Patologia generale

Infiammazione

L’infiammazione o flogosi è una risposta protettiva che coinvolge le cellule dell’ospite, vasi sanguigni, proteine ed altri mediatori, essa è deputata a eliminare la causa del danno cellulare, le cellule e i tessuti necrotici derivanti dall’insulto iniziale, e a iniziare il processo di riparazione.

Le fasi della risposta infiammatoria possono essere schematizzate come 5R: riconoscimento dell’agente nocivo, reclutamento leucocitario, rimozione dell’agente, regolazione della risposta, risoluzione (riparazione).

Le manifestazioni esterne dell’infiammazione sono: calore, arrossamento, tumefazione, dolore, perdita di funzione. L’infiammazione può essere acuta o cronica.

Infiammazione acuta

Definita anche angioflogosi poiché comporta proprio un interessamento dei vasi. È un’infiammazione di breve durata ed è caratterizzata dall’essudazione di fluido ricco di proteine plasmatiche oltre che da un accumulo di leucociti neutrofili.

La risposta acuta conduce rapidamente leucociti e proteine plasmatiche verso i siti di danno; una volta giunti, i leucociti rimuovono gli agenti invasivi e iniziano il processo di digestione ed eliminazione dei tessuti necrotici.

Le reazioni infiammatorie acute possono essere innescate da diversi stimoli:

• 1. Infezioni (batteriche, virali, fungine e parassitarie).
• 2. Necrosi causata per es. da ischemia.
• 3. Traumi contusivi e penetranti, agenti fisici e chimici (ustioni o congelamento).
• 4. Corpi estranei (schegge, suture, sporcizia).
• 5. Reazioni immunitarie (reazioni di ipersensibilità).

Riconoscimento di MO, cellule necrotiche e sostanze estranee

Affinché la risposta infiammatoria possa iniziare, ci deve essere il riconoscimento di MO, cellule necrotiche e sostanze estranee.

Fagociti, cellule dendritiche, cellule epiteliali, esprimono recettori per rilevare agenti infettivi e sostanze rilasciate da cellule morte. Tali recettori sono definiti PRR (pattern recognition receptor - sono recettori non molto specifici perché hanno diversi ligandi) e riconoscono strutture comuni a molti MO o a cellule di morte.

Le due principali famiglie di questi recettori sono:

• Recettori Toll-like: sono localizzati sia a livello delle membrane plasmatiche che a livello degli endosomi; questo è importante sia per il riconoscimento extracellulare ed intracellulare degli MO. Il riconoscimento dei MO da parte di questi recettori attiva fattori di trascrizione che stimolano la produzione di un gran numero di proteine di secrezione e di membrana. Tali proteine comprendono mediatori dell’infiammazione, citochine antivirali (interferoni) e proteine che promuovono l’attivazione dei linfociti e altre risposte.
• Inflammasoma: complesso citoplasmatico multiproteico che riconosce prodotti di cellule morte, quali acido urico e ATP extracellulare, oltre a cristalli e ad alcuni prodotti microbici. L’innesco dell’inflammasoma induce l’attivazione della caspasi 1 che taglia i precursori della citochina infiammatoria interleuchina (IL-1B) producendo la sua forma attiva. IL-1 è un importante mediatore del reclutamento leucocitario nella risposta infiammatoria acuta.

Componenti principali della risposta infiammatoria acuta

La risposta infiammatoria acuta ha due componenti principali:

Modificazioni vascolari

A. Modificazioni vascolari (ci troviamo nel piccolo circolo).

Avvengono subito dopo il riconoscimento del MO e dominano la fase iniziale della risposta. Le modificazioni vascolari comprendono:

• Vasocostrizione iniziale (dura 5/10 sec: impedisce che i patogeni possano penetrare all’interno del circolo ematico?).
• Iperemia attiva -> abbiamo vasodilatazione arteriolare che determina un aumento del flusso sanguigno e congestione dei letti capillari. L’espansione vascolare è la causa del rossore e dell’aumento della temperatura caratteristica dell’infiammazione acuta.
• Aumento della permeabilità vascolare: l’aumento di permeabilità può essere causato da:

• > Contrazione delle cellule endoteliali che avviene in seguito al legame con istamina, leucotrieni e bradichinina e dura 15/30 minuti. Una retrazione più prolungata delle cellule endoteliali, causa delle modificazioni al citoscheletro; può essere indotta da IL-1 o TNF.
• > Danno endoteliale: aumenta la permeabilità in seguito a necrosi e distacco delle cellule endoteliali. Queste ultime possono essere danneggiate in seguito a ustioni, infezioni o a causa di un accumulo di leucociti lungo la parete vascolare. I leucociti attivati rilasciano molti mediatori tossici che possono causare appunto danno e distacco endoteliale.
• > Perdita di liquidi attraverso la formazione di nuovi vasi sanguigni: angiogenesi. (VEGF è un fattore di crescita che permette sia l’angiogenesi ma anche l’aumento di permeabilità).
• > Aumento della transcitosi: il VEGF aumenta la permeabilità e quindi aumenta il trasporto attraverso i canali. Transcitosi —> avviene attraverso canali che si formano dalla fusione di vescicole intracellulari.

• L’aumento di permeabilità determina il movimento di fluido ricco di proteine (essudato - ricco di proteine) all’interno dei tessuti extravascolari [NB l’essudato si forma durante l’infiammazione poiché aumenta la permeabilità vascolare come risultato dell’aumento degli spazi intercellulari endoteliali, il trasudato si forma quando aumenta la pressione idrostatica e diminuisce la pressione osmotica -> esce il fluido povero di proteine. L’accumulo di essudato e trasudato negli spazi extravascolari, produce edema tissutale]. Questo causa un aumento della concentrazione dei globuli rossi nel sangue circolante, così da aumentare la viscosità e rallentare la circolazione: stasi.
• Con lo sviluppo della stasi, i leucociti iniziano ad accumularsi lungo la superficie dell’endotelio vascolare - marginazione.

NB: nell’infiammazione non sono coinvolti solamente i vasi sanguigni, ma anche i vasi linfatici. Nell’infiammazione il flusso linfatico è aumentato e aiuta a drenare l’edema, i leucociti e i detriti cellulari dallo spazio extravascolare.

Nelle reazioni infiammatorie gravi, i vasi linfatici possono trasportare l’agente infettivo, contribuendo alla sua disseminazione. I vasi linfatici possono andare incontro a infiammazione (linfangite), così come i linfonodi drenanti (linfoadenite).

Eventi cellulari: reclutamento e attivazione leucocitaria

B. Eventi cellulari: reclutamento e attivazione leucocitaria.

I leucociti ingeriscono gli agenti lesivi, uccidono i batteri e altri microrganismi ed eliminano tessuto necrotico e sostanze estranee.

Il prezzo da pagare per la potenza difensiva dei leucociti è che, una volta attivati, questi possono determinare danno tissutale e prolungamento dell’infiammazione, perché i prodotti leucocitari che distruggono i MO possono anche danneggiare i tessuti normali dell’ospite.

• Marginazione e rotolamento. Durante la stasi, gli eritrociti si disporranno al centro del vaso, mentre i leucociti si andranno a disporre lungo la superficie endoteliale (marginazione). Quando le cellule endoteliali sono attivate da citochine (IL-1) e altri mediatori che esprimono molecole di adesione -> selectine.

Le selectine sono recettori espressi sia sull’endotelio che a livello del leucocita, i tre membri di questa famiglia sono:

• > E-selectina espressa sulle cellule endoteliali.
• > P-selectina espressa su piastrine e cellule endoteliali.
• > L-selectina espressa su molti leucociti.

I leucociti si attaccano a queste molecole di adesione, selectine, in maniera blanda; si attaccano e si staccano determinando il processo di rolling (rotolamento).

• Adesione. Quando le cellule leucocitarie incontrano le chemochine (citochine chemiotattiche secrete da molte cellule nei siti di infiammazione e mostrate sulla superficie endoteliale) sulla superficie endoteliale, vengono attivati e aumentano l’affinità di molecole di adesione chiamate integrine.

[Le integrine sono glicoproteine eterotrimeriche transmembrana che mediano l’adesione dei leucociti all’endotelio. Sono normalmente espresse sulle membrane plasmatiche leucocitarie in una forma a bassa affinità e non aderiscono ai loro specifici ligandi finché i leucociti non sono attivati dalle chemochine].

Contemporaneamente, citochine con TNF e IL-1 (secrete nei siti di infiammazione), attivano cellule endoteliali per aumentare l’espressione dei ligandi per le integrine. Ligandi come le V-CAM e le I-CAM. Il legame tra ligando e integrina determina modificazioni del citoscheletro e quindi un’adesione stabile dei leucociti alle cellule endoteliali.

• Transmigrazione. Il leucocita quindi passa tra le giunzioni intercellulari. Abbiamo extravasazione dei leucociti -> diapedesi. La migrazione sarà guidata da chemochine come le PECAM che stimolano il movimento leucocitario in direzione del loro gradiente chimico. Dopo il passaggio attraverso l’endotelio, i leucociti secernono collagenasi che li rendono capaci di passare attraverso la membrana basale vascolare.
• Chemiotassi. Dopo l’extravasazione i leucociti si muovono verso i siti di infezione o di danno lungo un gradiente chimico, in un processo chiamato chemiotassi. Possiamo avere fattori chemiotattici endogeni (metaboliti dell’acido arachidonico -> leucotriene B4, citochine, componenti del sistema del complemento -> C5a) ed esogeni (prodotti batterici). I leucociti si muovono grazie a pseudopodi che si ancorano alla ECM e trainano la cellula. Le chemochine si legano a specifici recettori (accoppiati a proteina G) che trovano sulla superficie leucocitaria. Nelle prime ore dell’infiammazione acuta abbiamo un numero cospicuo di neutrofili, questo perché i neutrofili rispondono più rapidamente alle chemochine; i neutrofili inoltre hanno emivita breve, sono più abbondanti e possono legarsi più saldamente alle molecole di adesione P-selectine e E-selectine. Dopo le 14/48 ore i neutrofili sono sostituiti dai monociti che hanno emivita più lunga.
• Attivazione. Una volta che i leucociti siano stati reclutati, devono essere attivati. L’attivazione leucocitaria comprende:

• > Aumento della fagocitosi. La fagocitosi è costituita da tre fasi: 1 riconoscimento e attacco della particella al fagocita (i recettori dei leucociti riconoscono componenti specifici di MO e di cellule morte oppure possono riconoscere cellule dell’ospite -> opsonine. Opsonizzazione: processo che prevede il rivestimento di MO per renderli più facilmente riconoscibili da fagociti. Le opsonine più utilizzate sono anticorpi di IgG, prodotti della scissione di C3 del complemento, collectine -> lectine plasmatiche. I leucociti possono esprimere recettori Fc -> IgG, recettore CR3 -> frammenti del complemento, recettore C1q -> collectine), 2 ingestione (pseudopodi avvolgono il bersaglio formando il vacuolo fagocitario. La membrana del vacuolo si fonde con quella del granulo lisosomiale formando il fagolisosoma), 3 distruzione intracellulare di cellule fagocitate -> (la fusione del lisosoma con il fagolisosoma è importante perché altrimenti non avremmo la possibilità di uccidere il MO ingerito attraverso gli enzimi). Le sostanze più microbicide sono i ROS e gli enzimi lisosomiali. I ROS sono dei radicali liberi che danneggiano e uccidono i MO; si formano a partire da ossigeno che viene ossidato dall’ossidasi fagocitaria a ione superossido, questo viene poi convertito spontaneamente in perossido di idrogeno che viene convertito in ipoclorito dall’enzima mieloperossidasi presente nei leucociti. L’ipoclorito è un potente agente ossidante e antimicrobico che uccide i batteri per alogenazione o attraverso perossidazione di proteine e lipidi. I MO uccisi vengono poi degradati dagli enzimi lisosomiali come l’elastasi. Altri costituenti dei granuli che uccidono i MO sono per esempio: lisozima e le defensine.
• > Liberazione di sostanze che uccidono i microrganismi extracellulari. I contenuti dei granuli lisosomiali sono secreti dai leucociti nell’ambiente extracellulare attraverso diversi meccanismi. Il vacuolo fagocitico può rimanere aperto temporaneamente fino alla completa chiusura del fagolisosoma. La membrana del fagolisosoma può essere danneggiata se vengono ingerite sostanze troppo grandi come le particelle di silice. Se le cellule incontrano materiali che non possono essere ingeriti facilmente, gli enzimi lisosomiali vengono rilasciati nel lume o nel tessuto circostante.
• > Produzione di mediatori, inclusi metaboliti dell’acido arachidonico e le citochine, che amplificano la reazione infiammatoria reclutando e attivando ulteriori leucociti.

Esiti dell’infiammazione

Esiti dell’infiammazione: generalmente l’infiammazione acuta ha uno dei tre seguenti esiti:

• 1. Risoluzione -> comporta l’eliminazione degli stimoli dannosi, l’eliminazione dei mediatori e delle cellule dell’infiammazione acuta, sostituzione delle cellule danneggiate e ripristino della funzione normale.
• 2. Evoluzione in infiammazione cronica -> se l’agente causale non viene rimosso.
• 3. Cicatrizzazione.

Tipi di infiammazione acuta

Tipi di infiammazione acuta:

Possiamo anche trovare vari altri tipi di infiammazione come per esempio:

• Infiammazione sierosa à essudazione di liquido povero di proteine.
• Infiammazione fibrinosa à caratterizzata dal fibrinogeno.
• Infiammazione purulenta à con formazione di pus.

Mediatori dell’infiammazione

Mediatori di derivazione cellulare

Mediatori di derivazione cellulare —> sono normalmente sequestrati in granuli intracellulari e secreti al momento dell’attivazione cellulare oppure possono essere sintetizzati de novo in risposta ad uno stimolo.

• Amine vasoattive: parliamo di istamina e serotonina. La prima è prodotta da molti tipi cellulari, in particolare mastociti vicini ai vasi, basofili circolanti e piastrine. L’istamina è rilasciata in seguito a: danno fisico, reazioni immuni che coinvolgono anticorpi IgE, frammenti di C3a e C5a del complemento (anafilotossine), neuropeptidi (sostanza P), IL-1, IL-8. L’istamina causa dilatazione arteriolare e aumenta la permeabilità determinando la formazione di aperture interendoteliali. Subito dopo il suo rilascio, l’istamina viene inattivata dall’istaminasi. La serotonina è sempre un mediatore preformato presente però nei granuli delle piastrine e rilasciato durante l’aggregazione piastrinica. Essa induce vasocostrizione durante la coagulazione. È prodotta da neuroni, è un neurotrasmettitore e regola la motilità intestinale.
• Metaboliti dell’acido arachidonico: i mastociti, le cellule endoteliali, piastrine e leucociti sono le principali fonti dei metaboliti dell’acido arachidonico. L’AA è un acido grasso prodotto dall’acido linoleico che viene introdotto con la dieta. Il metabolismo dell’AA procede in due vie distinte; la prima è quella delle COX (produce prostaglandine e trombossani), l’altra è quella delle lipasi (si producono leucotrieni e lipossine).
• Prostaglandine e trombossani: i trombossani si ritrovano principalmente nelle piastrine (perché hanno la trombossano sintasi), promuovono l’aggregazione piastrinica e causano vasocostrizione; mentre le prostaglandine (si trovano principalmente nelle cellule endoteliali che contengono la prostaciclina sintasi) causano vasodilatazione e inibiscono l’aggregazione piastrinica; contribuiscono anche al dolore e alla febbre che accompagnano l’infiammazione, interagiscono con le citochine che causano la febbre.
• Leucotrieni: sono prodotti principalmente dai mastociti e causano broncocostrizione e aumentata permeabilità vascolare.
• Lipossine: una volta che i leucociti penetrano nei tessuti, essi gradualmente modificano i principali prodotti dell’AA derivati dalle lipossigenasi dai leucotrieni ai mediatori antiinfiammatori chiamati lipossine. Inibiscono la chemiotassi dei neutrofili e l’adesione all’endotelio -> fungono da antagonisti endogeni dei leucotrieni.
• PAF: fattore di attivazione piastrinico, generato dai fosfolipidi di membrana di neutrofili, monociti, basofili, cellule endoteliali e piastrine per azione della fosfolipasi A2. Agisce direttamente sulle cellule bersaglio attraverso gli effetti di uno specifico recettore accoppiato a proteine G. Stimola l’aggregazione piastrinica, causa broncocostrizione ed è molto più potente dell’istamina nell’induzione della vasodilatazione e aumento della permeabilità vascolare. Stimola anche la sintesi di altri mediatori, come eicosanoidi e citochine da parte di piastrine e altre cellule. In questo modo il PAF può provocare molte reazioni dell’infiammazione, inclusi l’aumento dell’adesione leucocitaria, la chemiotassi, la degranulazione neutrofila e l’esplosione ossidativa.
• Citochine: sono prodotti polipetidici di molti tipi cellulari che funzionano da mediatori dell’infiammazione e delle risposte immunitarie. Le citochine dell’infiammazione acuta sono IL-1, IL-6 e chemochine (le interleuchine mediano tra i leucociti, le chemochine sono citochine coinvolte nella chemiotassi); quelle dell’infiammazione cronica sono: IL-12, IFN-Y. IL-17 è coinvolta nel reclutamento dei neutrofili nelle infezioni.

NB: TNF e IL-1 sono citochine prodotte da macrofagi, cellule endoteliali, mastociti. La loro secrezione è stimolata da prodotti microbici (endotossina batterica), immunocomplessi e prodotti dei linfociti T generati durante le risposte immunitarie adattive. Il ruolo principale di queste citochine durante l’infiammazione è l’attivazione endoteliale (stimolano l’espressione di molecole di adesione per i leucociti).

• Chemochine: sono piccole proteine importanti per il reclutamento leucocitario nell’infiammazione e controllano la normale organizzazione anatomica delle cellule nel tessuto linfoide e