Tossicologia generale e del farmaco - parte 9

Lez. 25 (17.05.2022)

Tossicità degli eritrociti

Nella prima parte della tossicità degli eritrociti abbiamo parlato delle possibili cause di alterazione a carico degli eritrociti e abbiamo detto che la tossicità eritrocitaria può essere indotta da diversi simbionti e anche da diversi farmaci attraverso diversi meccanismi, ossia un’alterazione della sintesi e della maturazione degli eritrociti, e questo è un tipo di tossicità che può essere indotta attraverso vari meccanismi.

Abbiamo detto che alcuni simbionti inducono un difetto nell’assorbimento del ferro, oppure alcuni inducono un’inibizione in quegli enzimi che sintetizzano il gruppo EME. Abbiamo visto che comunque generalmente quando si parla di difetti nella maturazione, nella sintesi degli eritrociti, generalmente si parla di difetti a carico della sintesi dell’EME.

Poi abbiamo parlato di un’alterazione nella funzione degli eritrociti, sempre a carico o di xenobiotici o di alterazione di fattori così detti omotropici. Abbiamo parlato della metaemoglobina, abbiamo detto che alcuni xenobiotici sono in grado di indurre metaemoglobina e in questo modo alterare la funzione degli eritrociti.

E poi abbiamo parlato del monossido di carbonio che invece è un fattore enterotropo che induce tossicità proprio per l’alterazione della capacità degli eritrociti di trasportare ossigeno.

Abbiamo anche detto che altri xenobiotici inducono tossicità attraverso invece un altro meccanismo che riguarda un accorciamento della vita degli eritrociti. Cioè vi sono degli xenobiotici che possono in alcune situazioni indurre proprio la distruzione degli eritrociti, causando un accorciamento della vita di queste cellule.

Ovviamente sono farmaci che vengono utilizzati per via sistemica, quindi perché questi farmaci possono indurre una tossicità selettiva a carico degli eritrociti? Perché abbiamo già detto che gli eritrociti sono cellule che hanno determinate caratteristiche che li rendono particolarmente suscettibili a diversi tipi di danno: sono cellule prive di nucleo, quindi non viene effettuata la sintesi proteica, o perlomeno in maniera molto limitata.

Per i processi metabolici che avvengono negli eritrociti abbiamo già detto che, per esempio, la formazione di livelli fisiologici, ma comunque costanti, di metaemoglobina, gli eritrociti sono esposti nell’arco di tutta la loro vita a uno stress ossidativo continuo.

Oltre a questo, sono esposti a uno stress di tipo meccanico. Gli eritrociti sono cellule che devono essere preformabili perché questo consente il passaggio di queste cellule nel microcircolo splenico e anche questo rende queste cellule particolarmente suscettibili a determinati tipi di tossicità.

Per cui xenobiotici che per il metabolismo a cui vanno incontro nell’organismo, per esempio, aumentano il carico ossidativo, inducono una tossicità soprattutto a carico degli eritrociti. Perché inducono un aumento di carico ossidativo in cellule che già fisiologicamente sono sottoposte a uno stress ossidativo. Come anche farmaci che riducono il metabolismo e causano alterazioni nella membrana della cellula.

Quando si raggiunge una condizione in cui appunto gli eritrociti vengono distrutti, per cui si riduce il numero di eritrociti, parliamo di anemia emolitica. Quindi l’emolisi determina una distruzione prematura dei globuli rossi e pertanto una riduzione della vita media dei globuli rossi che in condizioni fisiologiche è di circa 120 gg.

Anemia emolitica compensata e conclamata

Quando si comincia a instaurare un danno a carico degli eritrociti, inizialmente si instaura una situazione in cui a livello midollare vengono attivati meccanismi di compensazione. Per cui, nel midollo si osserva un’iperproduzione cellulare per contrastare la morte degli eritrociti nel sangue.

Quando il midollo instaura questi meccanismi compensatori si parla di anemia emolitica compensata. L’anemia emolitica conclamata invece si manifesta quando la produzione midollare non riesce più a compensare la ridotta sopravvivenza dei globuli rossi.

Esistono numerose cause di anemia emolitica che possono essere suddivise in cause intrinseche, cioè dovute ad anomalie intrinseche del globulo rosso delle cellule, quindi generalmente anomalie dovute a patologie, per esempio il deficit da glucosio-6-fosfato deidrogenasi, che è il favismo, è proprio un difetto del metabolismo ossidativo nei globuli rossi.

Oppure, le varie forme di talassemia, quindi nei difetti della sintesi dell’emoglobina. E poi esistono tutta una serie di difetti invece estrinseci al globulo rosso, quindi cause esterne ambientali, inclusi alcuni farmaci o xenobiotici ambientali che causano questo tipo di tossicità.

Per esempio, microrganismi infettivi, infezione da Plasmodium falciparum, quindi la malaria che causa proprio emolisi, la rottura dei globuli rossi. Come la produzione di tossine da parte di microrganismi infettivi.

E poi tutta una serie di tossine che è quello che più riguarda invece il nostro corso. Tutta una serie di tossine che appunto possono indurre questo tipo di tossicità. Vedete che tra questi composti vi sono inquinanti ambientali, ma anche numerosi farmaci. Qui vi sono indicati soltanto due ma sono molti di più e sono tutti farmaci che hanno in comune un forte potenziale ossidante.

Nell’anemia emolitica si osserva una forte reticolocitosi, che è dovuta proprio al tentativo a livello midollare di compensare la perdita degli eritrociti. Per cui se il midollo si presenta così nel midollo normocellulare, vedete che nell’anemia emolitica c’è una forte proliferazione cellulare.

Nel sangue si osserva anche la formazione di schistociti, che sono praticamente frammenti di globuli rossi. Sono i frammenti dei globuli rossi che sono andati incontro a rottura.

Quando il globulo rosso viene distrutto, viene rilasciata la bilirubina e quindi avremo un’iperbilirubina. Quindi un aumento di bilirubina non coniugata nel sangue. Perché sapete che la bilirubina per essere eliminata viene trasportata a livello epatico ma quando siamo in condizione di anemia emolitica ovviamente c’è un rilascio massivo di bilirubina che il fegato non riuscirà a coniugare in maniera del tutto efficiente e per questo motivo potremo avere un aumento anche della bilirubina non coniugata o indiretta.

Emolisi ossidativa e anemia emolitica su base immune

Gli xenobiotici che possono indurre anemia emolitica si distinguono in xenobiotici che inducono questo tipo di tossicità attraverso meccanismi non immuni e parleremo in questo caso di emolisi ossidativa e altri che invece inducono anemia emolitica su base immune.

L’anemia emolitica ossidativa è un tipo di tossicità che viene indotta da xenobiotici che hanno tutti in comune un forte potere ossidante. E che quindi hanno in comune la capacità di alterare la funzionalità dei meccanismi di protezione da stress ossidativo, meccanismi che, abbiamo già detto quando abbiamo parlato della metaemoglobina, sono importantissimi per la sopravvivenza degli eritrociti.

Perché abbiamo detto che in condizioni fisiologiche gli eritrociti sono sottoposti a un continuo stress ossidativo con produzione di metaemoglobina e di radicali liberi dall’ossigeno, e che richiedono quindi l’intervento dei sistemi antiossidanti per mantenere sia i livelli di betaemoglobina a livelli fisiologici, e poi per eliminare i radicali liberi dell’ossigeno che vengono prodotti.

Quindi la normale funzione respiratoria genera fisiologicamente uno stress ossidativo continuo con formazione di metaemoglobina e di radicali dell’ossigeno. Vedete che l’emoglobina legata all’ossigeno potrà produrre metaemoglobina e radicali liberi dell’ossigeno che dovranno essere neutralizzati con quei sistemi che abbiamo già visto quando abbiamo fatto i meccanismi di tossicità e gli enzimi che intervengono per contrastare la produzione di ROS.

E quindi l’intervento della superossidosidasi che converte i radicali dell’ossigeno in H2O2, delle catalasi, che servono per scindere il perossido di idrogeno, dell’allocatine perossidasi che serve per neutralizzare sia il perossido di idrogeno che i radicali dell’ossigeno.

In presenza di xenobiotici, sia diversi farmaci, sia xenobiotici ambientali, per esempio le ammine aromatiche, che sono potenti ossidanti, succede che questi sistemi ossidanti degli eritrociti vengono saturati, perché vengono utilizzati per eliminare i metaboliti ossidanti che si formano dal metabolismo di questi xenobiotici.

E quindi non saranno più disponibili per contrastare lo stress ossidativo che avviene fisiologicamente nel globulo rosso. I metaboliti ossidanti poi interagiscono direttamente con l’emoglobina, producendo emoglobina ossidata.

Questa va incontro a un processo di denaturazione, si converte in forme insolubili che precipitano all’interno del globulo rosso formando dei corpuscoli caratteristici che vengono definiti corpi di Heinz.

Nella slide vedete la descrizione dei corpi di Heinz, che sono inclusioni formate da aggregati di emoglobina denaturata legata alle membrane. Caratteristici del danno ossidativo eritrocitario.

Ovviamente la formazione dei corpi di Heinz all’interno degli eritrociti, non solo impedisce la normale funzionalità di trasporto dell’ossigeno da parte dell’emoglobina, ma indurrà anche la morte prematura della cellula perché la formazione di questi depositi ancorati alle membrane induce una minore deformabilità e quindi si verifica anche un danno di tipo meccanico con appunto rottura delle membrane e della cellula.

La formazione di radicali liberi in più cosa causerà? I radicali liberi hanno come meccanismo primario la perossidazione, quindi i radicali che non vengono detossificati dai sistemi antiossidanti, avranno come effetto l’induzione della perossidazione lipidica a carico delle membrane delle cellule.

A seguito della rottura dei globuli rossi, viene liberata emoglobina. L’emoglobina libera è tossica, soprattutto esercita nefrotossicità. E poi chiaramente i radicali liberi dell’ossigeno riducono l’ATP eritrocitario.

Questo tipo di tossicità è particolarmente importante per i pazienti affetti da favismo.

Favismo e crisi emolitica

In questa diapositiva vedete tutta una serie di xenobiotici che sono associati a questo tipo di dato. Per esempio, i sulfamidici o i salicilati, che sono due classi di farmaci che non devono mai essere dispensati agli individui fabici. Perché questi farmaci possono scatenare una crisi emolitica.

Dovete ricordare che tutti questi farmaci non possono essere dispensati agli individui fabici. Sapete che il favismo ha un’incidenza molto elevata in Sardegna. Avete sicuramente fatto benissimo il favismo con prof. Perra, quindi vi ricordo soltanto che la carenza di glucosio-6-fosfato deidrogenasi comporterà una carenza di formazione di NADPH che è indispensabile per il funzionamento della Glutatione reduttasi e quindi di una sintesi della forma ridotta che è un importantissimo sistema antiossidante.

Ecco perché negli individui fabici, l’assunzione di fave ma anche di determinati farmaci, soprattutto i salicilati e i sulfamidici, può scatenare una crisi emolitica. Perché a questa condizione di sistemi antiossidanti, quindi di stress ossidativo particolarmente intenso si associa lo stress ossidativo indotto da questo tipo di farmaci. Queste due situazioni combinate insieme possono scatenare la crisi emolitica.

Anemia emolitica su base immune

L’altro meccanismo con cui i farmaci possono indurre anemia emolitica, è un meccanismo invece su base immune. Cioè alcuni farmaci possono, in maniera inaspettata, quindi stiamo parlando di reazioni avverse di tipo idiosincrasico ai farmaci, quel tipo di reazioni avverse che non sono prevedibili, e che non sono dipendenti dal meccanismo di azione dei farmaci.

Alcuni farmaci possono indurre una reazione tipicamente allergica nell’individuo, con produzione di anticorpi che possono andare a provocare la distruzione dei globuli rossi.

Alcuni farmaci che sono stati associati all’anemia emolitica su base immune sono per esempio la penicillina, perché si lega alla superficie della cellula del globulo rosso fungendo da aptene. E quindi poi inducendo il legame dell’anticorpo al globulo rosso e scatenando poi la risposta immune.

La chinilina allo stesso modo si lega alla membrana del globulo rosso, le cefalosporine, sono tutti farmaci che possono indurre questo tipo di tossicità. Che è una tipica manifestazione allergica, definita allergia di tipo 2 o ipersensibilità citotossica da anticorpi.

Molto spesso proprio diretta verso i globuli rossi, è una paracitotossicità che può avvenire o per intervento delle cellule citotossiche o per intervento delle proteine del complemento.

L’antigene si lega alla superficie della cellula, quindi generalmente del globulo rosso, gli anticorpi si legheranno all’antigene che si è legato alla cellula e le cellule fagocitiche si legheranno alla porzione FC dell’anticorpo e andranno incontro a deambulazione con distruzione della cellula.

Oppure, possiamo avere l’intervento delle proteine del complemento in cui l’antigene si lega alla superficie della cellula, l’anticorpo si lega all’antigene, mentre le proteine del complemento si legheranno ai recettori per il complemento che si trovano sulla membrana della cellula. Inducendo ancora una volta la distruzione della cellula.

Questo è un riassunto del meccanismo d’azione, quindi le IGg si legano all’antigene sulla cellula bersaglio e possiamo avere due meccanismi di citotossicità mediato o dalle cellule citotossiche o dalla cascata del complemento. In ogni caso avremo la morte cellulare.

È importante ricordare che tra i bersagli principali vi sono proprio le cellule del sistema cardiocircolatorio. Prima di tutto gli eritrociti. Ecco perché la conseguenza più importante è proprio l’anemia emolitica.

Anemia emolitica che per esempio è la tipica conseguenza della trasfusione di sangue incompatibile, quando si fa un errore di trasfusione del sangue si potrà scatenare un fenomeno di anemia emolitica. Oppure per esempio può essere associata ad alcuni tipi di farmaci.

La tossicità a carico del sistema immunitario

Sapete che il sistema immunitario comprende tutta una serie di meccanismi estremamente complessi che coinvolgono numerosi tipi di cellule del sistema immunitario che cooperano e devono agire in maniera sincrona per produrre una corretta risposta immunitaria finalizzata a discriminare il materiale self da quello non self.

Una caratteristica importantissima del sistema immunitario è che per funzionare in maniera efficiente e corretta deve sempre essere mantenuto in una condizione di omeostasi. Questo ovviamente differenzia moltissimo il sistema immunitario dagli altri sistemi e organi che abbiamo visto.

Vuol dire che la tossicità a carico del sistema immunitario può andare in due direzioni opposte. La tossicità può avere come conseguenza una depressione del sistema immunitario, quindi in una inefficienza delle risposte del sistema immunitario avremo quindi tutta una serie di effetti avversi dovuti a una immunosoppressione, oppure potrà andare, come avete già visto, nell’altra direzione e potremo avere una eccessiva risposta del sistema immunitario a determinati stimoli che possono essere anche somministrazione di determinati xenobiotici come abbiamo appena visto.

In questo caso avremo tutta una serie di effetti avversi dovuti a una eccessiva immunostimolazione. Quindi è importante il mantenimento di una concentrazione omeostatica nel funzionamento del sistema immunitario.

Si parla di immunitossicologia per indicare lo studio delle reazioni avverse a carico del sistema immunitario a seguito di esposizione occupazionale accidentale o terapeutica a farmaci, a contaminanti ambientali e materiale biologico.

Le alterazioni a carico del sistema immunitario si possono osservare anche a dosi di xenobiotici che non producono alterazioni rilevabili su altri organi. Perché il sistema immunitario proprio per la condizione di omeostasi che deve essere mantenuta è particolarmente suscettibile alle azioni degli xenobiotici.

Quindi l’alterazione della capacità di risposta del sistema immunitario si può verificare in determinate condizioni, in determinati individui, anche a dosi terapeutiche di farmaco.

L’interazione del tessuto linfoide con le sostanze ambientali o farmaci può alterare il delicato equilibrio del sistema immunitario e portare a quattro tipi di effetti indesiderati:

• Immuno-soppressione, con una deplezione dei meccanismi di difesa.
• Allergia.
• Autoimmunità.
• Incontrollata proliferazione cellulare.

Allergia e autoimmunità vengono definite patologie immuno mediate. L’altra caratteristica importante del sistema immunitario è che non stiamo parlando di un unico organo ma stiamo parlando di un sistema che comprende tutta una serie di organi che sono: gli organi linfoidi primari, gli organi linfoidi secondari e terziari.

Gli organi linfoidi primari sono il midollo osseo e il timo, i secondari sono la milza e i linfonodi, e poi ci sono i terziari come per esempio il GALT che è il tessuto linfoide associato all’intestino, organi linfoidi terziari, sono gli organi effettori della funzione immunologica delle cellule effettrici.

Il GALT è molto studiato perché attualmente si sta instaurando sempre di più l’ipotesi che molte patologie che si verificano anche molto distanti dall’intestino, addirittura patologie a carico del SNC potrebbero o avere inizio o comunque essere scatenate o avere come fattori predisponenti, proprio un’alterazione che si verifica a livello intestinale e che coinvolge anche proprio un’alterazione del sistema immunitario locale. E quindi un’alterazione della funzionalità del GALT.

Quindi questa è un’area che si sta percorrendo in questo ultimo decennio. Sapete benissimo che si dist