Intolleranze Alimentari, Immunità e Farmaci Prof Roberto Bei

Intolleranze alimentari, immunità e farmaci – Parte 2 - Morte cellulare

Essa può avvenire in maniera non programmata e programmata. Nel primo caso si parla di:

Necrosi

Modificazioni morfologiche in un tessuto che seguono la morte cellulare sostenuta da un programma genetico, risultato dalla degradazione enzimatica delle cellule danneggiate irreversibilmente. La cellula non mantiene più il proprio equilibrio omeostatico entro limiti tollerabili.

Effetti biochimici del danno cellulare

Cause del danno:

• Deplezione ATP; - ipossia e ischemia;
• Formazione ROS; - agenti fisici;
• + calcio intracellulare, perdita omeostasi; - agenti chimici e farmaci;
• Difetti permeabilità di membrana; - agenti infettivi;
• Danno mitocondriale irreversibile; - reazioni immunologiche;
• Attivazione proteasi cellulare. - squilibri nutrizionali.

Modificazioni morfologiche caratteristiche della necrosi

• Modificazioni delle dimensioni della cellula: rigonfiamento cellulare per eccessivo accumulo di liquidi nel citoplasma, reticolo endoplasmatico, Golgi e mitocondri;
• Modificazioni della superficie della cellula;
• Alterazioni organuli citoplasmatici;
• Alterazioni nucleari:
  • Picnosi: - riduzione progressiva del nucleo e perdita di materiale;
  • Carioressi: - frammentazione nucleo in zolle di varia grandezza;
  • Cariolisi: - disgregazione nucleica in piccole zolle che si sciolgono nel citoplasma.

Aspetti morfologici necrosi

Da un punto di vista morfologico, le necrosi può essere classificata in:

• Necrosi coagulativa: prevale la denaturazione delle proteine;
• Necrosi colliquativa: prevale la digestione enzimatica delle proteine;
• Necrosi gangrenosa: perdita di apporto enzimatico con conseguenti danni tissutali;
• Necrosi caseosa: aspetto biancastro e friabile dell’area necrotica;
• Necrosi grassa steatonecrosi: distruzione lipidica derivata dal rilascio di lipasi pancreatiche;
• Necrosi fibrinoide: coinvolgimento dei vasi sanguigni, si verifica quando antigeni e anticorpi vengono depositati nelle pareti arteriose. Fuoriuscita di fibrina dai vasi, il tessuto ha un aspetto amorfo rosa chiaro.

Apoptosi

Evento programmato attivamente realizzato dalle cellule. Interessa singole cellule e viene fisiologicamente realizzato. La frammentazione delle cellule e le modificazioni di superficie favoriscono la fagocitosi.

Essa avviene in fasi:

• Fase di innesco: la cellula riceve i segnali che scatenano l’apoptosi;
• Controllo e integrazione: i segnali della fase precedente vengono connessi da una serie di proteine specifiche;
• Fase comune di esecuzione: si attivano una cascata di proteasi caspasi specifiche, le (iniziatrici o esecutrici in base all’ordine di attivazione);
• Rimozione delle cellule morte: la rimozione avviene grazie ai marcatori di membrana che facilitano il riconoscimento delle cellule apoptotiche da parte delle cellule adiacenti o fagociti.

Apoptosi osservabile

È possibile osservare l’apoptosi nelle seguenti circostanze:

• Sviluppo embrionale/fetale e metamorfosi;
• Normale turn-over tissutale;
• Autogenesi e omeostasi sistema immunitario;
• Atrofia ormono-dipendente ecc.

Adattamenti cellulari

Si verificano quando le cellule vengono poste ad eccessive sollecitazioni fisiologiche o a stimoli patologici, possono essere di tipo morfologico o fisiologico.

Modalità di adattamento

• Ipertrofia: aumento di volume di un organo dovuto ad un aumento del volume o del numero (iperplasia) delle cellule fondamentali che lo costituiscono.
• Ipertrofia spuria o pseudoipertrofia: aumento del volume di un organo che dipende dalla presenza di materiali estranei o da alterazioni che non colpiscono la parte parenchimale.

Sono molteplici i fattori causali che possono indurre ipertrofia, si evidenziano:

• Fattori congeniti;
• Aumentata richiesta funzionale (ipertrofia da lavoro);
• Aumentata nutrizione;
• Aumentata irrorazione;
• Cause ormonali.

Ipotrofia/aplasia: riduzione dell’organo/tessuto che aveva raggiunto un volume normale.

• Ipoplasia: situazione congenita di deficitario sviluppo di un organo o tessuto che non raggiunge il volume normale.
• Aplasia o agenesia: mancato sviluppo di un organo/tessuto.
• Involuzione: riduzione fisiologica del volume di organi.
• Atresia: malformazione congenita di un organo cavo.

Sono molteplici i fattori causali che possono indurre ipotrofia, si evidenziano:

• Fisiologica, regressione dotti Muller maschio e Wolff femmina;
• Ridotto utilizzo muscolo scheletrico;
• Perdita stimolazione endocrina, utero post-gravidanza;
• Denervazione;
• Ipoperfusione prolungata;
• Iponutrizione, atrofia adiposità;
• Invecchiamento;
• Pressione.

Metaplasia

Si verifica quando un tessuto differenziato di un certo tipo viene sostituito da un tessuto differenziato di tipo diverso. Esso può essere:

• Epiteliale: epiteli di rivestimento, perché molto esposti a stimoli lesivi oppure nei bronchi di un fumatore dove il normale cilindrico ciliato può essere sostituito da squamoso stratificato e, a volte, perfino da cheratinizzato.
• Connettivo: formazione di cartilagine, osso e tessuto adiposo in tessuti che normalmente non ne contengono.

La metaplasia agisce solitamente con 2 diversi meccanismi:

• Un tipo cellulare A è sostituito da un tipo diverso B, quindi A diventa direttamente B;
• Il tipo A viene eliminato e i suoi progenitori producono il tipo B.

Stress cellulare

Trattasi di uno stimolo o di una successione di stimoli di intensità tale da portare alla rottura dell’omeostasi dell’organismo. Conduce così alla sindrome generale di adattamento, secondo cui la cellula subisce l’intervento di fattori stressanti che disturbano o sovvertono la regolazione omeostatica della cellula. Fattori fisici, O₂, pH, ecc sono tutti fattori di stress cellulare.

Sensori dello stress

Sono dislocati in tutto il corpo umano; si trovano:

• Membrana plasmatica: alterazione recettore di membrana, ipoperossidazione, attivazione fosfolipasi A e alterazione permeabilità di membrana;
• DNA: complesso MNR, complesso 9:1:1, complesso BASC (supercomplesso di sorveglianza del genoma) e topoisomerasi;
• Proteine: chaperon.
• Radicali liberi: sensori danno diretto a proteine, DNA e lipidi, attivazione diretta di proteine che trasducono il segnale e attivazione proteine regolatrici.

Quando vi è un pericolo per il mantenimento dell’omeostasi, la cellula innesca una risposta protettiva che permette alla cellula stessa di sopravvivere. Se la cellula non è in grado di innescare o mantenere la risposta protettiva, o se l’agente è troppo forte si ha l’attivazione di una cascata di segnali specifici per innescare una risposta che effettivamente porterà la cellula alla morte.

Risposta alla denaturazione delle proteine

Primariamente si attivano le HSP o proteine dello stress che sono la prima risposta della cellula allo stress. Quando una proteina viene denaturata perde la sua funzione, intervengono in questi casi le chaperones, le quali assistono le proteine denaturate riavvolgendole nella loro corretta conformazione. Se le chaperones non funzionano correttamente, le proteine denaturate si accumulano e precipitano nella cellula instaurando una condizione patologica dovuta al difetto concomitante del sistema di riparazione delle proteine (chaperonopatie).

Risposta al danno del DNA

Le lesioni al DNA sono immediatamente riconosciute e le informazioni vengono trasmesse attraverso vie di trasmissione del segnale che culminano nell’attivazione dei punti di controllo del ciclo cellulare.

• Ciclina D-CDK4, D-CDK6, E-CDK2: regolano la fase di transizione G1-S;
• Ciclina A-CDK1, A-CDK2: sono attive nella fase S;
• Ciclina B-CDK1: è essenziale per la trasmissione G2-M.

La famiglia degli inibitori delle CDK è composta da 3 proteine: p21, p27 e p57, che inibiscono le CDK, mentre la famiglia INK4, formata dalla p15, p16, p18 e p19, ha effetti selettivi sulla ciclica D-CDK6. Quindi il blocco del complesso ciclica CDK avviene tramite degli inibitori per un’attivazione della fosfatasi CDC25. Quando si verifica un danno al DNA si verifica l’attivazione della cascata ATM-ATR, l’attivazione della proteina p53 e conseguente blocco dell’azione della fosfatasi CDC25.

Risposta allo stress ossidativo

Comprende i ROS e i sistemi di detossificazione. Il radicale libero o ROS è un atomo o molecola con un elettrone spaiato nell’orbitale esterno. La completa riduzione dell’O₂ ad H₂O in presenza di H₂ richiede 4 elettroni e, se avviene in tappe successive si formano vari intermedi reattivi.

Antiossidanti

Sostanze in grado di competere a basse concentrazioni con i substrati delle sostanze ossidanti, inibendole o ritardandone gli effetti. Essi possono essere:

• Antiossidanti enzimatici:
  • - Catalasi;
• Antiossidanti non enzimatici:
  • - Vitamina E, C, beta-carotene e glutatione;
• Antiossidanti a bassa efficienza:
  • - Triptofano, tiroxina, istidina e cisteina.

Risposta allo stress da privazione di nutrienti

Autofagia

È una risposta filogeneticamente molto conservata, mediata dai lisosomi che viene indotta per scarso apporto di nutrienti e permette la sopravvivenza della cellula. Quindi una carenza di nutrienti attiva i geni dell’autogamia che inducono la formazione di vacuoli in cui gli orfanelli cellulari vengono sequestrati e degradati dopo la fusione delle vescicole con i lisosomi. Infine, i materiali digeriti sono riciclati come nutrienti cellulari.

Infiammazione o flogosi

È una risposta localizzata che nasce come conseguenza dell’azione di un agente nocivo di varia natura. È un processo dinamico e localizzato sempre legato a modificazioni del metabolismo cellulare a cui segue un accumulo di fluidi e leucociti nella sede del danno. I diversi meccanismi dell’immunità innata agiscono in maniera concentrata in risposta ad un danno tissutale.

Cause: emogene (immunologiche e chimiche) e esogene (fisiche, chimiche e biologiche).

Infiammazione acuta o angioflogosi

È caratterizzata dall’imponenza dei fenomeni vasculo-essudativi dovuti a modificazioni emodinamiche del microcircolo, aumento della sua permeabilità e alla migrazione dei leucociti.

Caratteristiche angioflogosi:

• Arrossamento (vasodilatazione);
• Tumefazione (essudazione);
• Calore (iperemia dovuto ad aumento flusso ematico);
• Dolore (stimolazione terminazioni nervose);
• Perdita di funzione.

Infiammazione cronica o istiflogosi

È caratterizzata dalla migrazione di cellule mononucleate nell’interstizio e dalla loro moltiplicazione e differenziazione in elementi morfologicamente e funzionalmente differenti.

Immunità

Deriva dal latino immunitas, ha significato di protezione dalle malattie e in particolare da quelle infettive.

Cellule del sistema immunitario

Hanno il compito di eliminare gli antigeni identificando, ingerendo ed eliminando i microorganismi. Esse sono formate dai:

• Neutrofili: cellule mobili che intervengono nelle fasi iniziali della risposta infiammatoria. Sono attratti (chemiotassi) da varie sostanze tissutali e batteriche (chemiotassine) nella sede dove devono esercitare la loro azione. Una volta esercitata vanno incontro a distruzione costituendo il pus;
• Mastociti: cellule di origine midollare localizzate nella cute e nell’epitelio delle mucose, contengono un elevato numero di granuli plasmatici infarciti di citochine, istamina e altri mediatori;
• Basofili: granulociti del circolo ematico caratterizzati da analogie strutturali e funzionali con i mastociti;
• Eosinofili: granulociti presenti nel sangue dotati di granuli citoplasmatici contenenti enzimi che danneggiano la parete cellulare dei parassiti, ma che possono anche danneggiare i tessuti dell’ospite;
• Macrofagi: ingeriscono e uccidono i microbi. Contribuiscono alla risoluzione del processo infiammatorio attraverso l’ingestione e la degradazione delle cellule morte. Secernono citochine, proteine leganti che attivano recettori espressi da altre cellule. Presentano l’antigene e attivano i linfociti T e contribuiscono alla riparazione dei tessuti danneggiati stimolando la crescita di nuovi vasi sanguigni.

L’immunità innata riconosce strutture molecolari caratteristiche di patogeni e microbi, ma assenti nelle cellule dei mammiferi. Tali strutture sono chiamate profili molecolari associati ai patogeni (PAMP). Invece qualora l’immunità innata sia in grado di riconoscere anche molecole endogene prodotte o rilasciate dalle cellule danneggiate o morenti, queste sostanze saranno chiamate profili molecolari associati al danno (DAMP).

Mediatori chimici flogistico

Sostanze attivate o prodotte durante le varie fasi del processo che rappresentano i veri regolatori della risposta infiammatoria. Trattasi di composti chimicamente definiti, liberati da strutture cellulari o attivati da precursori fisiologici in seguito a stimolo flogistico e che svolgono un ruolo preminente nella dinamica del processo infiammatorio, producendo modificazioni specifiche a carico di strutture cellulari o tissutali.

Amine vasoattive

Sono liberate da scorte preformate, comprendono:

• Istamina: immagazzinata nei granuli dei mastociti e dei basofili. Essa a livello vascolare genera contrazione delle grandi arterie e vasodilatazione dei vasi di piccolo calibro del microcircolo. Produce un aumento della permeabilità vascolare a livello delle venute. Stimola la secrezione delle ghiandole gastriche e altre ghiandole esocrine. Produce un aumento della frequenza cardiaca. Gli organi bersaglio della sua azione devono possedere specifici recettori: H1, H2, H3 e H4;
• Serotonina: amina vasoattiva derivante dal triptofano. Si trova nelle piastrine, nella mucosa del tratto gastrointestinale ecc. Nelle piastrine è associata ad un proteoglicano solforato. Non è sintetizzata nelle piastrine, ma è captata con un meccanismo attivo. Produce effetti quali: aumento della permeabilità vascolare, dolore e contrazione delle arterie. I recettori specifici della serotonina sono:
  • Recettori D: - muscolatura liscia;
  • Recettori L: - situato nel SNC.

Enzimi proteolitici

Sono una classe che comprende:

• Sistema delle chinine: peptidi vasoattivi che normalmente sono trasportati nel plasma in forma inattiva come parti di molecole denominate chininogeni. Le chinine sono staccate dai chininogeni grazie all’attività della callicreina, la quale nel sangue circola come precursore attivo: la precallicreina. Quest’ultima è attivata in connessione con la coagulazione del sangue, quando il fattore di Hageman (XIIa) è attivato dal contatto con il collagene o con altra superficie carica negativamente. Durante la coagulazione del sangue vengono prodotte notevoli quantità di chinine principalmente la bradichinina, che induce lenta contrazione della fibrocellula muscolare liscia, vasodilatazione, aumento della permeabilità capillare e dolore.
• Complemento: sistema costituito da diverse proteine strutturalmente e funzionalmente distinte presenti nel siero fresco normale in forma di precursori inattivi. Serve per aprire fori nelle membrane. È costituito da circa 20 proteine che circolano nel plasma in forma dissociata e si attivano a cascata, durante la quale si generano alcuni prodotti che sono potenti mediatori dell’infiammazione.
• Complessi di attacco della membrana: 12-18 molecole identiche che circolano nel plasma con il nome di C9.

Regolazione del complemento

È caratterizzato da 4 step:

• Decadimento spontaneo;
• Attivazione proteolitica ad opera di inibitori plasmatici: fattore I e carbossipeptidasi serica N;
• Legame di frazioni attive: inibitore della C1 esterasi che lega C1r e C1s inattivandoli. Fattore H e proteina di legame C4b formano complessi con C3b e C4b che aumentano la loro suscettibilità al clivaggio da parte del fattore I;
• Molecole associate alla membrana cellulare: proteine cofattori di membrana leganti C4b e C3b, promuovono la loro un’attivazione tramite fattore I.

Eicosanoidi o mediatori lipidici

Prostaglandine: in generale partecipano alle 4 fasi dell’informazione, favoriscono Rubor e Calor incrementando il flusso ematico, aumentando il Dolor e Tukor. Il ruolo principale potrebbe essere quello di garantire un ampio apporto di sangue. Effetti principali: vasodilatazione.