patologia e fisiopatologia generale

Patologia e fisiopatologia generale

Patologia generale

Il termine patologia viene dal greco:

La patologia si può suddividere in:

• Eziologia (la parte che studia le cause)
• Patogenesi (la parte che studia i meccanismi)
• Modificazioni morfologiche → Istopatologia: alla base di tutta la diagnostica morfologica
• Alterazioni funzionali → Fisiopatologia
• Significato clinico

Concetto di normalità in medicina

In ogni analisi clinica o chimico-clinica è necessario avere dei parametri (RANGE) di riferimento (maschio caucasico 20-25 anni). Nella moderna medicina di genere (es: sintomi diversi per l’infarto), oltre agli estremi dovuti all’età, sono indicate altre categorie di normalità:

• Maschio
• Femmina prepubere
• Femmina fertile
• Femmina in gravidanza
• Femmina in allattamento
• Femmina in menopausa
• Provenienza etnica

Le cause delle malattie

Possano essere:

• Intrinseche
• Estrinseche: per esempio un incidente meccanico (esterno)

A seconda che la causa della malattia appartenga all’organismo o dipenda dall’ambiente esterno.

Epigenetica

Influenza di fattori esterni al genoma che determina, però, l’espressione del genoma (es: metilazione ed acetilazione che sono strettamente correlate all’ambiente). → Modulazione dei geni da effetti ambientali. Ci sono alcune patologie in cui il peso delle cause esterne è ridotto rispetto al peso delle cause intrinseche; ma la stragrande maggioranza delle malattie si trova nel mezzo tra cause intrinseche ed estrinseche (es: diabete, tumori, malattie cardiovascolari) → capire quali geni concorrono di più per questa predisposizione.

Danno e morte cellulare

Quando si va a perturbare l’omeostasi (equilibrio) che permette il suo funzionamento. Un agente patogeno per l’organismo intero, direttamente o indirettamente, finisce per danneggiare almeno alcune delle sue cellule. Gli influssi avversi capaci di alterare le normali funzioni cellulari fino alla uccisione della cellula stessa possono essere raggruppati nelle stesse categorie degli agenti patogeni per l’intero organismo.

Necrosi: il tessuto attiva una risposta infiammatoria → effetto positivo perché poi viene rimosso.

Apoptosi: meccanismo che coinvolge le singole cellule e si possono identificare corpienzimi specifici (gaspasi attive). La cellula tende a raggrinzirsi e a formare iapoptotici (che possono essere fagocitati) → la cellula si frammenta.

B. Alterazione, sono scomparsi i nuclei che si sono frammentati = CARIOLISI, aspetto tipico della necrosi.

C. Si perde la configurazione regolare della cellula. Degenerazione vacuolare, rene. → è segno di danno (potrebbe ancora essere reversibile) = modificazione negli scambi di H₂O che determina una aumentata quantità interna di H₂O. Le membrane cellulari e i nuclei sono ben conservati. Ciò indica che questa è una alterazione reversibile. Da Urbana Atlas of Pathology.

Danno cellulare

La risposta cellulare dipende dal tipo di danno, dalla sua durata e dalla sua gravità (stress acuto e stress cronico). Le conseguenze dipendono dal tipo, dallo stato e dall’adattabilità della cellula danneggiata. Sistemi intracellulari vulnerabili. Il danno in una sede porta a un ampio spettro di effetti collaterali. Le modificazioni morfologiche diventano evidenti solo dopo che sono stati danneggiati alcuni sistemi biochimici critici all’interno della cellula. Un agente fisico per portare danno (o beneficio) ad una struttura biologica deve cedere energia ad essa o riceverne. Gli agenti fisici che potenzialmente interferiscono con le strutture biologiche sono:

• Traumi meccanici
• Basse temperature
• Alte temperature
• Repentini cambiamenti di pressione atmosferica
• Radiazioni ionizzanti
• Radiazioni eccitanti
• Corrente elettrica
• Campi magnetici
• Microonde e onde radar

Basse temperature

La moltitudine di reazioni chimiche del nostro organismo risponde ad un abbassamento di temperatura con un rallentamento. Le conseguenze sono diverse a livello:

• Cellulare
• Tissutale
• Di organismo

A livello cellulare:

• Le cellule singole sopportano abbastanza bene l’abbassamento della temperatura purché al di sopra del punto di congelamento.
• Si rallenta il metabolismo e non si innescano meccanismi distruttivi.
• Al ripristino della temperatura questa si innalza contemporaneamente in tutto il corpo cellulare per le sue ridotte dimensioni. La cellula riprende quindi bene le sue funzioni.
• Quando la temperatura si abbassa al di sotto del punto di fusione dell’acqua, si ha la cristallizzazione del liquido intra-cellulare con rottura delle membrane cellulari e morte della cellula.
• La formazione di cristalli si può evitare con congelamenti programmati in presenza di agenti anti-cristalli come il glicerolo ed il dimetilsolfossido.
• Le cellule possono venire quindi conservate a -190°C e scongelate in seguito. Una elevata percentuale di cellule subisce in questo modo solo danni riparabili e sopravvive.

A livello tissutale:

• Le maggiori dimensioni dei tessuti rispetto alle cellule fanno sì che le modificazioni di temperatura non possano avvenire contemporaneamente in tutte le cellule. L’integrità tissutale è più difficilmente mantenuta.
• I tessuti possono essere preservati, e solo a temperature superiori al punto di fusione dell’acqua, se le variazioni di temperatura avvengono per perfusione di liquidi attraverso i vasi.
• Con il processo tecnologico aumentano le dimensioni del tessuto congelabili e scongelabili con successo. Es: pelle acellulare, importante per trapianti nelle lesioni cutanee estese in cui essa funziona da substrato per le cellule rigeneranti dell’ospite, accelerando la guarigione.

A livello di organismo:

• L’abbassamento di temperatura induce inizialmente vasocostrizione, riducendo l’apporto ematico ai tessuti.
• Un ulteriore raffreddamento danneggia il controllo della vasomotilità provocando una marcata vasodilatazione.
• Ne consegue stagnazione del flusso sanguigno che favorisce la formazione di occlusioni intra-vascolari.
• Una temperatura cerebrale al di sotto di 33°C porta al blocco della funzione cardio-respiratoria.

Ipotermia iatrogena

Poiché il blocco della funzione cardio-respiratoria dovuto all’abbassamento della temperatura non provoca di per sé danni strutturali, se la funzione viene sostenuta artificialmente il paziente sopravvive. Si sfrutta questa situazione per determinate operazioni chirurgiche: a basse temperature il consumo di ossigeno diminuisce e si sopporta meglio l’ipossia. Il freddo rallenta anche le reazioni infiammatorie: l’applicazione di freddo può ridurre lo sviluppo di una infiammazione auto-alimentantesi (come in molti infortuni osteo-articolari) riducendo quindi anche il danno da flogosi ed il dolore che vi si accompagna.

Alte temperature

Le temperature elevate subite non sono mai un evento favorevole a differenza della febbre che ha degli effetti favorevoli, portando l’organismo a condizioni sfavorevoli per lo sviluppo di virus e batteri. Temperature molto elevate possono provocare l’incenerimento del tessuto. L’eccessivo calore anche se non sufficiente ad incenerire, può provocare la denaturazione selettiva delle proteine cellulari. Temperature più basse delle precedenti, non sufficienti a denaturare significativamente le proteine, ma superiori alla temperatura fisiologica (incluse le temperature febbrili) inducono una accelerazione delle reazioni metaboliche con possibile superamento delle capacità di un sufficiente apporto nutritivo da parte del flusso ematico: iper-metabolismo (porta all’accumulo di metaboliti acidi con conseguente abbassamento del pH intra-cellulare a valori critici per la sopravvivenza della cellula).

Repentini cambiamenti della pressione atmosferica

Vi sono due tipi di variazione di pressione atmosferica potenzialmente dannosi:

• Abbassamento brusco della pressione (es: depressurizzazione di un aereo ad alta quota)
• Innalzamento prolungato seguito da ritorno brusco alla pressione normale (es: improvviso ritorno in superficie dopo una immersione subacquea)

In entrambi i casi il danno è dovuto alla rapida gassificazione dell’azoto disciolto, in particolare nei lipidi. L’azoto, essendo poco miscibile con il solvente biologico (acqua), provoca la formazione di bolle con potenziale distruttivo sulle strutture e possibile formazione di emboli gassosi con blocco della circolazione. L’unico rimedio possibile è sottoporre al più presto il paziente ad una pressione superiore, che provochi il risciogliersi dell’azoto nei nostri tessuti, seguita da lenta decompressione necessaria per eliminare tramite i polmoni il poco azoto che il plasma riesce a portare sino agli scambi gassosi. Es: i palombari o minatori, quando lavorano in profondità notevoli hanno, a causa dell’aumentata pressione, più elevate quantità di gas atmosferici disciolti nel sangue. Se essi riportano troppo rapidamente alla normale pressione di superficie, i gas disciolti nel sangue, tornando allo stato gassoso, provocano la formazione di bolle di aria nella circolazione ematica. L’ossigeno si ridissolve prontamente, ma l’azoto, data la sua minore solubilità, può persistere sotto forma di piccole bolle che intrappolate nei vasi di piccolo calibro, bloccano il normale flusso ematico (malattia dei cassoni).

Radiazioni ionizzanti

Le radiazioni ionizzanti sono quelle con energia sufficiente a strappare un elettrone dal nucleo. Una esposizione non drammatica alle radiazioni ionizzanti può comunque avere effetti dannosi sull’organismo per la diretta ionizzazione con eventuale rottura dei legami molecolari sia dei composti chimici sia dell’acqua intra-cellulare. Le radiazioni ionizzanti provocano la formazione di radicali liberi altamente reattivi in grado successivamente di interagire con vari costituenti cellulari. Le radiazioni ionizzanti sono causa di mutazioni genetiche che possono danneggiare o uccidere la cellula.

Radiazioni eccitanti

Qualunque radiazione che abbia una λ (lunghezza d’onda) sufficientemente piccola da interagire con l’atomo, è in grado di cedergli energia. Se l’energia ceduta non è sufficiente a strappare un elettrone dal nucleo, lo sposta verso uno stato quantico di energia più elevato: radiazioni eccitanti. L’elettrone tende quindi a ritornare allo stato quantico fondamentale liberando energia che può diventare energia di legame molecolare. La molecola eccitata tende perciò a formare legami con molecole vicine molto più facilmente. Es: due molecole di timina nel DNA formeranno dei dimeri covalenti, introducendo una mutazione.

Radiazioni eccitanti:

• Sono in grado di dare modificazioni chimiche tramite cessione di energia
• Le lesioni più gravi sono quelle dovute a modificazioni del DNA a seguito di radiazioni UV assorbite (gli acidi nucleici hanno un picco di assorbimento a λ = 260 nm)

Raggi ultravioletti (UV)

Nella radiazione solare c’è una quota di raggi ultravioletti (UV) che hanno una lunghezza d’onda corrispondente al picco di assorbimento del DNA (260 nm). Cioè il DNA assorbe molto effettivamente le radiazioni di 260 nm di lunghezza d’onda, ricevendone quindi l’energia. La quantità di raggi UV che raggiunge il suolo dipende dallo spessore dell’atmosfera ed dall’angolo di incidenza, cioè dallo spessore del filtro di aria che la radiazione deve attraversare.

Le radiazioni UV sono perciò massime:

• In alta quota
• Nelle ore intorno a mezzogiorno

Nelle zone interessate dal «buco dell’ozono» il filtro dell’atmosfera è fortemente indebolito. L’ozono è uno stato allotropico dell’ossigeno, O₃ invece di O₂, assorbe particolarmente bene i raggi UV. Al momento zone di assottigliamento dello strato di ozono sono presenti nelle aree polari in particolare a sud. L’effetto della residua radiazione UV sull’uomo dipende poi dall’ultimo filtro: la melanina.

Radiazioni UV e tumori

Le alterazioni chimiche del DNA conducono a mutazioni. Le conseguenze più gravi delle mutazioni sono:

• La morte cellulare
• La trasformazione neoplastica (tumori benigni e/o maligni)

La frequenza di tumori cutanei è correlata all’esposizione ai raggi UV. I tumori cutanei sono molto più frequenti con pelli chiare (con minor protezione melaninica). La mutazione più frequente indotta dai raggi UV è la dimerizzazione della timina. Esiste tuttavia un enzima che, rimuovendo i dimeri di timina, ci consente di vivere alla luce del sole. Bambini che geneticamente ne sono carenti (xeroderma pigmentosum) devono vivere di notte per evitare l’insorgere di multiple neoplasie maligne della cute con morte precoce.

Utilizzo delle radiazioni UV

Il potente effetto mutageno delle radiazioni solari ha costituito una delle condizioni fondamentali per la formazione della vita sulla terra, consentendo l’introduzione di varianti genetiche e la speciazione. L’effetto di danneggiamento irreversibile degli acidi nucleici prodotto da elevate dosi di raggi UV (e in certi casi radiazioni ionizzanti) viene utilizzato per la sterilizzazione laddove l’utilizzo di aggressivi chimici sia improprio.

Cappe sterili in laboratorio, sale chirurgiche, presidi chimici e strumentazioni (si ricorda che sterilizzare non significa eliminare i residui di virus e batteri morti che possono anche da morti essere altamente tossici (es: endotossine)). Nei locali dove sono accese lampade UV l’accesso è vietato. La prima conseguenza di una esposizione accidentale riguarda la congiuntiva che rappresenta la parte più delicata del nostro rivestimento esterno. Quando noi osserviamo da un vetro di una porta un locale irradiato con UV notiamo una luce azzurrina. Questa luce non è fatta da raggi UV ma da una frangia di radiazioni visibili che formano l’estremità dello spettro di emissione delle lampade UV. La massima parte delle radiazioni viene emessa nell’ultravioletto ed è invisibile ed è probabilmente 1000 volte maggiore di ciò che vediamo. Osservare una lampada UV attraverso un vetro è sicuro in quanto il vetro è impermeabile ai raggi UV.

I raggi UV sono utilizzabili anche a scopo estetico nelle lampade abbronzanti: le lunghezze d’onda più dannose (UV-C e UV-B) sono schermate, mentre si utilizzano quelle meno dannose (UV-A, a lunghezza d’onda maggiore, pochissimo assorbite dal DNA). Nonostante la loro scarsa pericolosità, un eccesso di trattamenti prolungati negli anni comporta un accertato aumento dell’incidenza di tumori cutanei, per superamento della capacità di riparo del DNA.

Raggi infrarossi

I raggi infrarossi hanno una lunghezza d’onda relativamente lunga, tale da non essere più apprezzabile dall’occhio umano (come per i raggi UV il chiarore rossastro di una lampada ad infrarossi è dovuto alla frangia estrema dell’emissione delle lampade, mentre la maggior parte della radiazione è a noi invisibile). A causa della lunghezza d’onda relativamente lunga queste radiazioni cedono energia non ai singoli atomi, ma alle molecole che la ricevono sotto forma di energia cinetica (calore).

Microonde

Le microonde prodotte da forni, radar, apparecchi per diatermia, sono onde elettromagnetiche relativamente lunghe che penetrano nei tessuti senza provocare ionizzazioni. L’energia di attivazione dell’irraggiamento con microonde è troppo bassa per spezzare legami chimici od alterare la struttura del DNA. Le microonde cedono alle molecole energia sotto forma di energia cinetica (calore) ma avendo lunghezza d’onda piuttosto lunga hanno anche un grande potere di penetrazione (cioè cedono la loro energia poco per volta man mano che attraversano un mezzo). Per questo si dice che un forno a microonde cuoce dall’interno.

Onde radio

In condizioni ordinarie il nostro organismo è trasparente alle onde radio, quindi non si ha cessione di energia dalla radiazione alla sostanza vivente, cosa che le rende inoffensive.

Energia elettrica

L’energia elettrica è presente nel nostro organismo a tutti i livelli, basta pensare alle membrane cellulari, alla conduzione neuro-muscolare, all’attività elettrica di cuore e cervello. Campi elettrici applicati dall’esterno provocano danni all’organismo:

• Producendo calore durante il passaggio della corrente attraverso il corpo umano (ustioni)
• Interferendo con le vie di conduzione neuro-muscolari, così da causare morte per sopraggiunta aritmia cardiaca

L’intensità del danno indotto dalla corrente elettrica dipende:

• Dal suo voltaggio e amperaggio
• Dalla resistenza dei tessuti che essa attraversa (donde se ne ricava la quantità di calore generato)
• Dalla via seguita dalla corrente dal punto d’entrata a quello d’uscita

Campi magnetici

Ogni campo magnetico in movimento genera un campo magnetico ortogonale ad esso. I campi magnetici come causa di malattia sono ancora sotto esame. Ciò che appare dalle più recenti osservazioni è che campi magnetici relativamente forti possono essere dannosi solo per una ristretta percentuale della popolazione.