appunti di patologia generale, immunologia e medicina trasfusionale

Patologia generale

La patologia generale è la scienza che si occupa dell'analisi dei fenomeni morbosi e dello studio dei meccanismi patogenici sotto un punto di vista morfologico, biochimico e molecolare. Rudolf Virchow è considerato il padre della patologia moderna; egli affermava che tutte le forme di malattia hanno inizio da alterazioni molecolari o strutturali a livello cellulare. La malattia è definita dall'OMS come un'anormalità morfologica funzionale e/o psichica. In generale le malattie hanno origine da alterazioni dei meccanismi omeostatici dell'organismo; queste alterazioni possono alimentare la progressione di una malattia, che può raggiungere lo stato cronico. La risposta alterata dei meccanismi omeostatici a un danno può essere esagerata rispetto allo stimolo.

La maggior parte delle malattie consiste in effetti collaterali indesiderati di meccanismi omeostatici e rischi ambientali. I processi patologici elementari che regolano le risposte dell'organismo sono l'infiammazione, degenerazione cellulare, neoplasie e malattie congenite e ereditarie.

Mediante le sperimentazioni, la patologia generale

• Identifica le cause della malattia (eziologia)
• Stabilisce i rapporti tra causa lesiva e effetto patogeno (patogenesi)

Adattamento cellulare e risposte ai danni

L'adattamento cellulare può essere compromesso da danni subiti dalla cellula su vari livelli:

• A livello metabolico si hanno danni di tipo biochimico
• A livello strutturale si possono avere danni di alterazione morfologica (atrofia, ipertrofia, iperplasia, metaplasia)

Ogni danno può essere reversibile o irreversibile; i suoi effetti dipendono dalla durata, natura, numero e tipo di cellule colpite e dalla loro capacità rigenerativa.

Condizioni di atrofia

Si divide in fisiologica e patologica; quest'ultima è causata da disuso (riduzione del carico di lavoro), deficit alimentare, carenza di innervazione, riduzione dell'apporto ematico, nutrizione inadeguata, perdita della stimolazione endocrina, pressione eccessiva.

Ipertrofia

Si divide in fisiologica e patologica; questa è causata dall'aumentata richiesta funzionale a monte di restringimenti di un organo cavo (le cellule è come se si ingrandissero). È il risultato di un'aumentata produzione di proteine indotta da sensori meccanici, fattori di crescita e agenti vasoattivi.

Iperplasia

Si divide in fisiologica e patologica; quest'ultima è causata da un grande stimolo ormonale, come compensazione a seguito di perdita di funzione cellulare, da infezioni virali.

Metaplasia

Si sviluppa a seguito di stimolo irritativo cronico, e se persiste può diventare una neoplasia. Colpisce il tessuto epiteliale o connettivo: da un epitelio cilindrico si passa a uno squamoso stratificato. È il risultato della riprogrammazione delle cellule staminali del tessuto o mesenchimali indifferenziate, dovuta a segnali di diversa natura. Può essere anche causata da un deficit di vitamina A o dalla regolazione genica.

Danno e morte cellulare

Le risposte adattative possono svilupparsi solo se lo stimolo lesivo può essere tollerato dalle cellule colpite; superati i limiti delle capacità adattive la cellula va incontro a morte per:

• Necrosi: si tratta di una morte accidentale conseguente a stimoli patologici come traumi, veleni, tossine, ischemia.
• Apoptosi: È una morte cellulare programmata e regolata. Si tratta di un meccanismo fisiologico che può essere indotto da stimoli patologici.

Necrosi

In questa condizione la cellula subisce modificazioni morfologiche, ha un aumento del calcio intracellulare e l'attivazione della proteasi, oltre che a una crescente disorganizzazione del citoscheletro e danneggiamento delle membrane. Inoltre, si ha la digestione da parte dei lisosomi delle strutture cellulari, e la degradazione del DNA. Le figure mieliniche sono strutture necrofile; masse concentriche di fosfolipidi di membrana, dovute alla distruzione delle cellule durante la necrosi. Prendono questa denominazione perché molto simili alla mielina.

Quadri di necrosi tissutale

• Coagulativa: Tipica dei danni ischemici, si trovano nei tessuti a valle dei vasi ostruiti/danneggiati. L'impalcatura viene mantenuta, poiché vengono degradati anche gli enzimi litici che dovrebbero eliminare le cellule morte. Non si verifica nell'encefalo. Un'area che presenta questo tipo di necrosi viene anche detto "infarto".
• Colliquativa: Vi è una digestione enzimatica del tessuto danneggiato, al contrario della necrosi coagulativa. È tipica delle infezioni batteriche o fungine, che scatenano l'accumulo di leucociti e la liberazione di enzimi. Si crea il pus, una sostanza formata da neutrofili morti.
• Gangrenosa: Non è il quadro di una morte cellulare specifica, si tratta di un termine utilizzato per la necrosi che avviene al livello degli arti. È una necrosi coagulativa, ma colpisce più livelli di tessuto. Può essere umida (se si sovrappone un'infezione batterica) o gassosa (instaurazione di microbi anaerobi).
• Caseosa: Tipica delle infezioni da tubercolosi, si caratterizza per un aspetto bianco-friabile, e dopo la lisi fagocitaria può rimanere una cavità. Al microscopio si nota la presenza di detriti e di un focolaio infiammatorio detto granuloma.
• Steatonecrosi: Anche questo termine non indica una situazione specifica; si verifica in tessuti contenenti molti grassi (tessuto adiposo) ed è per questo detta necrosi grassa.
• Fibrinoide: È tipica delle reazioni immunitarie che coinvolgono vasi sanguigni, con deposito sulle pareti arteriose di immunocomplessi (antigene+anticorpo) che, insieme alla fibrina fuoriuscita dai vasi, conferiscono una colorazione rosa.

Cause di danno cellulare

Carenza di ossigeno (ipossia), agenti fisici, agenti chimici e farmaci, agenti infettivi, reazioni immunologiche, alterazioni genetiche, squilibri nutrizionali. I principali meccanismi del danno cellulare coinvolgono funzioni indispensabili e sono i principali bersagli dell'azione lesiva che determina il passaggio a danno irreversibile.

• Deplezione ATP: Le principali cause sono ipossia, mancanza di nutrienti, danno a livello mitocondriale e azione di tossine.
• Disfunzione mitocondriale: È dovuto all'aumento di calcio, ipossia o tossine. Il mitocondrio è suscettibile a ogni forma di danno; di conseguenza la produzione di ATP può essere facilmente compromessa.
• Danno di membrana: Questa libera le proteine che la compongono, e la cellula va in apoptosi.

Perdita dell'omeostasi del calcio

Un aumento dello ione calcio intracellulare porta all'attivazione di enzimi con potenziali effetti deleteri per la cellula, come ATPasi (che degrada ATP), fosfolipasi (promuovono il danno di membrana) ed endonucleasi (frammentano il DNA). Un aumento di calcio induce inoltre un aumento della permeabilità cellulare e l'apoptosi.

Danno da radicali liberi

Sono specie chimiche altamente reattive, con alta presenza di elettroni, che favoriscono le reazioni di ossidazione (danno da stress ossidativo). Questo danno è causato da irradiazioni, è tipico delle ischemie e riperfusione, invecchiamento cellulare e uccisione dei microorganismi mediata da fagociti. Fra i radicali liberi c'è l'ossido di azoto NO, generato da endoteli e durante le reazioni redox del metabolismo.

Riassunto sui ROS

Esistono tre reazioni importanti nel danno cellulare:

• Perossidazione lipidica della membrana: in presenza di ossigeno i ROS reagiscono con i legami doppi dei grassi insaturi della stessa e formano perossidi instabili e reattivi.
• Alterazione ossidativa delle proteine: causata dall'ossidazione delle catene laterali e dalla formazione di legami crociati, con modificazione strutturale e conformazionale.
• Danni al DNA: sono indotti da sostanze mutagene o dai radicali liberi, raggi ultravioletti che vanno a formare dimeri tra le pirimidine, di conseguenza l'elica non si accoppia. Quando il danno al DNA diventa eccessivo, la cellula va in apoptosi.

Danno ischemico ed ipossico

Sono diversi: in caso di danno da ipossia la cellula (se capace) può comunque effettuare la glicolisi, mentre nei casi di danno ischemico la cellula non può svolgere le sue funzioni. Generalmente, nei danni ischemici manca anche il substrato per gli enzimi; si tratta di un danno più veloce rispetto a quello ipossico.

Danno da riperfusione

Rende ancora più evidente il danno da ischemia – aumento della morte cellulare. Può essere dovuto al fatto che nel momento in cui un tessuto viene riossigenato, questo fa ripartire l'attività e quindi alcune cellule danneggiate muoiono. C'è anche un effetto dovuto al fatto che durante un danno ischemico si attiva una risposta leucocitaria.

Danni causati da agenti chimici

I danni possono essere di vari tipi:

• Danno diffuso: Variazioni del pH, solubilizzazione di componenti cellulari, denaturazione delle proteine.
• Danno selettivo: Quando gli agenti chimici alterano uno specifico costituente cellulare (veleni o tossine).
• Danno diretto: Causato dalle sostanze ex cloruro di mercurio, chemioterapici antineoplastici.
• Danno indiretto: Causato da una sostanza derivata per modifica da parte dell'organismo (ex danno da radicali liberi).

Apoptosi

È una RCD (regulated cell death). Parlando di RCD, esiste la necroptosi, un meccanismo intermedio tra necrosi e apoptosi – ha lo stesso funzionamento di quest'ultima, ma una volta che il processo si è verificato si manifesta come una necrosi. Ci sono varie forme di morte cellulare regolata (ex necroptosi). L'apoptosi può essere un processo fisiologico, come metodo di autoregolazione di proliferazione cellulare, o indotto da stimoli patologici (necrosi è solo patologica), come i danni al DNA da radiazioni.

Caratteristiche dell'apoptosi

1. Riduzione del volume cellulare
2. Addensamento della cromatina
3. Alterazioni membrana plasmatica
4. Si formano i corpi apoptotici, che vengono fagocitati senza però risposta infiammatoria: quest'ultima caratteristica distingue l'apoptosi dalla necrosi

Accanto a questi cambiamenti morfologici se ne trovano anche di biochimici, a carico delle membrane e del nucleo. La loro attivazione, innescata dal taglio delle proteine, porta a rottura del DNA, al livello del nucleo, ad opera degli enzimi endo-nucleasi. Vengono tagliati frammenti caratteristici, con dimensioni standardizzate.

Vie di induzione dell'apoptosi

L'apoptosi può essere indotta da due vie diverse; una intrinseca mitocondriale (quella principale) ed una estrinseca recettoriale.

Via mitocondriale: Si ha un aumento della permeabilità di membrana, vengono rilasciate molecole pro-apoptotiche che innescano la morte programmata. Se il danno è causato da danni al DNA, il reticolo endoplasmatico viene stressato e si attiva la necrosi. Una volta che gli effettori apoptotici vengono attivati, questi si inseriscono nella membrana mitocondriale e formano dei canali, alterando la permeabilità di membrana. Viene rilasciato il citocromo c, che va ad attivare le caspasi.

Via recettoriale: I recettori si legano agli stimoli, attivando una via di segnalazione alle caspasi. Entrambe le vie terminano quindi con l'attivazione delle caspasi. Si possono avere patologie dovute ad un eccesso (ex malattie neurodegenerative) o malfunzionamento di apoptosi (tumori o malattie autoimmuni).

Autofagia

È un processo in cui una cellula digerisce parti di se stessa. È uno di quei meccanismi che innesca la necroptosi e si manifesta in numerose patologie neurodegenerative.

Malattie da accumulo

Sono dette anche processi regressivi o degenerazioni cellulari, dove si accumula un qualsiasi tipo di molecola biologica. Si possono avere accumuli esogeni (sostanze extracellulari) o endogeni (sostanze intracellulari). Si distinguono 4 alterazioni:

1. La sostanza è prodotta normalmente ma la sua eliminazione è rallentata
2. La sostanza è sintetizzata eccessivamente
3. La sostanza viene accumulata per difetti del catabolismo
4. La sostanza esogena (ex polvere di carbone) non può essere degradata o smaltita

Classi di malattie da accumulo

• Malattie lisosomiali: Il materiale endogeno accumulato non può essere degradato a causa della mancanza di un enzima. Spesso queste malattie sono dovute alla mutazione di geni codificanti per questi enzimi.
• Lipidosi: Si ha l'accumulo di lipidi; sono malattie ereditarie e gli accumuli si verificano nel tessuto nervoso o nel miocardio. L'accumulo dei lipidi coinvolge tutte le classi, e si comporta diversamente a seconda del lipide e di come avviene l'accumulo. In queste situazioni, i vacuoli pieni di lipidi spingono il nucleo verso la periferia. Queste malattie sono associate a metabolismo alterato. Un aumento causato dalla sintesi si osserva invece nella steatosi epatica. Un accumulo di colesterolo è detto colesterolinosi, e si suddivide in tanti vacuoli, dando alla cellula un aspetto "schiumoso". Spesso dipende da un aumento apporto alimentare o ha cause ereditarie. L'accumulo può essere localizzato o meno. L'accumulo legato alla dieta implica le placche aterosclerotiche. In condizioni genetiche si possono verificare dei piccoli noduli gialli sulla superficie cutanea, soprattutto delle palpebre.
• Proteine: Possono accumularsi per vari motivi; quello principale è dovuto a difetti di folding proteico, dove la proteina non assume la corretta conformazione. Il reticolo endoplasmatico viene quindi modificato e la cellula va in apoptosi.

Manifestazioni del danno proteico

• Gocciole di riassorbimento a livello dei tubuli prossimali del rene: questo fenomeno è osservabile nelle patologie renali che causano la perdita di proteine nelle urine, inducendo così un aumento del riassorbimento proteico.
• Sintesi eccessiva di proteine di secrezione, avviene nelle plasmacellule (linfociti B maturi che rilasciano anticorpi).
• Le proteine sono dette fibrillari quando hanno il folding a foglietto beta, determinata da mutazioni del gene specifico, o in seguito a condizioni esterne (pH).

Malattia spongiforme trasmissibile

Ex mucca pazza, dette malattie da prione: la proteina prionica ha una conformazione regolare ad alfa-elica; nei bovini assume una conformazione diversa. Con l'eccessivo consumo di carne bovina con questa conformazione, le proteine dell'essere umano possono modificarsi ed assumere la stessa conformazione.

Altre forme di accumulo

Ci possono essere malattie date da accumulo di glicogeno o pigmentazioni patologiche (ex bilirubina).

Glicogenosi

Insieme di patologie ereditarie caratterizzate da un difetto di funzione di uno degli enzimi implicati nel metabolismo del glicogeno. Ne consegue un anomalo accumulo in tessuti diversi del glicogeno non utilizzato. A seconda della proteina alterata, si hanno vari tipi di glicogenolisi che differiscono per la sede di accumulo, quantità e qualità di glicogeno accumulato, per la gravità, sintomatologia ed evoluzione. Sono contraddistinte da un numero romano o dal nome di chi le ha descritte.

Pigmentazioni patologiche

Accumulano pigmenti in sedi dove normalmente sono presenti in piccole quantità, oppure comparsa in nuove sedi per degenerazione o infiltrazione. Si depositano sia in forma diffusa che come granuli.

Amiloidosi

Si tratta di un eterogeneo gruppo di malattie caratterizzate dalla deposizione in sede extracellulare di materiale proteico-fibrillare. Sostanze extracellulari patogeniche compaiono in diverse situazioni cliniche. I principali costituenti dell'amiloide sono fibrille proteiche le cui subunità variano nelle differenti forme di malattia. È causata da un anomalo assemblaggio (folding) delle proteine depositate nei tessuti extracellulari, alterandone la funzione. Queste si associano tra loro, portando alla formazione di accumuli nei tessuti. La variabilità delle condizioni associate ad amiloidosi può essere dovuta a eccessiva produzione di proteine predisposte al folding.

Calcificazione

Si può dividere in distrofica o metastatica, a seconda che avvenga (rispettivamente) a seguito di necrosi o in tessuti sani, dovuta ad ipercalcemia.

Distrofica

Di solito il deposito è innescato dai danni di membrana, dove i fosfolipidi si legano al calcio.

Metastatica

Dovuta ad un'alterazione del metabolismo.

Invecchiamento cellulare

Progressiva perdita di efficienza dei meccanismi di conservazione dell'omeostasi biologica dovuta a fattori genetici e ambientali. La cellula ha una ridotta capacità proliferativa. Dal punto di vista patologico esistono malattie caratterizzate dall'invecchiamento precoce o legate all'invecchiamento. Vi è un contributo importante del danno del DNA (invecchiamento precoce). Studi hanno dimostrato che diminuire l'apporto calorico aiuta ad allungare le aspettative di vita.

Malattie genetiche

Si tratta di malattie ereditarie, possono essere correlate a mutazione di un singolo gene (malattie mendeliane), cromosomiche (riguardo la struttura o il numero), multigeniche complesse (multifattoriali), a trasmissione atipica (mitocondriali) e la cui trasmissione è influenzata da imprinting genomico o mosaicismo gonadico.

Mutazioni

Sono modificazioni permanenti del DNA:

• Puntiformi: Interessano un solo gene, se colpiscono cellule somatiche non sono trasmissibili, mentre se colpiscono le cellule germinali allora la malattia diventa ereditaria. Missenso, nonsenso, silenti. Possono essere nella sequenza codificante e causano modificazione funzionale della proteina. Se si tratta di piccole modificazioni possono essere conservative o causare una prematura interruzione genica, con mancanza della proteina. Possono avvenire in sequenze non codificanti ma regolatorie (ex promotori), che causano una marcata riduzione o assenza di trascrizione, o causano splicing difettoso degli introni.
• Da inserzione o delezione di una coppia di basi: Sono dette mutazioni frame-shift se coinvolgono più coppie, si ha la codificazione di una proteina anomala.
• Mutazioni da triplette