fisiopatologia generale

Infiammazione

L'infiammazione è fondamentalmente una risposta protettiva che ha come scopo quello di liberare l'organismo sia dalla causa iniziale del danno cellulare (microbi, tossine, ecc.), sia dalle conseguenze di tale danno (cioè da cellule e dai tessuti necrotici). Tuttavia, l'infiammazione e la riparazione possono essere potenzialmente dannose.

Infiammazione acuta

L'infiammazione acuta è costituita da tre importanti fenomeni:

• Alterazione del calibro vascolare che porta a un aumento del flusso sanguigno.
• Modificazioni strutturali nel microcircolo che permettono alle proteine plasmatiche e ai leucociti di abbandonare i vasi.
• Migrazione dei leucociti dal microcircolo e loro accumulo nel focolaio della lesione.

L'essudato è un liquido infiammatorio extravascolare che ha un'alta concentrazione proteica, molti residui cellulari e un peso specifico maggiore di 1.020 kg/m³. Il trasudato è un liquido a basso contenuto proteico (soprattutto albumina), con peso specifico minore di 0,012. Il pus è un essudato purulento di derivazione infiammatoria, ricco di leucociti (in maggioranza neutrofili) e di detriti di cellule parenchimali.

Dopo una vasocostrizione transitoria delle arteriole, che dura pochi secondi, c'è una vasodilatazione: questo porta a un aumento del flusso sanguigno che è la causa del colore e del rossore. Il rallentamento della circolazione (stasi) provoca la concentrazione dei globuli rossi e un aumento della viscosità del sangue, per l'aumentata permeabilità dei capillari con essudazione di liquidi ricchi di proteine. Successivamente avviene la marginazione leucocitaria (soprattutto neutrofili), seguita dalla migrazione attraverso la parete vascolare fino al tessuto interstiziale.

Meccanismi di permeabilità vascolare

I meccanismi coinvolti nell'aumentata permeabilità vascolare possono essere:

• La contrazione delle cellule endoteliali che porta alla formazione di lacune intercellulari (dovuto a istamina, leucotrieni, bradichinina ed altri mediatori chimici). È una risposta immediata-transitoria a carico delle venule, reversibile e di breve durata.
• La riorganizzazione del citoscheletro e delle giunzioni (retrazione endoteliale). È apparentemente diversa dal precedente e può essere indotta in vitro da citochine (IL-1, TNF). È una risposta ritardata (4-6 ore) e dura più a lungo (24 ore o più).
• Il danno diretto sull'endotelio, che provoca la necrosi e il distacco delle cellule endoteliali, da parte di stimoli lesivi (es. nelle ustioni gravi o nelle infezioni batteriche di tipo litico). È una reazione di tipo immediato-prolungato che inizia con un ritardo di 2-12 ore, dura molte ore o anche giorni ed interessa le venule e i capillari.
• Il danno endoteliale mediato dai leucociti, che quando sono attivati rilasciano radicali di ossigeno tossici ed enzimi proteolitici con il risultato di un'aumentata permeabilità.
• L'essudazione dai capillari in rigenerazione.

Gli stadi prima descritti, tipici dell'aumentata permeabilità vascolare, sebbene siano separabili, possono intervenire insieme nella risposta a un unico stimolo. Ad esempio, nei vari stadi di un'ustione, l'essudazione è il risultato della contrazione endoteliale chimicamente mediata, come pure del danno diretto dipendente dai leucociti e dai capillari in rigenerazione durante la guarigione della ferita e ciò porta a una pericolosa perdita di liquidi nei pazienti con ustioni gravi.

Sequenza degli eventi leucocitari

La sequenza degli eventi che vedono come protagonisti i leucociti può essere suddivisa in:

• Marginazione.
• Adesione.
• Migrazione verso uno stimolo chemiotattico.
• Fagocitosi e degradazione intracellulare.
• Rilascio di prodotti leucocitari nell'ambiente extracellulare.

L'adesione e la migrazione sono in gran parte determinate dal legame di molecole di adesione complementari sui leucociti e sulle superfici endoteliali. I recettori di adesione interessati appartengono a tre gruppi di molecole: le selectine, le immunoglobuline e le integrine.

Selectine, immunoglobuline e integrine

Le selectine sono così chiamate perché sono caratterizzate da una zona N-terminale extracellulare relativa alle lectine dei mammiferi che legano gli zuccheri. Sono rappresentate da:

• E-selectina (detta anche ELAM-1) sull'endotelio.
• P-selectina (detta anche GMP-140) su endotelio e piastrine.
• L-selectina (detta anche LAM-1) sui leucociti.

Le immunoglobuline, invece, comprendono due molecole di adesione endoteliale:

• ICAM-1, molecola di adesione intercellulare.
• VCAM-1, molecola di adesione vascolare.

Entrambe agiscono con le integrine che si trovano sui leucociti. Quindi l'adesione e la migrazione dei neutrofili durante l'infiammazione acuta presuppongono le seguenti tappe:

• Dapprima avviene una rapida e debole adesione che spiega il rotolamento ed è mediata dalle selectine P ed L che si trovano nella sede, e dalla E-selectina endoteliale indotta dalle citochine.
• I leucociti vengono attivati da agenti elaborati dall'endotelio o da altre cellule per aumentare l'avidità delle loro integrine.
• In seguito si legano stabilmente all'endotelio attraverso il sistema della Beta2-integrina ICAM-1 e poi avviene la migrazione.

Migrazione leucocitaria

Il tipo di leucociti migranti varia a seconda della durata della lesione infiammatoria e del tipo di stimolo lesivo. Generalmente durante le prime 6-24 ore prevalgono i neutrofili, che vengono successivamente rimpiazzati dai monociti dopo 24-48 ore. Inoltre, i neutrofili hanno una breve vita e scompaiono dopo 24-48 ore, mentre i monociti sopravvivono più a lungo.

Chemiotassi

In seguito alla fuoriuscita dai vasi, i leucociti migrano nei tessuti verso il luogo della lesione mediante un processo chiamato chemiotassi, che può essere definito come un movimento orientato lungo un gradiente chimico. Le sostanze chemioattrattive possono essere endogene o esogene; gli agenti esogeni più comuni sono i prodotti batterici. I mediatori chimici endogeni includono:

• Frazioni del sistema del complemento, in particolare C5a.
• I prodotti del sistema della lipossigenosi, come il leucotriene B4.
• Citochine, in particolare quelle della famiglia IL-8.

Il legame degli agenti chemiotattici ai recettori specifici della membrana cellulare dei leucociti porta all'attivazione della fosfolipasi C che provoca l'aumento del calcio intracellulare. È proprio l'aumento del calcio che stimola l'unione degli elementi contrattili (actina, miosina) responsabili del movimento cellulare.

Fagocitosi

I neutrofili hanno una grande potenzialità fagocitaria e possono ingerire attivamente germi patogeni, che sono poi distrutti sia dagli enzimi lisosomiali che dai meccanismi che generano radicali liberi tossici. La fagocitosi comprende fasi distinte, ma collegate tra loro:

• Riconoscimento e attacco.
• Ingestione.
• Uccisione o degradazione.

La maggior parte dei microrganismi non viene attaccata a meno che non siano rivestiti da fattori sierici, chiamati opsonine che si legano a recettori specifici sui leucociti. Le due opsonine più importanti sono:

• Il frammento Fc delle immunoglobuline G.
• Il C3b che si forma dopo l'attivazione del complemento.

Il legame delle particelle opsonizzate al corrispondente recettore è sufficiente ad innescare il processo di ingestione. Dopo tale attivazione, le cellule emettono pseudopodi per circondare la particella, guidati dal montaggio e smontaggio di filamenti di actina. Gli pseudopodi si fondono per inglobare completamente la particella estranea, formando una vescicola endocitotica. La particella internalizzata nel vacuolo endocitotico è detta fagosoma.

L'ultima tappa del processo della fagocitosi dei batteri è l'uccisione e la loro degradazione in gran parte compiuta mediante meccanismi ossigeno-dipendenti.

Le fasi in cui avviene l'uccisione e la degradazione dei batteri sono:

• I lisosomi si fondono con il fagosoma e scaricano il loro contenuto esponendo la particella a una potente miscela di enzimi lisosomiali.
• L'uccisione del batterio è facilitata dal perossido di idrogeno e superossido che sono prodotti per riduzione enzimatica dell'ossigeno da parte dell'ossidasi del "burst" respiratorio (NADPH ossidasi).
• Dopo l'uccisione, le idrolasi acide che si trovano nei granuli azzurrofili dei neutrofili, demoliscono i batteri nei fagolisosomi.

La liberazione di sostanze prodotte dai leucociti non avviene esclusivamente all'interno del fagolisosoma, ma anche nello spazio extracellulare. Le sostanze più importanti rilasciate sono: enzimi lisosomiali, metaboliti attivi derivati dall'ossigenazione, prodotti del metabolismo dell'acido arachidonico. Tutti questi prodotti sono potenti mediatori degli effetti vascolari e cellulari dell'infiammazione oltre che del danno tissutale, e servono ad amplificare gli effetti dello stimolo infiammatorio iniziale.

Mediatori chimici dell'infiammazione

I mediatori possono avere origine dal plasma e dalle cellule. Quelli che hanno origine dal plasma sono:

• Il complemento.
• Fattore di Hageman.

Entrambi sono presenti nel plasma come precursori che devono essere attivati. Tra quelli aventi origine dalle cellule, vi sono:

• I mediatori preformati (istamina, serotonina), contenuti in granuli intracellulari e rilasciati in risposta ad uno stimolo infiammatorio.
• I mediatori di nuova sintesi (prostaglandine, leucotrieni, citochine).

L'istamina è contenuta nei mastociti tessutali, nei granulociti basofili e nelle piastrine del sangue, e viene liberata durante la degranulazione. Legandosi ai recettori H1 provoca aumento della permeabilità vascolare (a causa della retrazione delle giunzioni interendoteliali); legandosi a quelli di tipo H2 provoca rilassamento della muscolatura liscia della parete vascolare, ma anche effetti antinfiammatori.

La serotonina ha azioni simili a quelle dell'istamina (ed anch'essa ha un emivita molto breve) ed è presente nelle piastrine. Tra i mediatori chimici di nuova sintesi vi sono i metaboliti dell'acido arachidonico, normalmente presenti nei fosfolipidi della membrana cellulare. L'azione di una fosfolipasi parte dalla liberazione dell'acido arachidonico che viene poi metabolizzato attraverso due vie principali:

• La via ciclossigenasica porta alla formazione di prostaglandine (PGE2, PGD2, trombossano); PGE2 e PGD2 causano vasodilatazione ed aumento della permeabilità capillare, trombossano causa vasocostrizione e aggregazione piastrinica.
• La via lipossigenasica, mediante la 5-lipossigenasi (presente nei neutrofili), porta alla formazione dei leucotrieni. Tra questi, il più importante nella flogosi è il leucotriene B4 (LTB4) che è un potente agente chemiotattico per i neutrofili e ne provoca l'aggregazione e l'adesione all'endotelio.

Altri mediatori chimici

Il fattore attivante le piastrine è sintetizzato da mastociti, basofili, neutrofili, monoliti, endotelio e piastrine. Induce vasodilatazione e aumentata permeabilità venulare con un'efficacia almeno un migliaio di volte più potente dell'istamina. Il fattore attivante le piastrine aumenta l'adesività dei leucociti, la chemiotassi e la degranulazione.

Le citochine sono polipeptidi prodotti da molti tipi di cellule (ma principalmente da linfociti e macrofagi attivati). Le più importanti come mediatori nell'infiammazione sono IL-1, TNF (alfa e beta) e le famiglie IL-8. IL-1 e TNF-alfa inducono la sintesi delle molecole di adesione endoteliale, di altre citochine, di prostacicline, del fattore attivante le piastrine, attrazione di neutrofili (IL-8) ed anche le risposte sistemiche nella fase acuta (febbre, aumento di sonnolenza, diminuzione dell'appetito).

L'ossido nitrico è una piccola molecola sintetizzata localmente da endotelio e macrofagi grazie all'attività di un enzima, la ossido-nitrico sintasi. È un potente vasodilatatore ed aumenta la permeabilità vascolare. Inoltre, agendo come un radicale libero, è citotossico per certi microbi.

Il complemento

Tra i mediatori chimici plasmatici, come già detto, vi è il sistema del complemento. Consta di 20 componenti proteici (insieme ai loro prodotti di scissione) presenti in alte concentrazioni nel plasma. I componenti del complemento presenti in forma inattiva vengono numerati da C1 a C9. Durante il processo infiammatorio vengono elaborati alcuni componenti del complemento, che provocano:

• Aumentata permeabilità vascolare.
• Chemiotassi.
• Opsonizzazione.

In condizioni fisiologiche il sistema del complemento è inattivo, perché nel plasma sono presenti alcune proteine inibitrici, ma quando compaiono determinati stimoli il sistema viene attivato. L'attivazione consiste in una serie di reazioni enzimatiche a catena (cascata enzimatica) che fa acquisire ad alcuni componenti diverse proprietà, tra le quali la più importante è quella di provocare la lisi delle cellule batteriche e dei virus. Altri frammenti contribuiscono ad innescare ed amplificare la reazione infiammatoria in corrispondenza del focolaio in cui sono localizzati i microbi.

Attivazione del complemento

L'attivazione del complemento avviene in due vie:

• La via classica, che è innescata dall'attacco del C1 all'anticorpo (IgG o IgM) combinato con l'antigene.
• La via alternativa, che può essere innescata dalle superfici microbiche (endotossine), IgA aggregate, complessi polisaccaridi, endotossine.

In entrambi i casi, la C3 convertasi divide C3 in due frammenti, il C3a (che viene liberato) e il C3b. Questo si lega a frammenti per formare la C5 convertasi, che interagisce con C5 per liberare C5a ed iniziare ad unire il complesso di attacco alla membrana che forma dei canali che attraversano la membrana.

I principali prodotti che hanno un ruolo nell'infiammazione acuta sono:

• C3a, che aumenta la permeabilità vascolare, liberando istamina da mastociti e piastrine.
• C5a, che aumenta la permeabilità vascolare, liberando istamina da mastociti e piastrine (è chemiotattico per i neutrofili e induce l'espressione di molecole di adesione sulle cellule endoteliali).
• C3b, che opsonizza i batteri e facilita la fagocitosi dei neutrofili.

Sistema delle chinine

Le chinine sono piccoli peptidi derivati da precursori plasmatici per proteolisi. Il sistema è attivato da uno dei fattori della coagulazione, il fattore di Hageman (fattore XII), che spezza la pre-callicreina in callicreina. La callicreina stimola il chininogeno ad alto peso molecolare a formare bradichinina, potente mediatore che aumenta la permeabilità dei vasi, causa dolore e attiva il sistema complementare.

Sistema della coagulazione

Il fattore di Hageman (fattore XII), attivato in seguito al contatto con sostanze a superficie con cariche negative (collagene, membrane basali, endotossine) stimola la conversione del fibrinogeno in fibrina, per azione della trombina. Durante queste conversioni si formano fibrinopeptidi, che aumentano la permeabilità dei vasi e sono fattore chemiotattico per i neutrofili.

Esiti dell'infiammazione acuta

In generale, l'infiammazione acuta può avere uno dei seguenti tipi di esito:

• Completa risoluzione: avviene quando il danno è limitato o dura poco, o vi è stata minima distruzione di tessuto.
• Guarigione per sostituzione con tessuto connettivo (fibrosi): avviene dopo una notevole distruzione di tessuto, o quando il danno infiammatorio colpisce i tessuti che non rigenerano, o quando vi è un'abbondante essudato di fibrina.
• Progressione della risposta del tessuto fino all'infiammazione cronica: avviene quando la risposta infiammatoria acuta non può essere risolta a causa della persistenza dell'agente lesivo.

Infiammazione cronica

L'infiammazione cronica è caratterizzata da:

• Infiltrazione da parte di cellule mononucleate come macrofagi, linfociti e plasmacellule che rappresentano una reazione persistente allo stimolo lesivo.
• Distruzione del tessuto in gran parte dovuto alle cellule infiammatorie.
• Tentativi di riparazione con sostituzione da parte del tessuto connettivo (angiogenesi e fibrosi).

I macrofagi

I macrofagi fanno parte del sistema reticolo-endoteliale, che include cellule molto simili che derivano dal midollo osseo, fra cui anche i monoliti del sangue ed i macrofagi dei tessuti. I macrofagi sono diffusamente sparsi nel tessuto connettivo, o si trovano raggruppati in organi come il fegato (cellule di Kupffer), la milza, i linfonodi (istiociti dei seni), i polmoni (macrofagi alveolari).

Il macrofago è una cellula importante nell'infiammazione cronica, perché può produrre un gran numero di sostanze biologicamente attive:

• Tossiche per le cellule (metaboliti dell'ossigeno).
• Tossiche per la matrice extracellulare (proteasi).
• Influiscono su altri tipi di cellule (citochine, fattori chemiotattici).
• Proliferazione dei fibroblasti e la deposizione di collagene (fattori di crescita).

È evidente che tutti questi mediatori possono provocare notevoli danni ai tessuti quando i macrofagi vengono attivati in modo non appropriato.

Altri tipi di cellule nell'infiammazione cronica

Altri tipi di cellule nell'infiammazione cronica sono:

• I linfociti, che vengono mobilizzati sia nelle reazioni immunitarie umorali che in quelle mediate da cellule, servendosi sempre di molecole di adesione (VCAM-1, ICAM-1) e di mediatori chimici (citochine) per migrare nelle zone infiammatorie; i linfociti attivati producono linfochine, tra cui l'IFN-alfa, che è il maggior stimolatore di monoliti e macrofagi.
• Le plasmacellule, le quali producono anticorpi contro l'antigene presente nel luogo dell'infiammazione o contro i componenti alterati del tessuto.
• Gli eosinofili, caratteristici delle risposte immuni IgE-mediate e delle infezioni parassitarie, si servono di molecole di adesione.