Tossicologia generale e del farmaco - parte 8

Tossicologia lez. 24 13/05/2022

La tossicità a carico del sangue, ovviamente, è dovuta alle importantissime funzioni che svolgono le cellule del sangue, quindi ovviamente dal trasporto e cessione di ossigeno da parte degli eritrociti e poi la funzione immunitaria.

Il sangue rappresenta anche un importantissimo target di tossicità perché le cellule del sangue sono caratterizzate da un'elevatissima capacità proliferativa e quindi, per esempio, possono essere (lo vedremo quando faremo la tossicità immunitaria) target di quei farmaci come farmaci antineoplastici che vanno a colpire selettivamente le cellule che sono soggette a un'intensa attività proliferativa, come le cellule tumorali, per esempio, e come effetto collaterale possono esercitare una tossicità anche sul sistema ematopoietico a livello del midollo.

Proprio per questi farmaci, tuttavia, la emato-tossicità, essendo farmaci, come abbiamo detto tante volte, farmaci antitumorali, farmaci salvavita, la emato-tossicità è considerata un rischio accettabile, nonostante praticamente in tutti questi farmaci, tutti i farmaci antitumorali sono comunque associati a una immunodepressione, una inibizione della sintesi delle cellule della linea mieloide nel midollo osseo.

Il sangue oltre ad essere poi un bersaglio importante di tossicità, ovviamente, è anche il più importante biomarcatore per l'esposizione agli xenobiotici perché gli xenobiotici vengono trasportati dal sangue e quindi il sangue rappresenta il più importante indicatore biologico, cioè la sede in cui il tossicologo andrà a ricercare, per esempio, la presenza di uno xenobiotico, oppure la presenza di un metabolita dello xenobiotico oppure in questo caso si parla di marcatori di esposizione, di indicatori biologici di esposizione, cioè la misurazione dello xenobiotico nel sangue ci dice quanto xenobiotico è presente nell'organismo, oppure si potrà andare a valutare nel sangue alcune caratteristiche patologiche che possono essere, per esempio, dei deficit enzimatici, dei deficit in alcune proteine che ci dicono invece che è già presente una patologia.

In questo caso parleremo di indicatori biologici d’effetto.

Detto questo, sappiate ovviamente che per il tossicologo il sangue è il più importante indicatore biologico, cioè quando noi dobbiamo sapere se un individuo è stato esposto a una sostanza, ovviamente si farà il prelievo di sangue, si analizzeranno le urine oltre poi ad altri comparti a seconda dello xenobiotico ma i più importanti indicatori biologici sicuramente sono il sangue e le urine, il sangue perché è il mezzo attraverso cui vengono trasportati xenobiotici e le urine perché è il mezzo attraverso cui vengono eliminati; ricordate che si ricerca sempre o lo xenobiotico originale o i suoi metaboliti.

Emato-tossicità primaria e secondaria

L’emato-tossicità può essere una emato-tossicità primaria, quando gli elementi del sangue sono direttamente il target primario dello xenobiotico, del farmaco, si parla invece di una emato-tossicità secondaria, quando il danno è secondario a una patologia o un effetto tossico a carico di altri tessuti.

Emopoiesi e midollo osseo

Ripassatevi un pochino l’emopoiesi, ricordatevi che l'emopoiesi avviene nell'individuo adulto nel midollo osseo di scheletro assiale, nella parte prossimale delle ossa lunghe, diversamente, per esempio, dall'emopoiesi in età fetale che invece avviene in molte sedi, nel fegato, nella milza, nel midollo osseo, nel timo, nei linfonodi.

Poi con la crescita dell'individuo, le sedi di emopoiesi diventano sempre più ridotte, sono sempre meno, fino ad arrivare appunto all'adulto in cui, come vi ho detto, l’emopoiesi si verifica soltanto nello scheletro assiale, nella parte prossimale delle ossa lunghe.

Quindi in condizioni fisiologiche il midollo osseo sarà il midollo osseo rosso, cioè attivo quindi soggetto ad attività proliferativa nella parte prossimale, mentre nella parte distale troveremo in condizioni fisiologiche il midollo giallo o midollo grasso che non è invece soggetto ad attività proliferativa.

Ricordate tuttavia che le cellule del midollo possono andare incontro a de-differenziazione e ri-differenziazione, per cui possono riattivare la capacità proliferativa e proprio l'analisi del midollo nella parte distale delle ossa può essere quando il midollo da giallo si converte nuovamente al midollo osseo, può essere proprio l'indicazione di uno stato diciamo patologico, cioè di una condizione che viene chiamata “stress emopoietico”, in cui è necessaria un'intensa attività proliferativa, per cui anche il midollo giallo viene nuovamente riattivato diciamo per sopperire alla mancanza delle cellule prodotte nel midollo.

Ricordatevi anche che il midollo osseo è un insieme, cioè racchiude all'interno i progenitori di tutte le cellule del sangue; questo è importante ricordarlo perché un danno a questo livello ovviamente potrà provocare un effetto più o meno generalizzato su tutte le cellule del sangue quindi un danno a questo livello potrà portare, per esempio, ad anemia per riduzione nella produzione dei globuli rossi, ma potrà portare anche a leucopenia oppure a una riduzione della produzione delle piastrine.

Quindi ricordatevi che a livello midollare abbiamo tutto l'insieme delle cellule progenitrici del sangue e ricordate ovviamente quali sono i protagonisti dell’ematopoiesi.

Quindi dalla cellula staminale pluripotente, si differenziano i progenitori mieloidi e i progenitori linfoidi, i primi daranno poi luogo ai megacariociti, quindi progenitori delle piastrine, di trombociti ed eritrociti, e i mieloblasti, fra cui si ricordano i monociti che poi ricordate che i monociti circolanti a livello tissutale diventano macrofagi.

La linea linfoide invece dà luogo prevalentemente ai linfociti T e alle cellule natural killer, quindi è chiaro che un danno a livello midollare potrà portare a trombocitopenia, anemia e leucopenia.

Siamo veloci perché sono cose che sapete benissimo, ma giusto così per orientarci.

Tossicologia a carico degli eritrociti

Allora cominciamo quindi a vedere qual è la tossicologia a carico degli eritrociti, che abbiamo già detto hanno funzioni importantissime perché sono i responsabili del trasporto di ossigeno e CO2 che sono responsabili del mantenimento del pH ematico, partecipano alla modulazione delle risposte infiammatorie e poi partecipano insieme ad altri elementi del sangue, alle proteine per esempio plasmatiche, al trasporto all'accumulo degli xenobiotici, quindi sono un importantissimo target di tossicità degli xenobiotici e la tossicità a carico degli eritrociti può avvenire in diversi modi, possiamo avere una ridotta produzione degli eritrociti oppure una aumentata distruzione degli eritrociti, abbiamo già menzionato, per esempio, l'anemia emolitica da farmaco e poi si ha la distruzione degli eritrociti oppure possiamo avere una funzione alterata degli eritrociti, cioè una alterazione della capacità degli eritrociti di trasportare ossigeno.

La ridotta produzione degli eritrociti o l'aumentata distruzione porteranno in ogni caso a delle forme di anemia.

Eritropoiesi e sintesi dell'eme

Ricordiamoci come avviene la sintesi degli eritrociti, quindi l'eritropoiesi, che avviene prevalentemente appunto a livello del midollo, a partire dalla cellula staminale pluripotente si ha la formazione dei pro-eritroblasti che poi si differenziano nelle varie fasi successive, eritroblasti basofili, policromatici, ortocromatici, fino alla formazione di reticolociti che passeranno al sangue dove si convertiranno in eritrociti maturi, che sapete, sono cellule che contengono quasi esclusivamente l'emoglobina, che sono prive di nucleo e di organuli citoplasmatici.

La sintesi dell'Eme invece avviene prevalentemente nel sangue, in parte anche a livello epatico e nella cellula ha sede parzialmente a livello mitocondriale e parzialmente a livello citoplasmatico.

La sintesi dell'eme consta di tutta una serie di reazioni che sono catalizzate da tutta una serie di enzimi, per esempio l'acido delta aminolevulinico sintasi che porta alla formazione dell'acido delta aminolevulinico che è praticamente il primo precursore dell'eme che poi a sua volta andrà incontro a un'altra reazione ad opera della deidrasi, si forma il porfobilinogeno nel citoplasma, l’uroporfilinogeno III e così via tutte le specie fino a formare la protoporfirina IX che incorporerà il ferro grazie alla ferro calatasi con la formazione dell’eme maturo, che poi verrà inglobato con le catene globiniche per dar luogo all’emoglobina.

(Queste sono tutte cose che avete fatto ovviamente di fisiologia, anatomia, patologia, sono cose che avete abbondantemente studiato, ripassatevele un pochino.)

Allora la tossicologia a carico degli eritrociti può verificarsi per un’alterata sintesi delle catene globiniche oppure per un'alterata sintesi dell'eme.

Diciamo che i casi più frequenti causati dagli xenobiotici è proprio l’alterata sintesi dell’eme, gli xenobiotici possono alterare la formazione dell'eme maturo attraverso vari meccanismi che possono andare per esempio dal malassorbimento, da un deficit dell'incorporazione del ferro, insomma vari meccanismi che riguardano proprio la sintesi dell’eme che adesso vedremo più nel dettaglio.

L'alterata sintesi delle catene globiniche invece è generalmente una caratteristica di patologie congenite, come per esempio le talassemie.

La ricordiamo qui soltanto per uno xenobiotico che è la idrossiurea che viene utilizzato terapeuticamente proprio per la terapia delle talassemie, perché è un farmaco che è in grado di agire sulla sintesi delle catene globiniche, quindi lo ricordiamo soltanto per questo motivo.

Emoglobina adulta, fetale e talassemie

Ricordatevi che l'emoglobina adulta è costituita da due catene beta e due catene alfa, ma l'emoglobina fetale è costituita invece da due catene alfa e due catene gamma.

La caratteristica dell'emoglobina fetale è quella di avere una affinità per l'ossigeno molto più elevata rispetto all'emoglobina dell'individuo adulto, e questo veramente serve per facilitare l’estrazione dell'ossigeno dal sangue adulto appunto al sangue fetale.

Ora detto in soldoni, perché sicuramente in patologia questa l'abbiate fatto molto bene, da che cosa sono caratterizzate le talassemie, per esempio, l'anemia falciforme, sono caratterizzate da una mutazione puntiforme quindi mutazione a livello di un amminoacido che causa una modifica di conformazione nella struttura proprio della catena globinica; a causa di questa modifica di conformazione in cui praticamente un aminoacido idrofilico viene sostituito da un aminoacido idrofobico, questo comporta proprio la modifica nella conformazione della catena globinica, questo risulta proprio in una deformazione nella forma del globulo rosso e in particolare in presenza di una bassa tensione d’ossigeno (quindi deossiemoglobina) l’emoglobina ha la tendenza a polimerizzare e a precipitare.

Vedete la ossiemoglobina si trova in forma solubile mentre la deossiemoglobina tende a polimerizzare e a formare dei precipitati; proprio la formazione di questi precipitati conferisce una forma anomala al globulo rosso, in questo caso si parla infatti di emoglobina S vuol dire “sickle” (falci in inglese), perché il globulo rosso assume proprio questa conformazione falciforme.

Da qui anche il nome della patologia.

I globuli rossi in questa patologia hanno una vita molto più breve di circa 20 giorni rispetto ai 120 giorni di vita che hanno normalmente i globuli rossi e per questa conformazione che assumono e anche per la rigidità che assume la cellula, non sono più in grado di andare incontro a deformazione quando passano dai piccoli vasi, quindi soprattutto a livello capillare i globuli rossi devono essere in grado di deformarsi per passare nei piccoli vasi, questo invece non può più avvenire quando abbiamo i globuli rossi falciformi perché hanno una struttura molto più rigida e questo causa la ostruzione dei piccoli vasi da parte dei globuli rossi e chiaramente una maggiore fragilità delle cellule quindi anche la rottura e la morte precoce di queste cellule.

Vedete questo è uno striscio di sangue, vedete nei globuli r