniche possibili dipendono dall’età di insorgenza: 1. Durante lo sviluppo fetale e nella prima infanzia => cretinismo 2. Nelle età successive => mixedema Cretinismo Ritardo nello sviluppo fisico e mentale, inapparente alla nascita, si manifesta nelle prime settimane o nei primi mesi. La sindrome completa è caratterizzata da: • cute rugosa e secca, • ampia distanza interoculare, succulenza dei tessuti periorbitali • naso largo e piatto • lingua grossa e protrudente • gravi alterazioni nello sviluppo scheletrico e in quello cerebrale Il cretinismo endemico si manifesta nelle zone di gozzo endemico correlato alla carenza di iodio nella dieta. Il cretinismo sporadico è solitamente dovuto a difetti congeniti dello sviluppo tiroide o (cretinismo sporadico tireoprivo) o a difetti nella biosintesi degli ormoni tiroidei. Cretinismo nelle alpi svizzere. Il cretinismo è una deficienza irreversibile nello sviluppo del cervello umano, che si accompagna a sordomutismo, nanismo e a malformazione delle ossa e delle articolazioni. Il cretinismo si sviluppa in generale nel feto o nella fase immediatamente postnatale a causa di una grave carenza di iodio nell'alimentazione, che a sua volta comporta una insufficienza tiroidea (cretinismo endemico); solo in rari casi vi è un'origine genetica (cretinismo familiare). Probabilmente già dall'età della Pietra il cretinismo era presente in forma endemica in tutti i continenti, là dove era diffuso il gozzo dovuto a carenza di iodio. Nel XIX Secolo, nelle valli più elevate delle Alpi svizzere fino al 90% della popolazione aveva il gozzo e fino al 2% era affetta da cretinismo (endemico). Nel Vallese un censimento svolto dal 1843 dalla Società svizzera di scienze naturali. La più antica descrizione del cretinismo nelle Alpi risale al 1220 (Jacques de Vitry). In seguito, il fenomeno e la sua ricorrenza nelle regioni alpine furono più volte documentati da viaggiatori che attraversarono le Alpi diretti in Italia, così come da eruditi quali Felix Platter (1536-1614), Albrecht von Haller (1708-1777), Horace Bénédict de Saussure (1740-1799) e Heinrich Zschokke (1771-1848). La nozione medica di cretinismo fu formulata soltanto nel XVIII sec. nel Vallese. Il termine è derivato dal francese crétin o crestien, che a sua volta è riconducibile al lat. cristianus, cioè (povero) cristiano. Dato che un gozzo pronunciato era ritenuto segno di scarsa intelligenza, il "cretino delle Alpi" divenne un vero e proprio luogo comune delle arti figurative. In numerose rappresentazioni della Via Crucis, ad esempio, un accentuato gozzo e i tipici lineamenti grossolani del cretinoide contraddistinguono i torturatori di bassa. Gli scienziati svizzeri realizzarono sperimentazioni pionieristiche nella cura e nella prevenzione del cretinismo. Nel XIX Secolo la clinica per affetti da cretinismo di Abendberg, sopra Interlaken, fondata nel 1841 dal medico Johann Jakob Guggenbühl e oggi considerata precorritrice dei successivi istituti neuropsichiatrici, introdusse un idealistico metodo terapeutico di ispirazione romantica. La chirurgia del gozzo e le correlate ricerche scientifiche sul cretinismo, sviluppate dall'ultimo quarto del XIX sec., valsero nel 1909 a Theodor Kocher il premio Nobel per la medicina, per la prima volta attribuito a un chirurgo. La profilassi con sale iodato, imposta a partire dal 1922 nel cantone Appenzello Esterno e più tardi in tutta la Svizzera per merito di alcuni medici, tra cui Hans Eggenberger, Otto Bayard, Heinrich Hunziker e Fritz de Quervain, assunse valore esemplare a livello mondiale. Da allora in Svizzera non nacquero più neonati affetti da cretinismo; l'ultima persona affetta dalla malattia morì negli anni 1970-80. Seguendo l'esempio svizzero, anche gli altri Paesi industrializzati riuscirono a debellare la malattia, che resta invece tuttora diffusa nel Terzo mondo. Mixedema [leggi mixedèma] E’ l'ipotiroidismo che insorge in bambini di età superiore e nell'adulto. • Nei bambini si hanno segni e sintomi intermedi tra il cretinismo e il mixedema adulto. • Nell'adulto, la condizione si instaura lentamente e insidiosamente. Manifestazioni cliniche del mixedema: • rallentamento progressivo delle attività psico-fisiche • stanchezza • apatia • letargia • intolleranza al freddo Appunti di Patologia Generale – Pag, 175
• calo dell'attenzione La parola e le funzioni intellettuali diventano lente. Con il passare del tempo, si sviluppa edema peri orbitale e progressivi ispessimento e secchezza della cute. I lineamenti del volto si appesantiscono e diventano più marcati e la lingua si ingrossa. Altri sintomi: • Diminuita sudorazione e lentezza delle funzioni motorie. • Mixedema del cuore o cardiomiopatia ipotiroidea ◦ Cuore flaccido e ingrossato, con le camere dilatate. ◦ Istologicamente, i miociti appaiono ingrossati con perdita della striatura e si osserva edema interstiziale per accumulo di mucopolisaccaridi. ◦ Nel sacco pericardico si accumula liquido ricco di mucopolisaccaridi. Tiroidite di Hashimoto E’ caratterizzata da un intenso infiltrato di linfociti e plasmacellule che virtualmente sostituisce in modo completo il tessuto tiroideo. La tiroidite di Hashimoto ha una notevole importanza clinica per i seguenti motivi: 1. È la causa più comune di ipotiroidismo gozzigeno nelle regioni con sufficiente apporto di iodio. 2. 2. È la causa principale di gozzo non endemico nei bambini. 3. Tra le malattie autoimmuni, è stata la prima a essere riconosciuta e descritta e ne costituisce quindi il prototipo. La maggior parte dei pazienti con tiroidite di Hashimoto sviluppa, nel tempo, un ipotiroidismo. Tuttavia, in una piccola parte di casi si ha insorgenza di uno stato ipertiroideo, noto come hashitossicosi. Sia la tiroidite di Hashimoto sia la malattia di Graves hanno un'origine autoimmune e alcuni meccanismi patogenetici sono condivisi dalle due forme. Patogenesi della tiroidite di Hashimoto: • Patogenesi autoimmune, correlata probabilmente a un difetto nella funzione dei linfociti T soppressori tiroidespecifici. • E’ probabile un'ereditarietà autosomica dominante. • Il difetto funzionale dei linfociti T soppressori permetterebbe la predominanza dei linfociti helper CD4+, specifici per antigeni tiroidei e che cooperano con i linfociti B alla produzione di vari autoanticorpi. • I più importanti sono gli autoanticorpi contro le perossidasi tiroidee (chiamati anche anticorpi antimicrosomiali o anti-TPO). • Altri autoanticorpi sono specifici per la tireoglobulina (anti-TG), per ulteriori antigeni colloidali diversi dalla tireoglobulina, per il recettore del TSH, o per altri ancora. • i pazienti con Hashimoto soffrono spesso anche di altre malattie autoimmuni, come il lupus sistemico eritematoso, la sindrome di Sjögren, l'artrite reumatoide, l'anemia perniciosa, il diabete di tipo I e la malattia di Graves.
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PANCREAS La storia di Leonard Thompson L'11 gennaio 1922 Leonard Thompson di 12 anni, ricoverato in coma (oggi possiamo dire "coma diabetico") all'ospedale di Toronto, fu curato per la prima volta al mondo con un estratto grezzo di insule pancreatiche, L’estratto era stato preparato dall' ortopedico Banting e dallo studente Best nel laboratorio del fisiologo Macleod. Il preparato (siero di Macleod) abbassava la glicemia in cani cui era stato rimosso il pancreas. Il paziente superò il coma e fu in seguito curato per altri 15 anni con l'estratto, parzialmente purificato dal biochimico Collip. Morì per polmonite da stafilococco aureo (le complicanze infettive nel diabete sono frequenti). All'autopsia mostrò fibrosi diffusa del pancreas con diminuzione delle cellule insulari. C'era aterosclerosi diffusa con lesioni aortiche e coronariche. Era presente epatomegalia con accumulo di glicogeno negli epatociti e nelle cellule renali e edema cerebrale. L'insulina L'insulina cristallina fu ottenuta nel 1926 e ne fu stabilita la struttura negli anni '50 da Frederick Sanger (Biologo inglese, vincitore di due premi Nobel, per la caratterizzazione della struttura dell'insulina e per la scoperta di un metodo per l'analisi delle sequenze aminoacidiche). Sanger usò un marcatore speciale che si unisce ai gruppi NH2 liberi (il DNP, dinitrofenolo) con successiva idrolisi e cromatografia. Il marcatore impiegato da Sanger si unisce al terminale NH2 e resiste all'idrolisi. In questo modo, frazionando la molecola di insulina in differenti peptidi e marcandoli con DNP, si poteva procedere producendo l'idrolisi in modo da frazionare i peptidi, identificandone gli aminoacidi. L'insulina fu sintetizzata nel 1963. Dopo essere stata ottenuta per anni dal pancreas bovino e porcino, può ora essere ottenuta biotecnologicamente da DNA ricombinante espresso in Saccharomyces cerevisiae. Cellule del pancreas endocrino 4 tipi maggiori di cellule nelle isole di Langherans: • Cellula B (beta) produce insulina; granuli con profilo rettangolare e matrice cristallina, circondati da un alone. • Cellula A (alfa) secerne glucagone; granuli rotondi con membrane strettamente aderenti e una zona centrale più scura. • Cellula D (delta) contiene la somatostatina; granuli grandi e pallidi con membrane strettamente aderenti. • Cellula PP produce un polipeptide che esercita svariati effetti sull'apparato gastrointestinaIe; granuli piccoli e scuri ed è presente non solo nelle isole, ma anche nel parenchima pancreatico. 2 tipi minori di cellule nelle isole di Langherans: • Cellula D1 (delta1) produce produce un peptide vasoattivo intestinale (VIP); granuli caratteristici al microscopio elettronico. • Cellula enterocromaffine produce serotonina (il tessuto enterocromaffine è diffuso nella surrenale, nell'intestino e nel pancreas, in questo caso produce serotonina) Il glucagone Il glucagone è un'ormone peptidico secreto dal pancreas, esattamente dalle cellule α. Esso permette il controllo dei livelli di glucosio nel sangue, affinché rimangano entro certi limiti: se il livello ematico di glucosio scende sotto una soglia di circa 80mg/100ml (normalmente è 100-110), le cellule α cominciano a secernere glucagone. Questo si lega immediatamente ai suoi recettori presenti principalmente sugli epatociti, attivando la degradazione del glicogeno (glicogenolisi) ed un conseguente rilascio di glucosio nel sangue. Quando i livelli di glucosio scendono al di sotto di un valore minimo, il glucagone dà un segnale al fegato che dà inizio alla gluconeogenesi, ovvero alla sintesi di glucosio. Al contrario, quando i livelli di glucosio sono elevati la concentrazione di glucagone diminuisce e quindi viene attivata Appunti di Patologia Generale – Pag, 177
a livello cellulare la glicolisi. Somatostatina La somatostatina è un ormone polipeptidico. Prodotta dalle cellule delta del pancreas, inibisce il rilascio di insulina e glucagone e di acido cloridrico nello stomaco, inibisce inoltre la produzione esocrina del pancreas. Inoltre è prodotta da: − ipotalamo, dove inibisce la secrezione di GH (ormone della crescita) e Prolattina − cellule D antrali dello stomaco, dove inibisce cellule G produttrici di gastrina Peptide vasoattivo intestinale Il VIP ha ruoli differenti a seconda delle differenti parti del corpo in cui agisce: • il suo ruolo nell'intestino è quello di stimolare la secrezione di acqua ed elettroliti, così come di dilatare la muscolatura liscia intestinale, dilatare i vasi sanguigni periferici, stimolare la secrezione di bicarbonato pancreatico e inibire la secrezione di acido gastrico stimolata dalla gastrina. Questi effetti agiscono insieme per aumentare la motilità intestinale. È presente inoltre nel cervello e in qualche nervo autonomo. Una regione del cervello include una specifica regione dei nuclei soprachiasmatici (SCN) dove si trova il pacemaker circadiano primario. Dato che i SCN sono responsabili nel rilevare la luce nell'ambiente circostante comunicatagli direttamente dalla retina, e comunicano questa informazione sul relativo 'momento del giorno' al resto del corpo, è probabile che VIP giochi un ruolo chiave nel meccanismo dell'orologio biologico dei mammiferi. È presente anche nel cuore ed ha effetti significativi sull'apparato cardiocircolatorio. Induce vasodilatazione coronarica ed ha anche un effetto inotropo e cronotropo positivo. DIABETE MELLITO E’ un disordine cronico del metabolismo dei carboidrati, lipidi e proteine. La caratteristica della malattia è la risposta secretoria insufficiente o difettosa dell'insulina, che determina una alterazione del metabolismo dei carboidrati (glucosio), con conseguente iperglicemia. Circa il 3% della popolazione mondiale (100 milioni di individui) soffre di questa affezione, che quindi è una tra le più comuni malattie non infettive. Classificazione e incidenza Le forme più importanti di diabete mellito possono essere divise in due varianti più comuni (il tipo 1 ed il tipo 2) che si differenziano per l'ereditarietà, le risposte all'insulina e le origini; in modo meno specifico per difetti genetici delle funzioni delle cellule. Diabete primitivo 1. Tipo 1 (in precedenza diabete mellito insulino-dipendente, IDDM: denominazione ora superata) ◦ 1A autoimmune ◦ 1B Idiopatico 2.
Tipo 2 (in precedenza diabete mellito non insulino-dipendente, NIDDM: denominazione ora superata)
3.
Difetti genetici della funzione delle cellule beta ◦ Diabete giovanile ad insorgenza in età matura [MODY]) : non lo trattiamo ◦ Cromosoma 2, HNF 4 a (MODY 1) ◦ Cromosoma 7, glucochinasi (MODY 2) ◦ Cromosoma 12, HNF 1 a (MODY 3) ◦ DNA mitocondriale ◦ Altri difetti genetici
Quello che distingue tipo I e tipo II è il meccanismo patogenetico: Appunti di Patologia Generale – Pag, 178
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tipo I = risposta immunitaria verso le isole pancreatiche => distruzione isole => carenza marcatissima di insulina ◦ può esserci infiltrazione da linfociti nelle insule pancreatiche, con atrofia, fortissima riduzione numerica delle cellule beta tipo II = resistenza periferica all'azione dell'insulina, non c'è deficit di insulina (può aumentare), ci può essere riduzione da esaurimento delle insule ◦ non c'è infiltrazione linfocitaria, le cellule beta sono solo modicamente ridotte in numero, a volte ci sono dei depositi di amiloide
Diabete secondario • Infezioni • Rosolia congenita • Citomegalovirus • Endocrinopatie (es. tumori ipofisari, surrenalici) • Farmaci • Altri difetti genetici (es. Sindrome di Down) • Diabete mellito gestazionale Fisiologia dell'insulina Lo stimolo alla produzione dell’insulina è costituito dal glucosio che, penetrando nella cellula beta dà avvio alla sintesi di insulina e alla sua secrezione. L’insulina è un ormone anabolizzante. Azioni: • Trasporto transmembrana glucosio e aminoacidi • Formazione di glicogeno epatico e muscolare • Conversione di glucosio in trigliceridi • Sintesi di acidi nucleici • Sintesi proteica
Effetti dell'insulina • Trasporto transmembrana del glucosio nelle cellule muscolari striate e miocardiche, nei fibroblasti, negli adipociti. • Traslocazione GLUT-4 ◦ GLUT-2: nel fegato ◦ GLUT-4 nel muscolo e nel tessuto adiposo
Appunti di Patologia Generale – Pag, 179
PATOGENESI DEL DIABETE TIPO 1 Risposta autoimmune verso le isole pancreatiche. • Fattori ambientali: all’autoimmunità si aggiungono fattori ambientali, poco noti, ma evidenziati dall’evidenza che emigranti di una etnia hanno rischio di ammalare più simile alle popolazioni del Paese di destinazione che a quella del Paese di origine. •
Virus: associazione di nuove diagnosi con comuni infezioni virali stagionali, come Coxsackie B. Inoltre associazioni con parotite, morbillo, citomegalovirus, rosolia e mononucleosi. Si ritiene che giochi un fenomeno di mimetismo molecolare tra proteine virali e proteine delle cellule β
Autoimmunità 1. Insulite con infiltrato di CD8+ e CD4+ (i CD4+ possono sperimentalmente trasferire l’autoimmunità). 2. Si associa, nelle cellule β aumentata espressione di molecole di classe I e espressione aberrante di antigeni di classe II. (Questa ultima indotta da citochine prodotte localmente da CD4+). 3. Presenza di autoanticorpi contro antigeni delle cellule insulari (tra cui contro GAD, decarbossilasi dell’acido glutammico) Sviluppo del diabete tipo 1
Malgrado la terapia sostitutiva le complicanze sono difficili da controllare, perché in ogni caso restano picchi iperglicemici. Appunti di Patologia Generale – Pag, 180
DIABETE TIPO II Resistenza periferica all'azione dell'insulina, non c'è deficit di insulina (può aumentare), ci può essere riduzione da esaurimento delle insule. Possono esserci difetti primitivi nella secrezione insulinica. Si può osservare deposizione di sostanza amiloide nelle insule.
Patogenesi delle complicanze del diabete - Glicosilazione non enzimatica delle proteine Nelle proteine con gruppi laterali aminoacidici NH2 (es. lisina) può avvenire il legame tra glucosio e NH2 => si forma una base di Schiff, che porta alla stabilizzazione del gruppo aldeidico legato a NH2 => è detto prodotto di Amadori => questa proteina glicosilata tende a formare legami trasversi (crociati) con fenomeni di insolubilizzazione delle proteine e altri fenomeni deleteri. I prodotti di questa reazione sono detti advanced glycation end-products (AGE), che hanno capacità di: • formare legami crociati fra polipeptidi della stessa proteina (es. collagene) • intrappolare proteine non-glicosilate (es. LDL, Ig, complemento) • conferire resistenza alla digestione proteolitica • indurre ossidazione dei lipidi • inattivare l'ossido nitrico • legare acidi nucleici • legarsi ai recettori per AGE sui monociti e sulle cellule mesenchimali • indurre migrazione monocitaria • indurre secrezione di citochine e di fattori di screscita • indurre aumentata permeabilità vascolare • indurre attività procoagulante • indurre aumentata proliferazione cellulare • indurre aumentata produzione di ECM
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Complicanze a lungo termine del diabete • microangiopatia = lesione di piccoli vasi, anche a livello cerebrale, che può formare aneurismi • alterazione dei vasi retinici con retinopatia, cataratta, glaucoma (aumento della pressione intraoculare, per mancanza del flusso dell'umor acqueo) • ipertensione • tendenza a infarto miocardio per aterosclerosi • perdita di cellule insulari, per insulite nel tipo I, per deposito di amiloide nel tipo II • nefrosclerosi, glomerulosclerosi, arteriolosclerosi sono le lesioni renali che portano ad ipertensione • neuropatia diabetica • aterosclerosi periferica con ischemia degli arti inferiori => gangrena => infezioni che possono interessare l'intero organismo per via ematogena Coma diabetico Un soggetto diabetico tende ad andare incontro ad iperglicemia, che porta alle due principali cause del coma diabetico: − poliuria iperosmotica, perché il glucosio passa nelle urine e ne aumenta la pressione osmotica => iperuria => ipovolemia (inizialmente compensata dalla necessità di bere) => caduta di pressione arteriosa => shock − eccesso di glucagone e carenza di insulina porta alla chetogenesi e alla formazione di chetoacidi, perché non può esservi ossidazione del glucosio => chetoacidosi NB: Non si parla del coma insulinico: un eccesso di insulina provoca grave ipoglicemia con tendenza a collasso, ecc.
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Appunti di Patologia Generale – Pag, 183
