Patologia cellulare

I concetti fondamentali della patologia generale

• Salute – Condizione di benessere psicofisico derivata dall’integrazione tra tutti i meccanismi preposti al mantenimento dell’omeostasi. "Uno stato di completo benessere fisico, mentale e sociale e non la semplice assenza dello stato di malattia o di infermità." (OMS, 1948).
• Omeostasi – Equilibrio dinamico elettrochimico e funzionale. Si riferisce alla singola cellula, al tessuto e all’organismo (in questo caso coincide con il concetto di salute) e può essere esemplificato dall’equilibrio acido-base, elettrolitico e via dicendo. Il danno è in grado di perturbare l’omeostasi e porta alla malattia: in seguito l’omeostasi si ripristina, ma non necessariamente torna allo stato originario (es. necrosi ischemica del miocardio tessuto fibroso che altererà l’integrità omeostatica).
• Fenomeno morboso – Condizione lieve che altera l’omeostasi senza necessariamente dare sintomatologia; il processo morboso è l’insieme dei fenomeni morbosi, che sono indotti da cause differenti ma che generano un meccanismo patogenetico comune esplicato da eventi tra loro sequenziali. Si definisce morbilità la probabilità che un evento ha di indurre danno (es. il fumo) mentre la mortalità è la probabilità che un evento causi morte. Si parla di comorbilità quando due eventi co-occorrono ad indurre la malattia (es. fumo + età).
• Stato morboso – Condizione patologica stazionaria che dipenda dall’equilibrio tra noxa patologica e reattività dell’organismo: non necessariamente si manifesta con una sintomatologia ma la perturbazione di tale equilibrio è facile.
• Eziologia – Parte della patologia generale che studia le cause della malattia che perturbano l’omeostasi.
• Patogenesi – Meccanismo per il quale le cause della malattia.

Gli eventi esogeni che possono creare danno sono di natura fisica (calore, energia meccanica,…), biologica (virus, batteri,…), chimica (metaboliti di una sostanza sintetica o naturale) e lo stile alimentare: tutto deriva da queste tre tipologie di danno, eccezione per i difetti genetici ereditari (definiti “eventi endogeni”), che poi alterano l’omeostasi interferendo con il metabolismo, inducendo ipossia o produzione di radicali liberi.

L’organismo risponde agli eventi esogeni/endogeni in diverse modalità: recettivo, se subisce le conseguenze dell’evento, refrattario se non subisce conseguenze per incapacità di contrarre la malattia (es. mancanza di recettori), resistente, se sono efficienti i meccanismi reattivi e reattivo, se sono efficienti i meccanismi dell’immunità specifica.

Eziologia patologia da agenti biologici

L’essere umano è costantemente esposto a microrganismi che, per lo più saprofiti (NdR. si nutrono di materiale organico), necessitano di parassitare facoltativamente/obbligatoriamente l’ospite per trarne profitto: solitamente si creano rapporti simbiotici commensali (NdR. solo uno dei due trae vantaggio) o mutuali (NdR. entrambi traggono vantaggio) perché la morte dell’ospite comporta la perdita di fonti di nutrimento per il patogeno.

Un microrganismo colonizza un determinato ospite in base alla competitività microbica, alle difese dell’ospite e alla presenza di fattori di virulenza.

Virulenza – Capacità del patogeno di contrastare i meccanismi difensivi dell’ospite per mezzo dei fattori di virulenza la cui presenza determina, in relazione alle caratteristiche specifiche dell’ospite, la patogenicità del microrganismo considerato che viene identificata come la capacità del patogeno di penetrare e propagarsi nell’ospite e di interferirvi con i processi metabolici e funzionali determinandone un danno.

Molti virus hanno potere oncogenetico (es. HPV 16).

Postulati di Koch (associazione patogeno malattia)

Postulati di Koch molecolari

• Il presunto agente responsabile della malattia in esame deve essere presente in tutti i casi riscontrati di quella malattia.
• Il potenziale fattore di virulenza deve essere ritrovato in tutti i ceppi patogeni e, al contempo, deve essere assente in tutti i ceppi NON patogeni.
• Deve essere possibile isolare il microrganismo dall'ospite malato e farlo crescere in coltura pura.
• Il knock-out del gene riduce/elimina la virulenza; viceversa se il gene è introdotto.
• Ogni volta che una coltura pura del microrganismo viene inoculata in un ospite sano (ma suscettibile alla malattia), si riproduce la malattia.
• Il microrganismo deve poter essere isolato nuovamente dall'ospite infettato sperimentalmente.

Fattori di virulenza

Fattori che determinano la patogenicità di un microrganismo:

• Fattori inibenti il SI dell’ospite (es. leucocidina, distrugge leucociti e FDV antifagocitari).
• Fattori favorenti la mobilità batterica e l’invasione dell’ospite (flagelline, invasine, ialuronidasi,…) interagendo, inoltre, con il citoscheletro dello stesso che, frequentemente, sono causa di necrosi dei tessuti dell’ospite e facilitano la batteriemia.
• Fattori favorenti l’adesione a superfici/cellule dell’ospite (adesine).
• Esotossine ed endotossine.

Esotossine

Molecole proteiche con specifica attività tossica presenti su GRAM+/-. Sono buoni antigeni, risultano termo-sensibili e in seguito a trattamenti chimici perdono il potere tossico mantenendo quello di antigeni e vengono poi indicati come anatossine: sovente sono utilizzati nella costruzione di vaccini.

Tossine citolitiche – Agiscono sulle membrane cellulari di mammifero interagendo con le molecole che la costituiscono o modificandone la struttura (tossina S. Aureus; tossina δ α Clostridium Perfringes) o creando dei pori che ne variano il potenziale di membrana (emolisina di S. aureus; Pneumolisina di S. Pneumoniae).

Superantigeni – Proteine che aggirano i meccanismi di presentazione dell’antigene ai linfociti T, che solitamente sono presentati a partire dalle molecole del MHC-II che lega l’antigene: in questo caso i superantigeni si associano da un lato al MHC-II dall’altro ai linfociti T andando ad aumentare l’attivazione di questi ultimi (30% rispetto al normale 0,01%) che induce una liberazione enorme di citochine e chemochine determinando shock tossico o sintomi meno gravi come diarrea, vomito e ridotta funzionalità epatica e renale. In questa famiglia sono incluse le etero tossiche stafilococche e la tossina della sindrome da shock tossico di S. aureus.

Tossine A-B – Tossine composte da due unità strutturali: il dominio B (binding) è responsabile del legame al recettore sulla cellula bersaglio mentre il dominio A presenta attività enzimatica e altera l’attività interna della cellula.

• Tossina difterica (Corynebacterium diptheriae) – La tossina presenta un dominio recettoriale B responsabile dell’associazione al recettore che è rappresentato dal fattore epidermico che lega l’eparina (abbondante in miocardio e t. nervoso), un dominio di traslocazione T che ha il compito di consentire l’internalizzazione del dominio catalitico: questo aggiunge unità di ADP, preso dal NAD, al fattore di allungamento eucaristico EF2 (responsabile della traslocazione del peptidil-tRNA dal sito A al sito P del ribosoma) che pertanto induce il blocco della sintesi proteica. Sono necessarie poche tossine per indurre apoptosi cellulare (SD50 = 100 mg/kg) e induce infezioni locali e sistemiche quali miocardite, neurite e necrosi.
• Tossina colerica (Vibrio Cholerae) – Tossina formata da 5 subunità che compongono il dominio B ed una sola subunità che forma il dominio A. Il dominio B ha tropismo per i recettori gangliosidici GM1 (cell epiteliali intestino) e mediano l’ingresso del dominio A che si porta al Golgi dove viene idrolizzata e media l’aggiunta di ADP, dal NAD, alle subunità della proteina G che, pertanto risulta sempre attiva inducendo > [cAMP] con conseguente attivazione di PLA e alterazione dell’equilibrio elettrolitico della cellula.
• Tossina shiga (Shigella Dyssenteria) – Tossine codificate da batteriofagi, conservate nello spazio periplasmatico e secrete per lisi batterica la cui struttura è AB5: 5 frammenti formano il dominio B che si lega al globotriosilceramide sulla superficie delle cellule eucariotiche di intestino, rene ed endotelio mediando l’ingresso di A che è idrolizzato in due parti di cui la pt A1, con attività N-glicosidasica, taglia l’adenina dal ribosoma cellula inducendo l’arresto della sintesi proteica. Queste tossine inducono anche la secrezione di abbondanti citochine e chemochine. L’infezione causa diarrea che sfocia in colite emorragica che può portare a morte.
• Tossina carbonchiosa (Bacillus antrachis – zoonosi) – Tossina multi-fattoriale codificata dalla sequenza pXO1 del plasmide e formata da 3 elementi: (1) il Fattore edematogeno EF, (2) il Fattore letale LF che rappresentano il dominio A e (3) l’Agente protettivo PA, ovvero il dominio B che si lega, venendo idrolizzato in due parti, al recettore ATR (recettore per la tossina dell’antrace) e al CMG2 ubiquitario permettendo l’ingresso del dominio A. Il dominio A è formato da EF che è un adenilato ciclasi che induce l’aumento della [cAMP] con conseguente variazione elettrolitica mentre LF è una metalloproteasi responsabile del blocco della trasduzione del segnale e responsabile della morte di macrofagi e cellule dendritiche.
• Tossina tetanica (Clostridium Tetani) – Neurotossina (SD50 1mg/kg) che causa il tetano a seguito di germinazione delle spore del batterio in microlesioni. La tossina è prodotta come catena polipeptidica singola poi tagliata in un dominio B che lega gangliosidi e glicosfingolipidi abbondanti sulla superficie dei neuroni motori mediando l’ingresso del dominio A. Il dominio A presenta una catena leggera con attività peptidasica scinde le proteine coinvolte nel rilascio dei neurotrasmettitori inibitori causando una paralisi spastica (=contrattile).
• Tossina botulinica (Clostridium botulinum) – Neurotossina prodotta come unica poliproteina poi scissa in pt A e B: il dominio B/pesante lega recettori dell’acido sialico e induce la traslocazione del dominio A/leggero all’interno delle cellule che costituiscono la giunzione neuromuscolare dove presenta attività di peptidasi impedendo il rilascio di Ach dalla giunzione neuromuscolare e causando una paralisi flaccida.
• Tossina termolabile (LT) – Enterotossina simile a quella del Cholera con una subunità A e 5 subunità B che mediano l’adesione legandosi a gangliosidi sul NANA della parete cellulare e introducono A nell’ambiente intracellulare, il quale ha attività di ADP-ribosil-transferasica e mediante > [cAMP] inducono la liberazione di fluidi. È causa della diarrea del viaggiatore (2gg) ma stimola la produzione di anticorpi che per cross-reazione sono in grado di contrastare la presenza successiva di tossina colerica.
• Tossina termostabile (ST) – Peptide di 18aa che ha attività di guanil ciclasi e induce la secrezione di liquidi in ambiente extracellulare.

Le esotossine, così come la maggior parte delle tossine animali (es. veleno serpente) vengono contrastate mediante l’impiego di siero, ovvero di anticorpi di origine umana, che, temporaneamente, limitano la propagazione della tossina seppure non siano in grado di risolvere il danno precedentemente indotto.

Endotossine

Tossine prodotte da batteri GRAM dei quali ne rappresentano parte della superficie batterica stessa che vengono liberati nell’ospite al momento della lisi del batterio o nel corso della replicazione dello stesso: una volta liberate vengono riconosciute dai Toll-Like-Receptor (NdR. recettore di membrana per PAMP/DAMP) i quali, tuttavia, necessitano del co-recettore CD14 (presepsina) per il riconoscimento dell’endotossina.

L’interazione tra LPS e TLR induce la liberazione di citochine pro-infiammatorie tra le quali:

• IL-1 = Causa febbre in quanto influenza la termoregolazione: a seguito di meccanismi di adattamento/tolleranza la febbre si estingue in breve tempo ma questo, non necessariamente, consegue alla fine dell’infezione microbica.
• IL-6 = Induce la produzione di mediatori lipidici dell’infiammazione (es. leucotrieni e prostaglandine).
• TNF
• Vie del complemento = Causano vasodilatazione periferica, riduzione del ritorno venoso e conseguentemente bradicardia che viene compensata con vasocostrizione periferica che può comportare shock per mancata vascolarizzazione di organi periferici.

Sepsi

Malattia sistemica con coinvolgimento del SI in quanto questo si attiva rapidamente per poi essere inibito a causa della presenza di FDV specifici. Viene distinta dalla setticemia in quanto quest’ultima non dipende dall’attività del SI ma solo, ed esclusivamente, dalla presenza del microrganismo patogeno.

La sepsi è frequente in pazienti anziani e soggetti immunocompromessi e può comportare shock eso/endotossico (60% mortalità): questo fenomeno comporta il rilascio di abbondanti fattori pro-infiammatori da parte di macrofagi ed endotelio tra i quali si distinguono citochine e fattori della coagulazione che, a loro volta, sono causa di CID (coagulazione intravascolare disseminata).

La sepsi, anche indicata come MOF (Multi organ failure) non necessariamente comporta diagnosi di batteriemia. Si manifesta con stato febbrile, aumento della formula leucocitaria, alterazione della FC e, in fase tardiva, immunosoppressione (pertanto si pensa alla somministrazione di farmaci anti-immunodepressione).

Patologia da agenti fisici

Fattori di rischio che si trovano nel contesto ambientale: sono causa di danno quando un soggetto viene sovraesposto a questi o quando, per via del mancato smaltimento, questi fattori di rischio si accumulano nell’ambiente rendendo la risposta omeostatica dell’organismo inefficiente.

Ipobaropatie

Patologie che si manifestano quando l’organismo si trova ad elevate altitudini nelle quali la pressione atmosferica è ridotta inducendo una riduzione delle pressioni parziali dei gas alveolari: si manifestano solo quando le p. parziali scendono sotto a 67 mmHg causando una ridotta saturazione di Hb che, a sua volta, comporta una minore ossigenazione dei tessuti che viene indicata con il nome di ipossia ipossica la quale si manifesta con nausea, cefalea e stanchezza.

L’ipossia ipossica è prevenuta con la respirazione di O puro: questa forma di respirazione altera la composizione percentuale dei gas alveolari ma la riduzione della p. parziale dell’azoto non ha effetto sull’organismo.

Fisiopatologia

A p. parziali di O intorno a 50mmHg si attiva lo stato ipossico in quanto i centri chemocettori rilevano l’abbassamento della [O] nel compartimento ematico: questa rilevazione causa la stimolazione del centro nervoso respiratorio alla quale consegue l’aumento degli atti e della FR (iperventilazione) che, a sua volta, causa aumento dell’O e diminuzione della CO ematica.

L’equilibrio acido-base ne risulta alterato in quanto è ridotta la pCO e si alza il valore del pH: questa condizione è nota come alcalosi respiratoria e viene compensata per mezzo della ritenzione renale di HCO e con l’aumento nella produzione di eritropoietina, un fattore stimolante l’eritropoiesi (che causa > Hb) e l’aumento della FC.

Acclimatazione

Adattamento graduale alle condizioni ambientali: aumenta il letto capillare, il numero di mitocondri e di enzimi coinvolti nella respirazione cellulare e causa ipertrofia cardiaca (per la maggiore FC a cui il cuore è soggetto).

L’acclimatazione, tuttavia, causa una condizione di policitemia (aumento ematocrito), a causa della maggiore produzione di eritropoietina, che determina aumento della viscosità ematica.

Alcuni soggetti acclimatati, dopo diversi anni, possono sviluppare il mal di montagna cronico conseguente all’aumentata viscosità ematica: questo aumento causa aumento della pressione dell’arteria polmonare con conseguente ipertrofia del cuore destro, ridotta pressione arteriosa sistema che causa insufficienza cardiaca, ridotto apporto di O ai tessuti e morte.

Mal di montagna

Soggetti non acclimatati, che ascendono rapidamente e si espongono a ridotte pressioni barometriche, manifestano cefalea, nausea e vertigini a causa della scarsa ossigenazione. In questi soggetti si sviluppano alcune patologie:

• Edema cerebrale – A causa della dilatazione arteriolare periferica, compensazione dell’ipossia ipossica. Questo comporta, a sua volta, aumento della pressione intracapillare che, di conseguenza, comporta aumento del trasudato e, in ultimo, della pressione intracranica.
• Edema polmonare – Indotto dalla vasocostrizione delle arteriole polmonari.

Iperbaropatie

Il soggetto è esposto a pressioni barometriche maggiori rispetto a quella atmosferica come nel caso di un subacqueo il quale, oltre ad essere esposto alla normale pressione ambientale, è sottoposto alla pressione esercitata dalla colonna d’acqua che lo sovrasta (ogni 10 m di profondità la pressione aumenta di 1; a 10 m sarà 2atm).

L’aumento della pressione atmosferica determina, secondo la legge di Boyle (“a temperatura costante il volume di un gas è inversamente proporzionale alla pressione cui il gas è esposto”), la riduzione del volume occupato dai gas: questo causa la compressione degli organi contenenti aria, primi fra tutti i polmoni che deve essere contrastata per mezzo della somministrazione di aria a pressioni adeguate.

Fisiopatologia

L’aumento della pressione causa una maggiore solubilità dei gas (legge di Henry). Nell’immersione in apnea si osserva, dapprima, aumento della pO alveolare con maggiore passaggio di O ai tessuti al quale, segue, tuttavia, per mancanza di atti respiratori, l’accumulo di CO ematico (non vi è espirazione) che determina l’aumento della pCO che, in ultimo, squilibra le pressioni parziali.