Appunti completi dell'esame di Patologia e immunologia

Patologia e immunologia

La patologia è lo studio delle alterazioni strutturali, biochimiche e funzionali in cellule, tessuti e organi che determinano una particolare malattia; è lo studio degli eventi che alterano l’omeostasi fisiologica del nostro organismo. Il nostro organismo risponde con l’immunità innata per risolvere la condizione patologica che porterebbe alla morte cellulare.

Morte cellulare

Quando una cellula muore per necrosi scatena un'infiammazione che innesca il reclutamento dell’immunità innata; la morte per apoptosi non scatena infiammazione, innesca una reazione immunitaria di tipo tollerogenico, avviene in condizioni fisiologiche. Alla base di ogni condizione patologica e/o di malattia esiste un danno alle cellule dei tessuti → non tutti i danni portano a morte cellulare.

Omeostasi e adattamento cellulare

Omeostasi: quando la cellula è in grado di soddisfare la normale richiesta fisiologica.

Stress: alterazione dei meccanismi omeostatici che consentono alle cellule di rispondere alle esigenze fisiologiche contingenti.

Adattamento cellulare: raggiungimento di nuovi alterati stati di equilibrio che preservano la vitalità della cellula e ne modulano la funzione in risposta ad un dato stimolo:

• Iperplasia: aumento del numero di cellule, non tutte le cellule sono capaci (labili vs stabili).
• Ipertrofia: aumento della dimensione delle singole cellule.
• Atrofia: riduzione delle dimensioni e funzioni cellulari.

Danno cellulare: quando si superano i limiti delle risposte adattative o le cellule sono esposte a insulti dannosi senza avere sufficienti sostanze nutritive di riserva oppure sono danneggiate da mutazioni che colpiscono le funzioni cellulari fondamentali, abbiamo danno cellulare.

• Reversibile: recupero delle condizioni di omeostasi in seguito a rimozione dello stimolo.
• Irreversibile: esaurimento delle capacità di recupero → punto di non ritorno (tendenzialmente dopo c’è la necrosi).

Tipologie di morte cellulare

Un danno viene definito reversibile se la cellula perde funzionalità ma gli eventi che servono alla cellula per sopravvivere rimangono intatti → la cellula ha perso la sua funzione ma innesca sistemi di riparo per cui recupera la sua funzione.

L’irreversibilità è caratterizzata in maniera coerente solo da due fenomeni:

• Impossibilità di invertire la disfunzione mitocondriale anche dopo che la lesione originaria sia stata risolta.
• Profonde alterazioni nei meccanismi di permeabilità della membrana.

Morte cellulare:

• Necrosi: stress anomali (homicide), patologica.
• Apoptosi: attivazione di un programma suicida controllato (suicide), fisiologica (embriogenesi, ciclo mestruale), patologica (cellule danneggiate e non riparate).

Stress e stimolo dannoso

- Privazione di ossigeno (riduzione respirazione aerobica ossidativa): L’ipossia ovvero una inadeguata ossigenazione (trasporto: anemia, monossido) può essere causata da:

• Ischemia: perdita afflusso sangue arterioso (ossigeno e substrati metabolici).
• Insufficiente ossigenazione del sangue.
• Diminuzione della capacità del sangue di trasportare ossigeno (anemia e avvelenamento da monossido di carbonio).

- Agenti fisici (trauma meccanico, temperatura estrema, variazioni di pressione atmosferica, radiazioni, shock elettrico).

- Agenti chimici (vasto elenco, comprese le tossine ma anche agenti non tossici ad alte concentrazioni).

- Agenti infettivi (virus, batteri).

- Reazioni immunologiche: sia fisiologiche (febbre, infiammazione) che patologiche (reazione autoimmune, anafilattica).

- Alterazioni genetiche (possono provocare proteine non funzionanti).

- Squilibrio nutrizionale (assunzione eccessiva o insufficiente di nutrienti).

Tutti gli stimoli nocivi o che producono stress esercitano i loro effetti a livello molecolare o biochimico. La stessa causa di danno può innescare diverse vie di morte cellulare a seconda dell'entità del danno con conseguente apoptosi (bassa dose) o necrosi (alta dose).

Adattamento

Iperplasia

È un aumento:

• Del numero delle cellule per:
  • Proliferazione delle cellule superstiti.
  • Differenziamento delle cellule staminali.
• Delle dimensioni del tessuto.

Interessa le cellule che sanno dividersi (labili). Avviene perché le cellule restanti proliferano o perché sono presenti staminali che si differenziano. Il fegato è l’unico organo in grado di rigenerare. Il meccanismo prevede una maggiore sintesi del DNA causata dall’aumento della produzione locale di fattori di crescita e recettori per fattori di crescita che innescano la trascrizione di geni coinvolti nel ciclo cellulare.

La causa può essere:

• Fisiologica:
  • Ormonale (epitelio ghiandolare mammella femminile in pubertà e gravidanza, utero in gravidanza).
  • Compensatoria.
• Patologica:
  • Eccessiva stimolazione ormonale o da fattori di crescita (endometriale, benigna della prostata) che reverte alla cessazione delle stimolo.
  • Precede la proliferazione neoplastica → la neoplasia non deriva per forza da iperplasia.

Ipertrofia

È un aumento delle dimensioni delle cellule. Interessa sia le cellule che sanno dividersi (labili) che non (stabili). Il meccanismo prevede una maggiore sintesi dei componenti strutturali causato dall’aumento della produzione locale di fattori di crescita e recettori per fattori di crescita che innescano la trascrizione di geni i cui prodotti stimolano la sintesi di proteine.

La causa è sia fisiologica sia patologica:

• Muscolo: aumento carico di lavoro → cellule più grandi producono più energia.
• Muscolo cardiaco: sovraccarico emodinamico cronico (ipertensione o difetti valvolari).
• Utero in gravidanza: ormonale (estrogeni).
• Mammella in allattamento: ormonale (prolattina).

Atrofia

È una riduzione delle dimensioni delle cellule. Interessa sia le cellule che sanno dividersi (labili) che non (stabili). Il meccanismo prevede la perdita di elementi cellulari tramite meccanismi ancora sconosciuti; interessa l’equilibrio tra sintesi e degradazione proteine (lisosomi, ubiquitina-proteasoma), formazione di granuli autofagici.

La causa è:

• Fisiologica: durante sviluppo fetale.
• Patologica: locale o generalizzata.
  • Riduzione del carico di lavoro (atrofia da disuso, frattura ossea).
  • Perdita dell’innervazione (atrofia da mancata innervazione).
  • Riduzione dell’apporto ematico (ischemia, aterosclerosi).
  • Nutrizione inadeguata (cachessia: utilizzo del muscolo come fonte di energia).
  • Perdita della stimolazione endocrina (menopausa: utero mammella vagina).
  • Invecchiamento (atrofia senile: cellule stabili).
  • Pressione (espansione tumore benigno: vasi ematici compressi).

Metaplasia

È una modificazione reversibile in cui un tipo cellulare differenziato (epiteliale o mesenchimale) viene sostituito da un altro differenziato. Il meccanismo è una riprogrammazione di cellule staminali presenti nei tessuti normali o di cellule mesenchimali indifferenziate presenti nel connettivo causata dalla presenza di fattori di crescita e recettori per fattori di crescita che innescano la trascrizione di geni. L’architettura del tessuto viene conservata.

La causa è l’esposizione cronica ad agenti lesivi:

• Epitelio cilindrico a squamoso polmone (fumatori).
• Epitelio cilindrico a squamoso esofago (esofago di Barrett) → cellule gastriche sottoposte a stimolazione acida, si trasformano in cellule squamose che permettono maggiore resistenza agli acidi.
• Può precedere la proliferazione neoplastica.

Displasia

È una modificazione in cui un tipo cellulare differenziato (epiteliale) perde uniformità e orientamento architettonico.

Autofagia

È un meccanismo fisiologico fondamentale per la sopravvivenza delle cellule e per lo svolgimento delle loro funzioni → la vita è uno stato di equilibrio che si ha tra sintesi e degradazione delle proteine. Consiste nell’autodigestione dei componenti della cellula stessa che devono essere degradati e riciclati attraverso la formazione dell’autofagolisosoma.

È un meccanismo attivo sia in condizioni:

• Fisiologiche:
  • Sviluppo dell'embrione e alla differenziazione cellulare.
  • Meccanismo di controllo della qualità: eliminare le proteine e gli organelli danneggiati (invecchiamento).
• Patologiche:
  • Risposta alla fame e ad altri tipi di stress: fornire carburante per energia e elementi costitutivi per il rinnovo dei componenti cellulari.
  • Risposta all'infezione: eliminare l'invasione di batteri e virus intracellulari.

Le disfunzioni possono portare a Parkinson, diabete, tumori, disturbi del sistema immunitario.

Danno cellulare

La risposta cellulare al danno dipende da:

• Tipologia
• Durata
• Entità del danno

Le conseguenze del danno dipendono da:

• Tipologia: un danno cronico tende a generare un quadro per cui il danno è irreversibile e la cellula non può ripararsi e va incontro a morte.
• Stato: una cellula sottoposta a diversi stress difficilmente rigenera.
• Capacità di adattamento della cellula danneggiata.

Il danno cellulare deriva da alterazioni funzionali e biochimiche nei componenti cellulari essenziali:

• Respirazione aerobica (fosforilazione ossidativa + produzione ATP).
• Integrità membrane cellulari (omeostasi ionica e oncotica).
• Sintesi proteica.
• Citoscheletro.
• Integrità apparato genetico della cellula.

Il danno non è solo a livello della funzionalità ma intacca le funzioni molecolari e biochimiche all’interno della cellula stessa. Un danno è reversibile quando ci sono alterazioni funzionali/biochimiche e morfologiche che revertono quando lo stimolo dannoso viene rimosso, ad oggi non si sa quale sia l’evento biochimico che deve succedere per essere in grado di revertire. Una cellula muore quando c’è:

• Disfunzione mitocondriale irreversibile anche dopo eventuale risoluzione del danno.
• Alterazioni della funzionalità delle membrane.

Un danno è irreversibile quando c’è un perdurare della lesione che causa esaurimento delle capacità di recupero.

Alterazioni funzionali e biochimiche

- Danno mitocondriale:

• Deplezione di ATP → diminuzione della fosforilazione ossidativa e aumento di calcio. Il danno causa una minore capacità di fare fosforilazione ossidativa perché non arriva ossigeno, l’attività mitocondriale della cellula è intaccata e diminuisce la produzione di ATP. Questo provoca:
  • Diminuzione dell’attività della pompa sodio potassio che porta a un maggiore ingresso di calcio, Na e acqua e a una maggiore fuoriuscita di potassio → rigonfiamento del RE, rigonfiamento cellulare, perdita dei microvilli di Bleb →squilibrio ionico nella cellula.
  • Aumento della glicolisi anaerobica: diminuzione del glicogeno e del pH → addensamento della cromatina nucleare (mancata trascrizione).
  • Altri effetti come il distacco dei ribosomi che provoca diminuzione della sintesi proteica e accumulo di lipidi.
• Transizione di permeabilità mitocondriale → cambia la permeabilità. Gli ioni H+ e il citocromo C sono liberati all’esterno ed escono, il citocromo C è una delle componenti della cascata dell’attivazione della via intrinseca dell’apoptosi. Vengono intaccati i lipidi → viene persa la capacità da parte della cellula di sintetizzare fosfolipidi che sono i componenti della membrana cellulare che va in sofferenza e quindi inizia ad essere danneggiata.

- Ingresso e perdita omeostasi del calcio: un altro evento è l’aumento del calcio intracellulare → perdita dell’omeostasi del calcio. Gli ioni calcio entrano perché vengono meno fosfolipidi e vengono rilasciati dal RE. Il calcio va ad attivare:

• Proteasi: danneggiano il citoscheletro.
• Fosfolipasi: degradano fosfolipidi che insieme ai prodotti della loro degradazione danneggiano la membrana.
• ATPasi: diminuzione di ATP.
• Endonucleasi: danno della cromatina nucleare.

- Aumento delle specie reattive dell'ossigeno (squilibrio tra sistemi di produzione ed eliminazione di radicali liberi): nella cellula c’è un equilibrio tra specie reattive dell’ossigeno, quando si ha un danno vengono intaccati enzimi che contribuiscono all’eliminazione delle specie reattive dell’ossigeno, le specie reattive possono andare a causare eventi a valle che aumentano il danno cellulare.

- Danni al DNA: attivano p53.

Necrosi

È uno spettro di cambiamenti morfologici che seguono la morte cellulare e che risultano dalla progressiva denaturazione proteica e degradazione enzimatica della cellula danneggiata. Si ha perdita dell’integrità di membrana con rilascio del contenuto all’esterno, questo viene visto come un segnale di pericolo dal sistema immunitario. Il processo infiammatorio serve per rimuovere la causa del danno e deve garantire l'omeostasi delle cellule circostanti.

Cause della necrosi

• Ischemia e ipossia
  • Ipossia: ridotta biodisponibilità di ossigeno per ridotta quantità o saturazione dell’emoglobina. La glicolisi persiste → danno tardivo al tessuto.
  • Ischemia: ridotto flusso ematico per ostruzione meccanica di un vaso arterioso o caduta pressoria da emorragia. La glicolisi è interrotta per riduzione apporto dei substrati → danno immediato al tessuto.
• Ischemia – riperfusione: in funzione dell’intensità o della durata dell’insulto ischemico, una quota variabile di cellule può andare incontro a morte dopo il ripristino del flusso ematico per:
  • Produzione dei radicali liberi dell’ossigeno dalle cellule parenchimali, endoteliali, leucociti dell’infiltrato infiammatorio o dai tessuti riperfusi per mancata riduzione dell’ossigeno nei mitocondri danneggiati.
  • Transizione di permeabilità mitocondriale che impedisce produzione ATP.
  • Attivazione della flogosi nel sito riperfuso che richiama neutrofili.
  • Attivazione della via complemento ad opera di IgM che si depositano nei tessuti ischemici.
• Agenti chimici sostanze chimiche, farmaci e tossine. Azione:
  • Diretta: combinandosi con componenti molecolari o organelli cellulari.
    • Cloruro di mercurio: si lega ai gruppi sulfidrilici delle membrane e proteine causando aumento della permeabilità di membrana e inibizione del trasporto attivo ATPasi-dipendente. A carico delle cellule che lo utilizzano/assorbono: gastroenteriche, ed eliminano: renali.
    • Cianuro: lega la citocromo-ossidasi mitocondriale e blocca fosforilazione ossidativa.
  • Indiretta: conversione a metaboliti tossici reattivi dalle ossidasi P450 nel fegato con formazione di radicali liberi dell’ossigeno e perossidazione lipidica.
    • Tetracloruro di carbonio.
    • Paracetamolo: P450 lo converte in un metabolita tossico detossitificato a sua volta dal GSH. Assunzione eccessiva del farmaco causa deplezione di GSH.

Cambiamenti morfologici

Citoplasma:

• Aumento eosinofilia: determinata dalla colorazione con ematossilina ed eosina
  • Perdita della basofilia: perdita di RNA citoplasmatico (che lega il colorante blu: ematossilina).
  • Aumento della captazione di eosina: aumento delle proteine denaturate (che legano il colorante rosso/rosa: eosina). Poiché la tintura blu è legata di meno, le cellule non appaiono più viola scuro (blu + rosso = viola), ma più rosa pallido e più chiaro, a volte chiamato "Ghost cells".
• Vacuoli: a causa della digestione degli organelli citoplasmatici, a volte chiamato "tarmato".
• Calcificazione: anormale deposizione di sali di calcio. Definita distrofica cioè da morte cellulare mentre i livelli sierici e metabolismo del calcio sono normali.
• Figure mieliniche: cellule morte riempite da fosfolipidi. Fagocitati e ulteriormente degradati ad acidi grassi che calcificano formano saponi di calcio.

Nucleo:

• Picnosi: formazione di masse di DNA.
• Carioressi: frammentazione delle masse.
• Cariolisi: degradazione delle masse → il nucleo sparisce.

Rimozione delle cellule necrotiche

La cellula necrotica libera il proprio contenuto, che viene riconosciuto come nonsense, i DAMPs sono riconosciuti da recettori che iniziano a produrre mediatori dell’infiammazione che causano infiammazione acuta → modifiche a livello dei capillari e maggiore reclutamento delle cellule dell’immunità innata.

Quadri morfologici della necrosi

• Necrosi coagulativa: il quadro prevalente è la denaturazione. L’architettura del tessuto è conservata per denaturazione enzimi litici, la causa è l’ipossia (tranne nel cervello). Un esempio è l’infarto del miocardio.
• Necrosi colliquativa: il quadro prevalente è la digestione enzimatica. L’architettura del tessuto è persa e sostituita da una massa fluida e viscosa (pus: leucociti morti). La causa è infezioni batteriche o fungine, ipossia nel cervello (ragioni ignote). Un esempio è infarto cerebrale.
• Necrosi caseosa: necrosi coagulativa con architettura tissutale persa causata da infezione tubercolare. Aspetto biancastro area necrotica per reazione granulomatosa.
• Necrosi gangrenosa (arti): iniziale necrosi coagulativa a cui si sovrappone infezione batterica con conversione a necrosi colliquativa.

Apoptosi

È una via di morte indotta da un programma intracellulare regolato, in cui le cellule attivano enzimi che degradano il DNA e le proteine nucleari e citoplasmatiche. C’è mantenimento dell’integrità di membrana senza rilascio all’esterno, sono presenti sulla superficie alterazioni strutturali riconosciute da fagociti tollerogenici, non avviene nessuna reazione infiammatoria nel tessuto circostante.

Cause dell'apoptosi

Fisiologiche:

• Embriogenesi: impianto ovocita, organogenesi, involuzione di strutture durante lo sviluppo. Non avviene per...