Appunti - Meccanismi molecolari degli stati patologici

Patologie da agenti di natura fisica presenti nell'ambiente

Patologie da riduzione o aumento della pressione barometrica

Ipobaropatie

Piccole variazioni della pressione barometrica sono del tutto prive di effetti dannosi sull'organismo; questi si manifestano, invece, quando le variazioni sono di livello elevato ed intervengono in maniera brusca. La pressione atmosferica, che risulta dalla somma delle pressioni esercitate dai singoli gas presenti nell'aria, è di 760 mmHg a livello del mare e diminuisce progressivamente con l'aumentare dell'altitudine.

L'aria è composta per il 78% da azoto, 21% ossigeno, 1% argon e 0.03% CO₂. Quando un uomo raggiunge elevate altitudini, si trova in un ambiente con pressione atmosferica ridotta, che comporta a livello alveolare la riduzione delle pressioni parziali dei gas presenti nell'aria inspirata, la cui composizione percentuale non cambia.

La conseguente riduzione della PO₂ alveolare (che è di 104 mmHg a livello del mare) non determina effetti patologici fino a che essa avrà un valore di 67 mmHg (3000 m), in quanto la saturazione in O₂ del sangue arterioso sarà ancora del 90%. Ma ulteriori riduzioni della PO₂ alveolare, che si verificano ad altitudini maggiori, provocano effetti immediati che sono tanto più gravi quanto più rapido è stato il raggiungimento dell'elevata altitudine.

Infatti, la riduzione della PO₂ fa sì che si riduca nel sangue arterioso la % di saturazione della Hb, cioè Hb trasporta meno O₂. Ciò comporta una riduzione della disponibilità di O₂ per i tessuti. I tessuti, allora, andranno incontro a una condizione chiamata ipossia ipossica, perché deriva dal fatto che non c'è sufficiente O₂ introdotto con la respirazione. L'ipossia è caratterizzata inizialmente da:

• Senso di stanchezza e di sonnolenza; oppure euforia
• Cefalea
• Nausea

Il perdurare dello stato ipossico termina con coma o morte. Il nostro organismo rileva questa condizione e mette in atto delle risposte compensative. Infatti, lo stato ipossico viene rilevato da chemocettori, i Corpi Carotidei, che andranno ad inviare dei segnali al SN, che a sua volta mette in atto delle risposte per far fronte alla nuova situazione:

• Aumento dell’ampiezza e della frequenza degli atti respiratori
• Aumento della frequenza del battito cardiaco

Quindi, come conseguenza, si avrà che si andrà ad eliminare più CO₂. E l’aumento dell’eliminazione della CO₂ porta - poiché nell’ambiente ematico essa si combina con H₂O a formare H₂CO₃ (acido carbonico) - ad un innalzamento del PH ematico sopra i 7.4, e cioè il sangue diventa più basico, più alcalino; una condizione definita come alcalosi respiratoria (che va a deprimere i centri respiratori, quindi questa frequenza accelerata degli atti respiratori).

Questa situazione dura solo qualche giorno, perché se il soggiorno ad elevata altitudine perdura, l’alterazione dell’equilibrio acido-base viene corretta dal rene che elimina bicarbonato. Il persistere dello stato ipossico per qualche settimana induce anche:

• Stimolazione dell'eritropoiesi conseguente alla liberazione di eritropoietina (ormone prodotto nei reni, meno nel fegato e cervello, che ha funzione di regolare l’eritropoiesi; ovvero produzione di globuli rossi da parte del midollo rosso), quindi: un maggior numero di eritrociti ripassa più frequentemente a livello dei capillari polmonari (per effetto della tachicardia), facilitando così l’ossigenazione della Hb.

È questa la ragione per cui soggetti "naturalmente acclimatati" e cioè abituati a soggiornare ad altitudini superiori ai 4000/5000 m, sopportano meglio la riduzione della PO₂ alveolare e possono non solo condurre una vita con normale attività lavorativa, ma anche raggiungere senza alcun fastidio altitudini superiori. L’acclimatazione è una forma di "adattamento" a condizioni ambientali che comporta anche: una maggiore estensione del letto capillare, che andrà a facilitare gli scambi respiratori tissutali.

Esempio. Gli abitanti delle Ande Peruviane hanno caratteristiche peculiari come: bassa statura, ampio torace, ipertrofia cardiaca e un maggior numero di mitocondri. Inoltre, possiamo distinguere il mal di montagna in:

Mal di montagna acuto

Colpisce essenzialmente quelle persone non acclimatate che hanno raggiunto rapidamente elevate altitudini. Il rischio è la morte per insufficienza cardiaca se non vengono trasportate rapidamente a bassa quota. La sintomatologia iniziale causata dalla riduzione della PO₂ consiste in vertigini, cefalea, sensazione di nausea e può culminare con: edema cerebrale (provocato dalla vasodilatazione delle arteriole cerebrali, causata dalla ipossia ipossica); edema polmonare (verosimilmente causato dalla vasocostrizione delle arteriole di alcuni distretti polmonari).

Mal di montagna cronico

Colpisce persone che soggiornano per un periodo prolungato ad altitudini elevate. È causato essenzialmente dall’aumento della viscosità del sangue; infatti, si ha:

• Aumento del numero di eritrociti, aumento della viscosità del sangue e dell’ematocrito,
• Aumento della pressione dell’arteria polmonare,
• Dilatazione ed ipertrofia del ventricolo dx,
• Riduzione della pressione arteriosa sistemica,
• Insufficienza cardiaca,
• Diminuzione dell’apporto di O₂ ai tessuti, rischio di morte se il soggetto non viene trasportato a bassa quota.

Iperbaropatie

In questi casi l’uomo si trova esposto ad un aumento della pressione barometrica, ovvero nel caso in cui si immerga nella profondità marina. In tal caso, alla pressione atmosferica si somma quella esercitata dal peso della massa di acqua; con la conseguenza che l’aumento sarà tanto più elevato quanto maggiore sarà la profondità raggiunta.

È stato calcolato che a 10 m di profondità la pressione barometrica è di 2 atmosfere (1 atmosfera = 760 mmHg), a 20 m sarà di 3 atmosfere, il che significa che ogni 10 m si avrà l’aumento di 1 atmosfera. A 100 m si avranno 11 atmosfere. L’aumento della pressione barometrica fa sì che i gas presenti nell’aria riducano il volume da essi occupato, e questo fenomeno fisico provoca la compressione dei polmoni, che vanno incontro a collasso, con progressiva riduzione della loro attività funzionale.

Gli effetti dannosi di una respirazione prolungata nel tempo (di aria ad elevata pressione), sono causati dai gas dell’aria (ossigeno e azoto), la cui solubilità aumenta con l’aumentare della pressione a cui essi sono sottoposti. Di conseguenza avremo una quantità maggiore di O₂ e azoto disciolta dei nostri liquidi (nel sangue, e nel caso dell’azoto anche nei lipidi). E questo avrà sicuramente delle conseguenze:

• Narcosi di azoto: si verifica se si sta a certe profondità per troppo tempo. Il soggetto allora si troverà in uno stato di ebrezza simile a quella che si verifica con un’eccessiva ingestione di sostanze alcoliche. Essa finisce poi col produrre uno stato confusionale che influenza la capacità decisionale del soggetto. Sembrerebbe che questi effetti conseguano all’accumulo di azoto disciolto nel doppio strato lipidico della membrana plasmatica dei neuroni (con conseguente alterazione dell’eccitabilità e della trasmissione dei segnali).
• Inoltre, l’aumentata solubilità dell’azoto rappresenta un ulteriore pericoloso fattore di rischio, quando il soggetto risale troppo velocemente. Infatti, se la risalita avviene lentamente, l’azoto intrappolato nei tessuti, passa gradualmente allo stato aeriforme e verrà allora eliminato con l’espirazione. Invece, se la risalita avverrà troppo velocemente; a causa di una brusca decompressione, l’azoto in soluzione nel sangue e nei lipidi passa rapidamente allo stato aeriforme, formando piccole bolle (che verranno trasportate dal sangue nel torrente circolatorio). Di conseguenza si manifesterà una condizione patologica definita embolia gassosa, che metterà a repentaglio la vita del soggetto per il fatto che le bollicine possono confluire formando bolle di maggiori dimensioni.
• Quelle presenti nel sangue arterioso, possono raggiungere tutti gli organi e fermarsi in corrispondenza di capillari di diametro inferiore, determinando l’occlusione con conseguente ischemia.
• Quelle presenti nel sangue venoso, raggiungono il cuore, con la conseguenza che il cuore, pompando a vuoto, riesce ad espellere solo una quantità limitata di sangue. Inoltre, i sintomi più immediati e più gravi, sono a carico delle articolazioni, in cui la presenza di bolle determina la comparsa di dolori articolari.

Patologie da alte e basse temperature ambientali

Patologie da elevata temperatura ambientale

Colpo di sole o insolazione è determinato dall’esposizione al sole per ore con la testa scoperta. È caratterizzato da cefalea, alterazioni psichiche, ipertermia e può anche portare alla morte. La patogenesi non è conosciuta. All’esame autoptico di soggetti deceduti si riscontrano alterazioni delle meningi, alterazioni dei ventricoli (che risultano rigonfi di liquor).

Colpo di calore tropicale colpisce prettamente quei soggetti che provengono da paesi a clima temperato o freddo, che si recano nelle regioni tropicali (dove temperatura elevata si associa a alta umidità). Il meccanismo patogenetico consiste nell’alterazione dell’equilibrio idro-salino, conseguente alla perdita di liquidi ed elettroliti a seguito della sudorazione. Quest’ultima, inoltre, risulta inefficace per la termodispersione, a causa dell’impossibilità di evaporazione dell’acqua presente nel sudore (a causa dell’elevato tasso di umidità).

La perdita di acqua e sali conduce a ipovolemia (riduzione della massa del sangue circolante), caduta della pressione sanguigna e aumento della viscosità del sangue. La sintomatologia, che può anche portare alla morte, è molto grave:

• Innalzamento della temperatura corporea fino a 44°
• Vertigini
• Convulsioni
• Perdita di coscienza
• Coma

L’organismo, quindi, mette in atto a sua volta degli adattamenti, ovvero prova ad acclimatarsi: allora, risulterà coinvolto il rene, in questo caso, che provvede a trattenere cloruro di sodio; questo a sua volta determina un aumento della sensazione di sete, facendo quindi aumentare l’introduzione di acqua, facendo sì che nell’organismo avremo un incremento della disponibilità di acqua e sali.

Patologie da bassa temperatura ambientale

Congelamento le alterazioni che ne conseguono assumono diversa gravità a seconda dell’intensità del freddo e della durata all’esposizione; ed interessa prettamente le estremità del corpo (mani, piedi, orecchie, naso). Nelle zone del corpo maggiormente esposte alla bassa temperatura, la cute dapprima impallidisce a causa di vasocostrizione riflessa, e poi si arrossa a causa del sopraggiungere di vasoparalisi alla quale conseguono stasi sanguigna e reazione flogistica (formazione di edema).

• In caso di congelamento di 1° grado: la zona interessata si colora di rosso-bluastro (cianosi) per difetto di ossigenazione dei tessuti
• In caso di congelamento di 2° grado: continuando l’esposizione al freddo si ha aumento dell’edema, con formazione di bolle
• In caso di congelamento di 3° grado: si ha necrosi tissutale

Assideramento causato dalla protratta esposizione di tutto il corpo a basse temperature. Va distinto dal congelamento, perché in questo, agendo la causa perfrigerante su un limitato distretto corporeo, si verifica una lesione locale. Nell’esposizione generale si verifica un profondo disturbo della termoregolazione e un rallentamento della stessa termogenesi per l’impoverimento delle riserve organiche di glicogeno e per un’insufficienza relativa corticosurrenale. Sintomi premonitori sono il pallore, l’apatia e la sonnolenza. Quindi si ha una progressiva insufficienza dei meccanismi termoregolatori, che determina una progressiva riduzione della temperatura corporea (ipotermia), fino alla soppressione di tutte le attività metaboliche e della funzione cardiocircolatoria. La morte sopraggiunge quando la temperatura del corpo si abbassa al di sotto dei 25°.

Patologie da trasferimento di energia meccanica

Ci riferiamo ai traumi. Per trauma si intende il danno che una regione delimitata dell’organismo subisce o perché bruscamente raggiunto da un corpo fornito di energia cinetica oppure perché l’organismo, fornito esso stesso di energia cinetica, raggiunge bruscamente con una parte di esso un corpo statico. I traumi a loro volta possono essere superficiali o profondi, a seconda che sia interessata solo la cute oppure uno o più organi. E anche gli effetti provocati variano per intensità a seconda della natura e dell’energia del corpo traumatizzante, così come anche della resistenza dei tessuti.

Con il termine “ferita” ci riferiamo a quei traumi che interrompono la continuità dei tessuti. La situazione più semplice è l’abrasione o escoriazione, in cui non si ha perdita di sangue perché la lesione interessa solo gli strati superficiali dell’epidermide che è priva di vasi. A differenza di questa, in tutti gli altri traumi si verifica sempre un’emorragia, cioè fuoriuscita di sangue dai vasi lesionati.

Principali tipi di traumi superficiali

• Abrasione o escoriazione
• Contusione o ecchimosi
• Ferita

Principali tipi di traumi profondi

• Rottura di un organo interno
• Volvolo (torsione dell’ilo di un organo)
• Pneumotorace (lesione polmonare)

Ogni qualvolta c’è una ferita, una lesione, porterà un processo infiammatorio, in quanto il sangue fuoriuscito dai vasi rapidamente coagula (e sarà proprio il coagulo e i detriti cellulari che andranno ad agire da stimoli infiammatori). Inoltre, durante il processo di guarigione delle ferite possono insorgere complicanze, tra cui le più frequenti sono:

• Infezioni: in quanto la ferita costituisce la porta di ingresso per molti microrganismi tra i quali i cocchi piogeni (i più frequenti), o nei casi più gravi i gram-negativi e i clostridi (contaminano la ferita sotto forma di spore es. tetano).
• Deiescenza: cioè la riapertura delle ferite in via di cicatrizzazione; soprattutto di quelle addominali, provocato da sforzi quali il vomito o dalla tosse.
• Formazione del cheloide: che dà origine ad una cicatrice esuberante, dovuta alla formazione di un eccesso di tessuto connettivo, provocato da un’aumentata attività dei fibroblasti.

Lesioni da energia termica

Parliamo in questo caso di ustioni e scottature. Si verificano quando il nostro corpo entra in contatto con una sorgente di calore, che può, essere trasferita per conduzione, convezione o irraggiamento. Inoltre si verificheranno quando la temperatura dell’area colpita supererà i 40-45° e la loro gravità dipende da:

• Livello di temperatura raggiunta dai tessuti
• Quantità di calore trasferito
• Durata del contatto con la sorgente di calore
• Modalità di trasferimento del calore
• Natura dei tessuti

La gravità delle ustioni è classificata in gradi:

1° Grado

Coinvolge l’epidermide (tessuti danneggiati). Si verifica vasodilatazione (alterazioni funzionali). Con eritema diffuso e tumefazione (tipo di lesione).

2° Grado

Coinvolge l’epidermide e il derma. Infiammazione. Bolle a sede intra-epidermica e dermo-epidermica, includenti un essudato sieroso.

3° Grado

Coinvolge epidermide, derma e tessuti sottodermici (muscolare e osseo). Necrosi secca o umida, a seconda della sorgente di calore. Crosta.

4° Grado

Come nel 3° grado. Combustione (si ha quindi la distruzione del materiale organico con formazione di ceneri). Carbonizzazione.

I principali effetti generali, complicanze e esiti delle ustioni gravi sono: alterazione della termoregolazione – ipoproteinemia perdita di proteine plasmatiche con l’essudato - disidratazione per perdita di acqua con l’essudato – shock neurogeno al momento del trauma - shock ipovolemico conseguente a perdita di liquido e di proteine con l’essudato – infezioni – formazione frequente di cicatrici pigmentate e cheloidi – rischio di comparsa di neoplasie sulle cicatrici.

Patologie da trasferimento di energia radiante

Le radiazioni possono essere suddivise in:

• Radiazioni elettromagnetiche con velocità uguale a quella della luce. In questa tipologia di radiazioni l’energia è presente sotto forma di fotoni, cioè quanti di energia per cui la massa è uguale a 0. (onde radio, microonde, radiazioni infrarosse, raggi X, raggi gamma).
• Radiazioni corpuscolate con velocità inferiore a quella della luce. Le radiazioni corpuscolate sono costituenti degli atomi e dei loro nuclei, dai quali possono essere liberate. In queste radiazioni l’energia è presente sotto forma di massa di entità varia. (elettroni, protoni, neutroni, mesoni).

Inoltre, sulla base della quantità di energia di cui sono fornite e degli effetti indotti negli atomi delle molecole bersaglio, possono essere a loro volta suddivise in:

• Radiazioni eccitanti: infrarosse – luminose – ultraviolette – microonde – onde radio