Immunità e infiammazione acuta

DANNO REVERSIBILE E MORTE CELLULARE

Le cellule mostrano un diverso grado di suscettibilità ai cambiamenti ambientali. Le cause di danno sono

molteplici e di varia natura:

• Chimiche: tossine, veleni, metalli pesanti, ipossia

• Fisiche: radiazioni, temperatura, traumi meccanici, elettricità

• Biologici: virus, batteri, funghi, protozoi, processo infiammatorio, autoimmunità.

Il danno reversibile può essere una situazione che non necessariamente evolve verso il danno irreversibile,

ma se si protrae porta la cellula a passare ad uno stato in cui va incontro a morte. Entro un certo limite di

tempo la cellula può ancora compensare le alterazioni che si sono verificate in seguito allo stimolo dannoso.

Sono però già presenti alterazioni morfologiche ben definite e alterazioni funzionali che rendono le cellule

diverse da quelle normali del tessuto di origine. C’è un punto di non ritorno, superato il quale alla cellula

cominciano a succedere cose che fanno sì che non sia più possibile tornare indietro e si va inesorabilmente

incontro a morte. Un esempio classico di transizione da danno reversibile a morte cellulare è la carenza di

ossigeno (IPOSSIA) dovute a cause vascolari (ISCHEMIA); quando un tessuto è deprivato di ossigeno,

parzialmente o completamente, si ha una situazione di ischemia; nella situazione iniziale la cellula cerca di

adattarsi, ma se persiste va incontro a morte.

Caratteristiche comuni nel danno cellulare reversibile:

• Rigonfiamento della cellula dovuto a alterazioni della permeabilità di membrana (deplezione di ATP)

• Alterazioni mitocondriali (rigonfiamento)

• Dilatazione del Reticolo Endoplasmatico Rugoso (RER) e distacco dei ribosomi

• Alterazioni nucleari

La degenerazione vacuolare e la steatosi sono situazioni di danno reversibile associate ad una condizione di

accumulo di sostanze nella cellula; possono essere componenti endogene (acqua, proteine, lipidi, carboidrati)

o esogene (che la cellula ha accumulato ed incamerato, prodotti di microrganismi o alterati del metabolismo). I

vari meccanismi di accumulo sono:

• Una rimozione rallentata

• La sostanza è alterata (danno genetico) e non riesce a venir rimossa

• Produzione normale e mancanza di enzimi per rimuoverla (danno genetico)

• La sostanza è esogena e mancano i meccanismi di degradazione e trasporto per eliminarla

Il fegato raccoglie il sangue refluo della cavità sottodiaframmatica, quindi spesso finisce per raccogliere

sostanze esogene e tutti i nutrienti. Quando la causa di danno persiste o è molto potente, la cellula può

andare incontro a morte.

Quando si arriva a questo punto di non ritorno? Le implicazioni sulla risposta del nostro organismo alla morte

delle nostre cellule è estremamente diversa nel caso della necrosi o dell’apoptosi. Il rigonfiamento

mitocondriale raggiunge delle dimensioni patologiche, si formano dei CORPI DENSI ma soprattutto comincia a

rompersi la membrana citoplasmatica e la membrana degli organelli, tra cui i lisosomi che iniziano a liberare il

loro contenuto quindi gli enzimi digestivi: la cellule viene distrutta e IL CONTENUTO SI RIVERSA

NELL’AMBIENTE ESTERNO. Questo è il marker della necrosi ed il segnale di danno su cui si attivano i DAMP

ed i recettori di DAMP, e la risposta sarà di tipo infiammatorio. Distruzione fisica della cellula con liberazione

del contenuto all’esterno, è l’evento che fa sì che si attivi la risposta al danno ed in particolare l’infiammazione

acuta. Nell’apoptosi, le membrane cellulari non vengono alterate se non in maniera funzionale, restano a

sigillare il contenuto cellulare. La necrosi distrugge le cellule e fa sì che il contenuto cellulare si liberi

all’esterno e faccia scattare l’infiammazione acuta; nell’apoptosi si formano i corpi apoptotici eliminati dalle

cellule vicine, non parte alcuna segnalazione di danno in quanto non c’è liberazione di contenuto e risposta

infiammatoria.

Le necrosi sono classificate da un punto di vista morfologico.

1) Coagulativa

2) Colliquativa

3) Caseosa

4) Gangrenosa

5) Steatonecrosi

6) Necrosi fibrinoide

Si arriva a morte cellulare quando tutte le possibilità di adattamento sono state superate. I meccanismi che

portano alla morte cellulare (danno cellulare irreversibile) sono:

1) La risposta cellulare dipende dalla natura del danno, dalla sua durata e dalla sua intensità

2) Le conseguenze dipendono dallo stato della cellula in quel momento e dalle sue capacità di

adattamento

3) Il danno è il risultato di meccanismi biochimici che agiscono su alcune componenti cellulari critiche

(mitocondri e membrane cellulari, sintesi proteica e integrità del DNA)

4) Le cause che producono danno sono moltissime e agiscono in modo diverso su componenti cellulari

diverse per cui non esiste uno schema unificato che spieghi l'induzione della necrosi.

La cellula appare spesso rigonfia e anche gli organelli sono dilatati (mitocondri). Il citoplasma si colora

debolmente con l'eosina. I nuclei presentano alterazioni: picnosi, carioressi e cariolisi, dovute alla

condensazione della cromatina (picnosi) e alla successiva frammentazione del DNA (carioressi) o alla

scomparsa della colorabilità dei nuclei (cariolisi). Nella necrosi coagulativa prevalgono i meccanismi di

denaturazione delle proteine, che conservano almeno inizialmente la struttura del tessuto. Esempio: infarto del

miocardio. Nella necrosi colliquativa prevalgono gli aspetti di digestione litica (autolisi ed eterolisi) dovuti

spesso a una concomitante infiammazione acuta di tipo purulento. Esempio: ascesso.

Alterazione del bilancio energetico (riduzione di ATP) e alterazione della struttura e funzione dei mitocondri. La

deplezione di ATP diventa evidente quando c’è un danno ipossico-ischemico. Se l’ossigeno cala abbiamo:

⁺ ⁺

1. Riduzione attività della pompa Na -K di membrana (rigonfiamento)

2. Attivazione di glicolisi anaerobia (abbassamento pH intracellulare)

3. Aumento in grasso di Ca²⁺

4. Rigonfiamento del RER e distacco dei ribosomi (blocco della sintesi proteica)

5. Alterazione delle membrane mitocondriali

Si verificano delle disfunzioni della catena id trasporto degli elettroni, con aumentata instabilità mitocondriale.

Come risultato viene aumentata la produzione di ROS mentre si riduce la sintesi di ATP e viene favorita la

creazione dei pori di transizione di permeabilità mitocondriale. Il calcio normalmente è sequestrato nei

mitocondri, se è immesso in grandi quantità nel citosol attiva una serie di enzimi tra cui l’ATPasi, le fosfolipasi

che distruggono i fosfolipidi di membrana, rendendo la membrana fragile e con “buchi”. Le proteasi

distruggono le proteine del citoscheletro quindi alterano la forma stessa della cellula, le endonucleasi vanno a

tagliare il DNA. Il danno mitocondriale determina la formazione di un canale detto PORO DI TRANSIZIONE DI

PERMEABILITA' MITOCONDRIALE che fa crollare il potenziale di membrana e quindi blocca la fosforilazione

ossidativa e la produzione di ATP. L'apertura del poro è determinata da una proteina della matrice

mitocondriale, la Ciclofillina D, sensibile all'aumento della concentrazione di Ca++, alla deplezione di ATP e

allo stress ossidativo, che si lega ad una proteina detta Traslocatore Adenin Nucleotide (ANT) presente sulla

membrana mitocondriale interna. Questo provoca l'apertura del poro, un canale anionico voltaggio dipendente,

e la perdita progressiva del potenziale di membrana. Danno mitocondriale e danno di membrana,

rappresentano due eventi che marcano l’impossibilità per la cellula di ritornare alla situazione iniziale.

I radicali liberi e le Specie Reattive dell'Ossigeno (ROS) quando si formano in grande quantità (per esempio in

seguito all'esposizione a particolari sostanze chimiche, oppure dopo esposizione alle radiazioni, o anche

durante l'infiammazione acuta) sono molto frequentemente causa di danno e morte cellulare.

RADICALI LIBERI: molecole dotate di un singolo elettrone nell'orbitale esterno, che le rende molto instabili e

quindi altamente reattive con le molecole circostanti. Innescano meccanismi autocatalitici con cui promuovono

la formazione di nuovi radicali liberi e danno origine a molecole che danneggiano le macromolecole cellulari

spesso in modo irreversibile. Le ROS (Reactive Oxygen Species) sono radicali liberi derivati dall'Ossigeno,

molto comunemente causa di danno da radicali. Ci sono radicali liberi e ROS che si formano naturalmente

nelle cellule come risultato di numerosi processi fisiologici ma la loro presenza è solitamente compensata da

molecole che li inattivano, dette antiossidanti. Gli antiossidanti sono dotati di un guscio di elettroni

estremamente spesso che neutralizza l’attività di queste molecole, ci aiutano a far sì che questo stress

ossidativo non ci sia dannoso. Ci sono sistemi che controllano questo processo e lo spengono, sono di volta in

volta regolati in modo tale che la produzione di radicali non sia mai eccessiva. Lo stress ossidativo è un tipo

particolare di stress chimico indotto dalla presenza, in un organismo vivente, di un eccesso di specie chimiche

reattive, generalmente centrare sull’ossigeno (ROS), secondario ad un’aumentata produzione delle stesse e/o

ad una ridotta efficienza dei fisiologici sistemi di difesa antiossidanti. Se si formano in seguito a cause esogene

e vengono prodotti in grandi quantità, possono essere causa di danno cellulare e determinano la distruzione

delle membrane cellulari che di conseguenza porta alla morte della cellula.

Effetti patologici dei radicali liberi

1) Perossidazione dei lipidi di membrana (propagazione)

2) Ossidazione delle proteine con inattivazione enzimatica e danno di

conformazione che stimola la degradazione proteica

3) Danno al DNA con rottura del doppio filamento e formazione di legami crociati

La perossidazione dei lipidi si ha a livello degli acidi grassi polinsaturi, contenuti in elevate concentrazioni

soprattutto nei fosfolipidi delle membrane cellulari. Il processo consiste in una serie di reazioni a catena in cui

gli acidi grassi insaturi dei fosfolipidi di membrana si trasformano progressivamente in radicali lipidici (L•),

radicali perossidi (LOO•) e perossidi lipidici (LOOH). Questi ultimi possono decomporsi facilmente in diverse

specie quali alcossidi lipidici (LO•), aldeidi (malondialdeide, MDA), alcani, epossidi lipidici e alcool. Anche il

colesterolo può subire modificazioni dello stesso tipo dando origine ad epossidi e alcool. In seguito a tali

processi degenerativi, le membrane della cellula diventano rigide perdendo la fluidità e la funzione di

permeabilità selettiva che le contraddistingue. Questa perdita di fluidità può avvenire anche per altre ragione

(aumento di Ca, fosfolipasi, depl