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Danno cellulare reversibile e processi di adattamento

Le due principali cause di danno cellulare sono l’ischemia e la formazione di radicali liberi. L’ischemia provoca ipossia che blocca la glicolisi, riducendo l’ATP intracellulare. Questo blocca le pompe Na/K ATP-dipendenti che compromettono la permeabilità di membrana, aumentando il Na intracellulare.

Se la concentrazione di radicali liberi è superiore rispetto alla quantità che la cellula è in grado di neutralizzare, si avrà una modificazione della permeabilità di membrana poiché i radicali liberi sono molto reattivi e reagiscono con i componenti della membrana, provocando gravi danni.

L'entrata di Na nella cellula richiama acqua e provoca il rigonfiamento idroscopico, cioè un danno cellulare reversibile che determina rigonfiamento cellulare generalizzato e degli organelli, compresi i mitocondri, con dispersione dei ribosomi e cromatina ammassata.

Per sopravvivere la cellula attua dei processi di adattamento. Disuso, mancanza di nutrimento, diminuzione della stimolazione endocrina, degenerazione e invecchiamento corrispondono a una diminuzione della domanda funzionale e quindi la cellula si atrofizza e si assiste all’involuzione del tessuto.

Se la richiesta metabolica aumenta, la cellula diventa ipertrofica e il tessuto va in iperplasia. Altri adattamenti che predispongono l’organo a una modificazione neoplastica ma che sono ancora reversibili sono metaplasia e displasia. Infine ci sono le malattie da accumulo: steatosi, asbestosi, emosiderosi, glicogenosi, ecc.

Principali differenze tra necrosi e apoptosi

Necrosi e apoptosi causano entrambe la morte cellulare ma sono fenomeni con cause e conseguenze diverse. La necrosi avviene quando la cellula si trova in grave carenza di ATP, questo provoca il malfunzionamento delle pompe di membrana che causano una variazione della permeabilità di membrana: Na e acqua entrano nella cellula.

Questo processo attiva le proteasi che autodigeriscono la cellula che si rompe rilasciando gli organelli rigonfi e il citoplasma, il DNA viene degradato. Generalmente la necrosi coinvolge un grande numero di cellule, talvolta un intero tessuto. Si forma infezione.

L'apoptosi invece è un processo attivo che necessita energia. Spesso è un processo fisiologico che permette una differenziazione cellulare necessaria a originare in modo corretto i tessuti. Questo processo si svolge in modo organizzato e prevede prima la condensazione citoplasmatica e poi la formazione di corpi apoptotici che vengono progressivamente fagocitati. Il DNA viene frammentato da nucleasi. Non si assiste alla formazione di infezione.

Atrofia, iperplasia, ipoplasia con esempi

L’atrofia è un fenomeno che si verifica quando una cellula, a causa di una diminuzione della richiesta metabolica o della stimolazione endocrina o del diminuito flusso ematico, compie una risposta adattiva che le permetta di sopravvivere nella sua nuova condizione. La risposta prevede la distruzione di alcuni organuli e alcune proteine senza però che si verifichi la morte della cellula.

Evidentemente un tessuto le cui cellule diventano atrofiche diminuisce le sue dimensioni e riduce la sua funzionalità metabolica. Spesso è un processo fisiologico, per esempio con l’invecchiamento il timo subisce un’involuzione e lo stesso succede alla massa muscolare.

L’iperplasia invece è il processo di adattamento a un’aumentata richiesta di funzionalità metabolica, a un incremento della stimolazione ormonale o in seguito a un danno tissutale persistente. Questo fenomeno determina un cambiamento del tessuto che aumenta il numero di cellule. Questo avviene per esempio per la parete dell’utero, che in seguito all’instaurarsi di una gravidanza varia le sue dimensioni e diventa iperplastico, oppure nel muscolo scheletrico di uno sportivo.

L’ipoplasia è lo sviluppo incompleto o parziale di un organo o di un tessuto.

Malattie da accumulo intracellulare: amiloidosi, steatosi, glicogenosi

L’amiloidosi (o b-fibrillosi) è una malattia da accumulo extracellulare dovuta al deposito di proteine nello spazio extracellulare di diversi organi e provoca malattie sistemiche o localizzate. La sostanza depositata è chiamata amiloide ed è costituita al 90% da proteine a b-foglietto in forma fibrillare, resistenti a processi proteolitici, da una componente sierica derivante da un precursore ematico (SAP) della famiglia delle pentraxine e da glicosaminoglicani, in particolare eparansolfato.

A seconda di quale proteina prevale e all’organo in cui si deposita, dà luogo alla sindrome corrispondente.

La steatosi è una malattia dovuta all’accumulo intracellulare di trigliceridi (principalmente in reni, fegato e miocardio) e può essere causata da un’aumentata sintesi di TG per un’eccessiva assunzione di grassi con la dieta o per un’alterazione della secrezione plasmatica di TG da parte degli epatociti per una ridotta sintesi di apoproteine, o per una ridotta b-ossidazione degli FA, o per un cattivo stato di salute del fegato.

Le principali cause di steatosi sono: l’abuso di alcol, poiché provoca un eccesso di Acetil-CoA (precursore per la sintesi dei TG), carenza proteica, poiché rallenta la formazione delle apoproteine, l’assunzione di agenti tossici o farmaci (per esempio la actinomicina D).

La glicogenosi è una malattia provocata dall’accumulo di glicogeno nella cellula. Questi depositi si formano per la mancanza/carenza di enzimi che servono alla degradazione di glicogeno (fosforilasi, enzima deramificante, la fosfoglucomutasi, la glucosio 6-fosfatasi).

Questi accumuli avvengono principalmente nelle cellule muscolari cardiache e non, negli epatociti, nei tubuli renali.

Meccanismi di formazione e ruolo dell'accumulo della amiloide nella malattia di Alzheimer

La malattia di Alzheimer è una patologia di carattere degenerativo del SNC ed è la forma più frequente di demenza senile e presenile con un’incidenza del 10% oltre i 65 anni e del 20% oltre gli 80.

È un’amiloidosi localizzata nel cervello e nei vasi cerebrali e dal punto di vista istologico presenta placche senili e grovigli neurofibrillari. Le placche senili sono depositi extracellulari di proteina b-amiloide che si genera da frammenti proteici del precursore APP (amyloid precursor protein) la cui sintesi è determinata da un gene localizzato sul cromosoma 21. Le placche senili sono costituite da un nucleo di b-amiloide circondato da assoni distrofici e astrociti reattivi.

I grovigli neurofibrillari sono depositi intracellulari di proteina tau iperfosforilata. La proteina tau appartiene alla famiglia delle MAP e defosforilata ha la funzione di polimerizzare la tubulina e di stabilizzare i microtubuli. Nella forma iperfosforilata è insolubile e destabilizza i microtubuli provocando neurodegenerazione.

Il ruolo delle molecole di adesione nei processi chemiotattici

La chemiotassi è il processo che permette ai leucociti di muoversi dal circolo ematico ai tessuti periferici grazie a un gradiente di fattore chemiotattico. Le molecole di adesione hanno un ruolo fondamentale poiché permettono l’adesione dei leucociti all’epitelio vasale.

Le molecole di adesione coinvolte in questo processo sono le selectine, le immunoglobuline e le integrine.

Le selectine vengono espresse sull’epitelio in seguito all’attivazione da parte di citochine e altri fattori. Il loro ruolo è quello di mediare la fase di rolling, cioè l’adesione debole dei leucociti all’epitelio. La L-selectina è espressa sui leucociti e sui linfociti T e riconosce i glicosaminoglicani della membrana delle cellule endoteliali e ha come funzione il rotolamento e l’adesione dei leucociti.

La E-selectina è espressa sull’endotelio attivato e riconosce i componenti polisaccaridici presenti sui leucociti (Lewis X, glicoproteine) e permette l’adesione di leucociti, monociti e linfociti. Infine le P-selectine sono presenti su endotelio e piastrine e riconoscono come ligando il Lewis X attivato e i glicani presenti sulle membrane dei leucociti. La loro funzione è di far aderire neutrofili, monociti e linfociti.

Le immunoglobuline sono glicoproteine presenti sull’epitelio vasale e rappresentano il recettore per le integrine, cioè le glicoproteine transmembrana presenti sui leucociti. Il riconoscimento recettore-ligando permette il legame stabile tra endotelio e leucociti. La famiglia delle immunoglobuline comprende ICAM-1 e ICAM-2 (molecola di adesione intracellulare 1 e 2), VCAM-1 (molecola di adesione vascolare) e PECAM-1.

Le integrine sono glicoproteine transmembrana eterodimeriche, costituite da una catena alfa e una catena beta. Questa classe comprende VLA1-4 presenti su leucociti e linfociti T che riconoscono collagene, lamina e fibronectina epiteliali e mediano quindi l’adesione cellulo-matrice. Comprende poi LFA1 presenti su linfociti T e B, timociti e monociti e MAC-1 presente su linfociti T e leucociti. Le LFA-1 riconoscono come ligando ICAM 1,2,3 e mediano l’adesione leucociti-endotelio e linfociti T-APC (cellule presentanti l’antigene), le MAC-1 invece riconoscono ICAM-1, fibrinogeno, fattore X e iC3b e permettono l’adesione di leucociti e fagociti e l’adesione cellulo-matrice.

Risposta infiammatoria acuta: meccanismi che portano a iperemia, gonfiore e formazione di essudato

La prima fase che caratterizza la risposta infiammatoria acuta è quella vascolare. In seguito a uno stimolo lesivo le cellule danneggiate rilasciano dei segnali (chinina bradichinina) che attivano in particolare i mastociti che rispondono liberando istamina che stimola la secrezione di NO da parte delle cellule endoteliali.

L’NO è un potente vasodilatatore poiché aumenta il livello di cAMP cellulare che provoca un rilassamento delle cellule muscolari vasali. Questi elementi causano iperemia della zona interessata con apertura di tutti i capillari del microcircolo e sono la causa del gonfiore e del rossore.

Inoltre gli endoteli aumentano la loro permeabilità per consentire la fuoriuscita del plasma. I fattori che contribuiscono maggiormente alla variazione di permeabilità sono l’istamina, prostaglandine, chetrombossani e leucotrieni (fattori provenienti dal metabolismo dell’acido arachidonico) e fattori proteici come citochine (IL-1, IL-6, TNF) e chemiokine.

Vasodilatazione, aumento di permeabilità e aumento di pressione idrostatica provocano l’uscita di liquido dai capillari (edema) che determina un aumento della viscosità del sangue e quindi un rallentamento del flusso che premette ai leucociti di accumularsi nel sito della lesione.

La formazione di essudato è il risultato di una serie di eventi che iniziano nel vaso (fase intravasale) e si concludono nell’interstizio (fase interstiziale). La fase intravasale prevede l'emarginazione dei leucociti, il rotolamento e l’adesione (processi mediati dalle proteine di adesione) e infine la trasmigrazione con cui inizia la fase interstiziale che comprende la fase di chemiotassi, di diapedesi e infine la fagocitosi dei microrganismi.

Citochine infiammatorie primarie: IL-1, IL-6, TNF

Le citochine infiammatorie sono mediatori proteici a basso peso molecolare, prodotti da diversi tipi cellulari (endoteli, leucociti e linfociti) in risposta a segnali inviati da microrganismi o antigeni. Sono molecole pleiotropiche e ridondanti, motivo per cui il loro uso terapeutico è molto limitato.

La secrezione delle citochine è un evento breve e autolimitato, inoltre l’attività e/o la sintesi di alcune di loro è influenzata da altre citochine. Le citochine infiammatorie primarie sono IL-1, IL-6 e TNF. In genere agiscono su recettori altamente specifici che attivano meccanismi intracellulari mediati da proteine G.

I loro effetti possono essere locali (azione autocrina e paracrina) e provocare l’attivazione dell’endotelio, la chemiotassi, l’aumento della permeabilità vascolare, attività citotossica, stimolare una risposta immune oppure possono essere sistemici (azione endocrina) e provocare febbre, sonnolenza, dolore, stimolazione di proteine di fase acuta, shock.

L’interleuchina 1 è prodotta da molte cellule, in particolare da monociti/macrofagi e neutrofili ma anche dalle cellule endoteliali ed epiteliali. È una proteina multifunzionale: tra le numerose funzioni ha quella di agire sulle cellule endoteliali aumentando l’espressione di molecole di adesione, stimola i macrofagi a produrre ulteriore IL-1, IL-6, chemochine, NO, derivati dell’acido arachidonico e agisce come pirogeno endogeno sull’ipotalamo.

Comprende IL1-alfa, IL1-beta che hanno attività simili, IL1-ra, che è l’antagonista recettoriale ed è indotto dalle citochine anti-infiammatorie. Il recettore è composto da IL1RI e da una catena accessoria Acp, IL1-ra lega il recettore IL1RI impedendo il legame di IL-1.

Il TNF è il principale mediatore di risposta ai batteri Gram-negativi e di altri agenti infettivi. È una proteina transmembrana prodotta da monociti/macrofagi, cellule NK, linfociti ecc, in seguito dallo stimolo ricevuto da prodotti batterici. La sua azione è diretta a leucociti, endoteli, fegato, polmoni e tubo digerente e ha come effetto un aumento dell’espressione delle molecole di adesione, un aumento della permeabilità capillare, stimola la secrezione di chemochine e IL1 dai macrofagi e aumenta il reclutamento leucocitario.

Inoltre attiva il sistema della coagulazione, induce aderenza, degranulazione e fagocitosi dei neutrofili, stimola l’attività degli osteoclasti e ha un effetto piretico tramite la produzione di prostaglandine. A seconda della quantità liberata ha effetti locali o sistemici. In piccole quantità agisce a livello di infiammazione locale, in quantità più elevate agisce a livello sistemico e in quantità ancora più elevate provoca una massiccia vasodilatazione che può causare un collasso cardiocircolatorio e talvolta morte per shock settico.

Ha due recettori. Il recettore di tipo I (p55) media la morte apoptotica, il recettore di tipo II (p75) attiva NFKB e regola la risposta proinfiammatoria.

L’interleuchina 6 è prodotta da monociti/macrofagi e fibroblasti, ha la funzione di attivare l’endotelio, stimola il fegato a produrre proteine infiammatorie di fase acuta e stimola la differenziazione terminale dei linfociti B. Il recettore è costituito da due catene: gp30 che è comune al recettore di altre citochine e IL6R che riconosce IL6. Il complesso IL6R-IL6-gp30 è riconoscibile anche da cellule endoteliali non dotate del recettore per IL6. Questo complesso attiva le tirosin-chinasi JAK family che fosforilano i fattori trascrizionali STAT che migrano al nucleo e attivano la trascrizione genica.

Regolazione di citochine: IL-10 e TGF-beta abbassano i livelli di TNF e di IL-1; IL1-ra abbassa i livelli di IL1.

Le chemochine

Le chemochine sono una famiglia di proteine che contribuiscono alla formazione del fattore chemiotattico che permette ai leucociti di migrare dal lume del vaso ai tessuti periferici. Sono circa 50 proteine basiche con un basso PM. Vengono classificate in base alla loro struttura a seconda che le due cisteine N-terminali siano adiacenti (CC) o separate da uno o più AA (CXC, CX3C).

I recettori delle chemiochine sono tutti proteine a 7 domini transmembrana a limitata specificità, ogni recettore può legare più di una chemochina della stessa sottofamiglia. I diversi leucociti e linfociti T in particolare possono esprimere diversi recettori che a seconda dei ligandi con cui interagiscono regolano la qualità e la quantità di essudato.

Riparo cellulare: formazione tessuto di granulazione

Se il tessuto è costituito da cellule perenni o se il danno tissutale è esteso, l’essudato viene sostituito con tessuto cicatriziale. La reintegrazione avviene in due fasi: la formazione del tessuto di granulazione e l’angiogenesi.

Il tessuto di granulazione si forma poiché nell’essudato sono presenti fattori secreti da fagociti e citochine (per esempio IL-1, TNF) che richiamano fibroblasti e mio fibroblasti che proliferano nella zona interessata. I fibroblasti depositano glicosaminoglicani, proteine della matrice (laminina, fibronectina) e collagene di tipo I (che verrà sostituito in seguito con quello di tipo III) per rigenerare la matrice extracellulare. Si formano poi capillari nuovi da quelli pre-esistenti.

Questo processo comprende 5 fasi: la proteolisi della matrice nel punto in cui è presente il capillare in formazione, la migrazione e la chemiotassi delle cellule endoteliali nel luogo dello stimolo, la proliferazione delle cellule endoteliali, la maturazione delle cellule per formare il capillare vero e proprio e infine l’aumento di permeabilità per la recluta delle cellule adibite al supporto e alla funzionalità del vaso.

I fattori che principalmente stimolano l’angiogenesi sono bFGF (basic fibroblast growth factor) e VEGF (vascular endothelial growth factor).

Modalità di riparo delle ferite per I o II intenzione

Tutte le ferite prevedono la formazione del coagulo di sangue, la disidratazione e la formazione della crosta. Dopo poche ore migrano i cheratinociti che iniziano a proliferare. Entro due giorni si verifica la rigenerazione epiteliale, l’invasione da parte dei linfociti che digeriscono il coagulo (tramite proteasi ed enzimi litici).

Dal terzo giorno si forma il tessuto di granulazione e inizia l’angiogenesi, i linfociti sono stati sostituiti dai macrofagi e inizia la proliferazione dei fibroblasti che si occupano di generare la matrice extracellulare, depositando collagene. Entro una settimana lo strato cheratinizzato è aumentato ma il tessuto di granulazione predomina. Dalla seconda settimana la rete vascolare regredisce e l’infiltrato scolpare, si forma la cicatrice.