Patologia generale e molecolare

Patologia generale e molecolare AA 2021-2022

03/03/22

Patologia: studio della sofferenza. Per ogni patologia bisogna ricercare e caratterizzare 4 aspetti fondamentali:

Eziologia

Causa della malattia, evento scatenante. L'insorgenza della malattia può essere data da:

• Fattori genetici: mutazioni, ereditarietà. La malattia si manifesta solo in determinati soggetti (es. allergia);
• Fattori ambientali: stile di vita, esposizione a sostanze tossiche, infezioni. Si possono manifestare in qualsiasi soggetto (es. incidenti).

La maggior parte delle patologie sono multifattoriali. L'insorgenza e l'evoluzione della patologia sono influenzate da:

• Fattori di rischio: portano allo sviluppo della malattia;
• Fattori di protezione: portano alla regressione della malattia.

In generale, quindi, le cause della malattia possono essere sia intrinseche, e quindi appartenenti all'organismo colpito, che estrinseche, e quindi dipendenti dall'ambiente esterno.

Patogenesi

Meccanismo di risposta in seguito all’esposizione all'agente patogeno, costituita da tutti gli eventi intracellulari, molecolari e biochimici che avvengono nella cellula colpita. È necessario conoscere i meccanismi alla base della patologia in esame per inquadrarla e comprenderla, oltre che per permettere l’allestimento di una cura adatta.

Cambiamenti morfologici

Alterazioni strutturali indotte prima nelle cellule, poi nel tessuto e quindi nell'organo. Queste alterazioni possono essere usate sia per risalire alla malattia che all'agente eziologico scatenante, ma una determinata modifica morfologica non può essere correlata univocamente ad una sola malattia poiché una stessa lesione morfologica può essere indotta da diverse eziologie.

Manifestazioni cliniche

Conseguenze funzionali date dai cambiamenti morfologici indotti dall’agente scatenante. Queste manifestazioni sono quelle che vengono chiamate sintomi e segni della malattia. Nel momento in cui la situazione omeostatica delle cellule viene alterata, la cellula stessa attiva sistemi che possano riportare l'equilibrio nel sistema; se ciò non riesce a compensare il cambiamento (non si ha reversione della condizione fisiologica) si arriva al danno irreversibile con conseguente morte cellulare.

Adattamento cellulare

Iper-Molto, Ipo-Poco, A-/An- Assenza, Dis- Male, cattivo, Meta- Cambiamento, Pleo- Più di uno, -Plasia Aspetto, -Trofo Nutrire, crescere, -Morfe Forma

Ipertrofia

Aumento delle dimensioni cellulari dovuto all’aumento della sintesi di componenti intracellulari. I meccanismi molecolari che innescano l’aumento sono:

• Stiramento meccanico: es. allenamento;
• Agonisti: es. ormoni, neurotrasmettitori;
• Fattori di crescita.

Tutti questi fattori attivano sistemi di secondi messaggeri che portano ad un'aumentata trascrizione genica: le proteine prodotte possono essere le stesse presenti nella cellula in quel momento o possono essere proteine “nuove”, non facenti parte in precedenza del proteoma cellulare (shift); vengono anche prodotti fattori di crescita, il cui meccanismo di regolazione è a feedback positivo.

L'ipertrofia può essere:

• Fisiologica: come l'aumento della massa muscolare o delle dimensioni dell'utero durante la gestazione;
• Patologiche: non portano necessariamente alla morte del tessuto, ma piuttosto ad insufficienze funzionali. Alcuni esempi:
  • Ipertrofia cardiaca patologica: non si ha infarto ma solo l'ingrossamento delle pareti del cuore. Essendo che la cellula è sottoposta ad un maggiore sforzo contrattile, un segno tipico di ipertrofia cardiaca è la presenza di una grande quantità di β-miosina nei cardiomiociti, con valori molto più alti rispetto ad un cuore di adulto sano; questo shift, da α-miosina a β-miosina, è riscontrabile anche fisiologicamente durante lo sviluppo intrauterino: nel feto, infatti, viene prodotta più β-miosina mentre, dopo il completamento dello sviluppo, questa inizia ad essere sostituita dalla α-miosina. Il motivo che sta alla base dello shift patologico è da ricercare nel fatto che la β-miosina ha una maggior efficienza contrattile ed è quindi più performante, ma per fare ciò dovrà consumare una maggior quantità di ATP che causerà l’affaticamento del cuore stesso. Un’altra particolarità di questo tipo di ipertrofia è che anche le cellule ventricolari vanno incontro a shift proteico, iniziando a produrre peptide natriuretico atriale non riscontrabile in condizioni fisiologiche a livello dei ventricoli; lo scopo è quello di ridurre le resistenze periferiche e di aumentare la diuresi, inducendo lo sgonfiamento delle cellule e quindi una minima compensazione. I farmaci sviluppati contro l’ipertrofia cardiaca agiscono sulla via di trasduzione del segnale, bloccando l’innesco del meccanismo molecolare portante alla malattia;
  • Ipertrofia prostatica benigna: dovuta ad ormoni (soprattutto nell’anziano). Uno dei sintomi più caratteristici è l’aumentata diuresi poiché la prostata comprime la vescica.

Iperplasia

Aumento del numero di cellule in un tessuto. Per poter proliferare, le cellule devono essere in grado di farlo: queste vengono quindi classificate, grazie alla classificazione di Bizzozero, in funzione della loro capacità proliferativa:

• Cellule labili: come le cellule epiteliali, sono in continua proliferazione;
• Cellule stabili: come gli epatociti, sono cellule fuoriuscite temporaneamente dal ciclo cellulare, e quindi quiescenti, ma che possono rientrarvici in seguito ad uno stimolo esterno;
• Permanenti: come i neuroni, sono cellule che non si riproducono e quindi non sono proliferative.

L'iperplasia può essere:

• Fisiologica: innescata da segnalazione ormonale, fattori di crescita (es. ghiandola mammaria), necessità di aumentare la capacità funzionale degli organi (es. midollo osseo in seguito ad infezione), o incremento compensatorio indotto in seguito ad un danno (es. fegato);
• Patologica:
  • Iperplasia delle surrenali: morbo di Cushing. Indotto da un tumore benigno dell'ipofisi che, schiacciando le cellule deputate alla produzione di ACTH, aumenta la produzione di corticotropo provocando, di conseguenza, l’aumento nella produzione di cortisolo e nelle dimensioni delle surrenali;
  • Iperplasia tiroidea: morbo di Graves. Patologia autoimmune in cui determinati anticorpi, comportandosi da analoghi del TSH, vanno a stimolare i TSH-R localizzati sulle cellule della tiroide; viene quindi indotta proliferazione cellulare e perciò iperplasia.

Atrofia e aplasia

Riduzione delle dimensioni e del numero delle cellule di un tessuto/organo. Possono essere:

• Fisiologiche: solitamente si manifestano in seguito a fasi di ipertrofia e iperplasia fisiologiche, come in seguito al parto o finito l'allattamento, ma anche come la regressione della palmatura delle mani nel feto. Un altro esempio riguarda la regressione del timo una volta raggiunta l’adolescenza, il quale viene sostituito gradualmente da tessuto adiposo;
• Patologiche:
  • Disuso di un arto;
  • Denervazione: un tessuto/organo viene innervato meno poiché utilizzato meno;
  • Ischemia;
  • Denutrizione: se riguarda tutto l’organismo prende il nome di marasma-cachessia;
  • Scompensi ormonali;
  • Compressione: es. tumore benigno dell’ipofisi (anche se in quel caso porta ad iperplasia).

Nelle cellule che vanno incontro ad atrofia-aplasia si ha:

• Diminuzione della sintesi proteica e aumento della degradazione delle proteine presenti per ricavare energia;
• Aumento dell’autofagia: non essendo un processo a guadagno infinito si arriverà, in assenza di compensazione, alla morte cellulare.

Metaplasia

Cambiamento reversibile nell’aspetto delle cellule di un tessuto. In questo caso, un tipo di cellula differenziata viene sostituita da un altro tipo cellulare in seguito a stimoli esterni (eziologici); alcuni esempi:

• Metaplasia squamosa dell’epitelio respiratorio: indotta nella maggior parte dei casi dal fumo di sigaretta, si ha la conversione dell’epitelio respiratorio (cilindrico, monostratificato, cigliato e muciparo) in uno squamoso (pluristratificato, acigliato, amuciparo) poiché più resistente alle alte T. Essendo che si passa da un monostrato a un pluristrato, gli scambi gassosi verranno rallentati;
• Metaplasia ghiandolare dell’esofago: questa sezione del tubo digerente presenta normalmente un epitelio squamoso (molto resistente), ma, in caso di esposizione cronica ad ambienti abbastanza acidi, si ha la sua conversione in un epitelio simil-gastrico che sarà sì resistente all’acido, ma allo stesso tempo più fragile e sensibile.

Vediamo che nella nomenclatura della metaplasia ci si riferisce alla morfologia di arrivo del tessuto. Nella metaplasia, le cellule che vanno incontro a trasformazione sono le cellule mesenchimali multipotenti: ciò significa quindi che quelle già differenziate andranno incontro a morte (differisce da iper/a-trofia/plasia perché i cambiamenti, in questi casi, avvengono sulle cellule già differenziate).

Displasia

A cavallo tra una situazione di adattamento e di una patologica. Riguarda la variazione eterogenea di grandezza e forma delle cellule di uno stesso tessuto, sviluppando quindi pleomorfismo cellulare e nucleare; nei nuclei si sviluppa anche ipercromatismo, ovvero una maggior tendenza alla colorazione con ematossilina-eosina. Infine, si ha anche l’insorgenza di figure mitotiche abbondanti e atipiche; viene inoltre perso l’orientamento dell’epitelio, causando la disposizione casuale delle cellule che entrano così in anarchia strutturale. Queste caratteristiche sono riscontrabili anche in condizioni neoplastiche, ma a differenza di quest'ultime la displasia non è caratterizzata da invasione della membrana basale. La displasia più comune è la displasia della cervice uterina in seguito ad infezione da HPV. I ceppi di HPV vengono classificati in funzione del rischio di passare da una condizione displastica ad una neoplastica.

04/03/22

Danno

Lesione cellulare o tissutale che può essere reversibile o irreversibile. Per capire a che stadio del danno ci si trova ci si può basare sulla salute di membrane e nuclei: se queste strutture sono ancora conservate, allora il danno è reversibile; vale il contrario, e perciò si arriverà alla morte cellulare.

La risposta cellulare attivata dalla cellula colpita dipende da 3 fattori:

• Natura della lesione;
• Durata del danno;
• Gravità.

Per fare un esempio: i TIA (Attacchi Ischemici Transitori) sono delle piccole interruzioni di apporto di O₂ al cervello. Finché queste interruzioni hanno piccole durate non si rilevano danni neuronali nonostante la labilità delle cellule nervose all’assenza di O₂; se questa mancanza dovesse invece protrarsi per un tempo maggiore, allora ecco che si manifestano i primi danni.

Perciò, in generale, un danno cellulare insorge nel momento in cui l’intensità dell’evento lesivo supera un certo valore (es. botulino, DL₅₀ dei farmaci); esempi di stimoli lesivi sono:

• Ipossia/ischemia: mancato o ridotto apporto di O₂;
• Accumulo di radicali liberi;
• Reazioni immunologiche: vedi immunopatologia;
• Agenti fisici e chimici, infettivi, alterazioni genetiche, squilibri nutrizionali e alterazioni endocrine.

Danno mitocondriale

I mitocondri sono la centrale energetica della cellula, essendo in grado di produrre ATP tramite la fosforilazione ossidativa. Nel momento in cui si sviluppa un danno mitocondriale si ha la formazione di un poro di transizione, ovvero un canale che causa lo scambio incontrollato di soluti e proteine tra matrice e citoplasma. Se il danno mitocondriale non viene limitato, lo stato di sofferenza dell’organulo si tramuterà in sofferenza cellulare; gli eventi scatenati da un eventuale danno mitocondriale sono principalmente due:

• Diminuzione della produzione di ATP: causata da fenomeni quali riduzione dell'apporto di O₂, azione di alcune tossine (es. cianuro, HgCl₂), ecc. I principali effetti indotti dalla mancanza di ATP sono:
  • Interruzione del funzionamento delle pompe protoniche: essendo che lavorano contro gradiente necessitano di ATP. Entrando in difetto di tale nucleotide, pompe come la Na/K ATPasi e le pompe del Ca²⁺ subiscono alterazioni della loro funzionalità;
  • Shift della fosforilazione ossidativa verso la glicolisi anaerobia: mancando ossigeno viene innescato il processo fermentativo, ma come principale conseguenza si avrà acidificazione citoplasmatica (acidi organici + fosfati inorganici) e una produzione di ATP minore rispetto a quello ottenibile dalla fosforilazione ossidativa (scarso meccanismo compensatorio). Acidificando il citoplasma, le proteine smettono di lavorare correttamente;
  • Distacco dei ribosomi: l’attacco delle due subunità è un processo ATP-dipendente, e perciò verrà bloccata la traduzione dell’mRNA.
• Accumulo di ROS: i ROS vengono prodotti da cellula e mitocondri in condizioni fisiologiche, e perciò non è tanto la loro produzione e presenza che causa il danno, quanto più che altro il loro accumulo. Le cause alla base di questo processo possono quindi essere o una maggiore produzione di specie reattive o una minore eliminazione delle stesse. I ROS principalmente prodotti dal nostro organismo sono l’anione superossido, il perossido di idrogeno e il radicale ossidrile; il danno che inducono è dovuto a 3 processi lesivi quali:
  • Perossidazione lipidica: i ROS attaccano le membrane cellulari ossidando i lipidi di membrana;
  • Modifiche proteiche: i ROS causano ripiegamenti errati, denaturazione, rottura dei legami peptidici;
  • Danni al DNA: i ROS possono romperlo e/o causare mutazioni.

  L’eliminazione dei ROS in condizioni fisiologiche è portata avanti da 4 sistemi:

  • Decadimento spontaneo: avviene ma molto raramente;
  • Enzimi scavenger: come perossidasi, superossido dismutasi e glutatione perossidasi. La loro capacità di spegnere i ROS può essere modificata in seguito a variazioni dell’ambiente citoplasmatico, portando a:
    • Riduzione dell'attività: causa accumulo di ROS;
    • Aumento dell’attività: non è sempre da considerare un evento positivo. Nel caso della SOD, infatti, in caso di un’aumentata efficienza enzimatica verrà prodotta una maggiore quantità di acqua ossigenata; questa può essere convertita in acqua dalla GP, ma la rigenerazione di GSH, necessario all’enzima per funzionare, a sua volta dipendente dal NADPH (?);
    • Agglutinazione proteica tra i vari enzimi.
  • GSH;
  • Vitamine: come la vitamina A, C ed E. Hanno capacità detossificanti poiché, cedendo un elettrone ad una specie radicalica, sulla vitamina si viene a formare un radicale altamente stabilizzato che rallenta quindi il processo degradativo a cascata tipico dei radicali. Il radicale vitaminico può poi essere spento da altre vitamine o da fattori quali il GSH.

Un esempio di danno da accumulo di ROS è la protoporfiria eritropoietica, una condizione patologica per la quale non si è in grado di produrre un gruppo eme corretto. Se esposti alla luce ultravioletta, il gruppo eme libera radicali all’O causando numerosi danni a livello sistemico; nasce da qua il mito dei vampiri.

Alterazione dei livelli di Ca²⁺ intracellulare

Per mantenere le concentrazioni di Ca²⁺ intracellulari a livelli bassi, e quindi ottimali, la cellula possiede dei sistemi di regolazione basati sulla eliminazione del Ca²⁺ dall’ambiente citoplasmatico; questo può essere pompato o fuori dalla cellula o all’interno di organuli deputati allo stoccaggio di tale ione (es. mitocondri, reticolo endoplasmatico). Nel caso in cui i livelli citoplasmatici di Ca²⁺ dovessero superare un certo valore soglia ecco che vengono attivati degli enzimi Ca²⁺-dipendenti quali:

• Fosfolipasi: degradano i fosfolipidi di una qualunque membrana biologica;
• Proteasi: degradano le proteine;
• Endonucleasi: degradano gli acidi nucleici;
• ATPasi: degradano l’ATP.

L’aumento di Ca²⁺ è indotto da una diminuita attività delle pompe relative localizzate sia sulla membrana plasmatica che sulle cisterne del Ca²⁺: nel primo caso, lo ione smette di essere pompato verso l’esterno della cellula, mentre nel secondo caso aumenta la sua entrata citoplasmatica poiché rallenta il suo immagazzinamento.

Danno di membrana

Riguarda tutte le membrane cellulari, le quali possono essere bucate e quindi rese più permeabili. Le membrane più critiche per la sopravvivenza cellulare sono:

• Danno alla membrana mitocondriale: si somma al poro di fusione e alla degradazione portata avanti dalle fosfolipasi Ca²⁺-dipendenti causando l’aumento della fuoriuscita di Ca²⁺ e la perdita di ATP;
• Danno alla membrana plasmatica: viene perso l’equilibrio osmotico cellulare, con conseguente perdita di componenti intracellulari e acqua;
• Danno alla membrana lisosomiale: vengono riversati, nel citoplasma, enzimi digestivi acidofili che degradano e digeriscono le varie classi di macromolecole biologiche. Solitamente, a questo evento segue la necrosi cellulare.

Misfolding delle proteine

Un folding errato delle proteine comporta un malfunzionamento della proteina stessa ed eventuali coagulazioni proteiche. Possono intervenire sistemi di correzione proteici (es. le HSP), ma se il danno cellulare è già sufficientemente esteso e in fase avan...