Patologia generale - Appunti

Adattamento, danno e morte cellulare

Risposte a stress e stimoli dannosi

• Ipertrofia: aumento di volume da aumentata sintesi.
  • Fisiologica: aumentata richiesta funzionale → muscoli e cuore.
  • Patologica: stimoli ormonali non fisiologici. Meccanismi: fattori di crescita, stress meccanico, ormoni → overespressione di geni che regolano l'anabolismo (a volte si possono riesprimere anche geni embrionali).
  • L'ipertrofia può coinvolgere anche un singolo organello cellulare (RE degli epatociti nell'abuso di alcol). Nel miocardio è indotta dal sovraccarico emodinamico e porta all'espressione di miosina embrionale e produzione di ANF anche nei ventricoli. Quando l'aumento di massa non compensa l'aumento di carico → necrosi.
• Iperplasia: aumento di numero delle cellule di un tessuto (richiede una popolazione cellulare in grado di proliferare).
  • Fisiologica: ormonale (mucosa uterina nel ciclo mestruale), compensatoria (fegato).
  • Patologica: indotta da ormoni o fattori di crescita (prostata) o virus (verruche).
  • Meccanismi: il danno tissutale induce la produzione di fattori di crescita che stimolano le staminali a proliferare in modo più massivo. Nel fegato si assiste alla risposta precoce immediata (G0 → G1) seguita da quella ritardata (Bcl-2). I GF che entrano in questo sistema sono EGF, HGF, TGF, TNF e IL6. La rigenerazione impiega 3 settimane.
• Atrofia: riduzione di volume (nella fase iniziale) e numero delle cellule.
  • Fisiologica: tessuti che hanno esaurito la loro funzione (sviluppo embrionale).
  • Patologica: riduzione del carico di lavoro (muscoli scheletrici), denervazione, riduzione dell'apporto ematico (ischemia), malnutrizione (l'organismo utilizza il muscolo come nutrimento → cachessia), perdita dello stimolo endocrino, pressione (mediante induzione di ischemia), infiammazione (rilascio del TNF).
  • Meccanismi: ridotta sintesi ed aumentata degradazione. Rallentamento del metabolismo, aumento funzionale del sistema ubiquitina-proteasoma, aumento dell'autofagia (e quindi dei corpi residui e delle lipofuscine).
• Metaplasia: sostituzione di un tessuto differenziato con un altro. Spesso è una risposta adattativa.
  • Esempi: metaplasia da cilindrico a squamoso (deficit di acido retinoico), esofago di Barrett, miosite ossificante, ossificazione delle cartilagini.
  • Meccanismi: dipende da una riprogrammazione delle staminali operato da segnali biochimici (ad es. citochine). Può trasformarsi in neoplasia se lo stimolo continua.

Danno cellulare e morte

• Danno reversibile: alterazioni funzionali come la riduzione della fosforilazione ossidativa e il rigonfiamento cellulare da squilibrio elettrolitico.
• Morte cellulare: necrosi (se si lesionano le membrane lisosomiali), apoptosi (se il danno al DNA è irreparabile), autofagia.

Cause di danno cellulare

• Carenza di ossigeno: ipossia (conseguente all'ischemia). Induce atrofia.
• Agenti fisici e chimici: shock termici, meccanici o elettrici. Mutageni.
• Agenti infettivi
• Reazioni immunologiche: autoimmunità e/o conseguenze dell'infiammazione
• Alterazioni genetiche

Alterazioni morfologiche nel danno cellulare

• Danno reversibile: si manifesta essenzialmente con piccoli squilibri metabolici
  • Rigonfiamento cellulare: dovuto alla perdita di omeostasi ionica e osmotica. Si accompagna a turgore, alterazioni delle specializzazioni di membrana, rigonfiamento dei mitocondri e del RE, alterazioni strutturali della trama nucleare.
  • Steatosi: conseguenza del danno ipossico. Si manifesta con formazione di vacuoli lipidici.
• Necrosi: denaturazione delle proteine cellulari e aggressione enzimatica della cellula deceduta. È una morte disordinata. Si associa ad aumentata eosinofilia (denaturazione delle proteine) e alla comparsa di corpi lipidici detti figure mieliniche (membrane danneggiate). Le cellule necrotiche vengono rimosse dai fagociti ed innescano infiammazione.
  • Coagulativa: le cellule sono necrotiche, ma l'architettura tissutale è preservata (infarto).
  • Colliquativa: le cellule morte vengono digerite e si forma una massa liquida viscosa (pus).
  • Gangrenosa: necrosi coagulativa a più piani tissutali. Se batteri → necrosi colliquativa.
  • Caseosa: area bianca friabile. Cellule lisate + granuloma (tubercolosi).
  • Steatonecrosi: distruzione in seguito a rilascio di lipasi. Si formano aree biancastre di accumulo lipidico. Si notano adipociti necrotici con depositi basofili di calcio (pancreatite).
  • Fibrinoide: nelle reazioni immuni. Gli immunocomplessi si depositano nella parete dei vasi e comportano la fuoriuscita di fibrina. Il tutto causa infiammazione (vasculiti immuni).

Meccanismi di danno cellulare

• Deplezione di ATP: Deriva dall'impossibilità di ossidare per produrre energia. È causato da ischemia o da tossine. Le cellule a metabolismo glicolitico sopportano meglio.
  • Conseguenze: Perdita dell'equilibrio osmotico (le pompe di membrana non funzionano senza ATP).
  • Aumento dell'AMP e attivazione delle vie anaerobie (attraverso il sistema della fosfofruttochinasi) che abbassano il pH (acido lattico) inattivando molti enzimi.
  • Ingresso incontrollato di Ca⁺⁺.
  • Riduzione della sintesi proteica e mal ripiegamento delle proteine.
• Danno mitocondriale: l'ipossia, i ROS e l'aumento di Ca⁺⁺ sono capaci di forare la membrana esterna producendo il poro di transizione che riduce la funzionalità del mitocondrio (deplezione di ATP). Inoltre, la fuoriuscita di proteine come il citocromo C innesca l'apoptosi.
• Ione calcio: la perdita dell'equilibrio osmotico causa un ingresso alterato di Ca⁺⁺ che induce la formazione del poro di transizione, attiva enzimi litici ed avvia le caspasi (iniziatori dell'apoptosi).
• Specie reattive dell'ossigeno (ROS): ioni o molecole altamente reattive (elettrone spaiato).
  • Generazione di radicali: respirazione (O₂ → SOD → H₂O₂ → glutatione perossidasi → H₂O), radiazioni (O₂^- e OH^-), NADPH ossidasi dei fagociti (H₂O₂ → OH^- + produzione di ONOO^-), metabolismo enzimatico, metalli di transizione (H₂O₂ + O₂^- → Fe⁺⁺ → OH^- + OH^- + O₂).
  • Rimozione di radicali: antiossidanti (scavenger, vitamine E ed A), controllo metabolico di Fe e Cu, enzimi (catalasi converte H₂O₂, superossido dismutasi converte O₂^-, glutatione perossidasi).
  • Effetti patologici: perossidazione lipidica (attacco a livello dei doppi legami → rottura → reazione a catena che si arresta solo quando due radicali lipidici reagiscono tra loro o quando interviene un antiossidante → danni di membrana), formazione di legami crociati proteina-proteina, rottura del filamento di DNA per dimerizzazione timine. Malattia da ROS: protoporfiria eritropietica (emoglobina che forma ROS se esposta a UV).
• Difetti della permeabilità di membrana: è causata delle ROS, dall'inibizione della sintesi dei fosfolipidi, da una loro aumentata distruzione (il calcio attiva le fosfolipasi) o da alterazioni citoscheletriche. Le conseguenze sono il danno mitocondriale, la perdita di equilibrio osmotico e la rottura delle membrane lisosomiali con conseguente necrosi (azione delle idrolasi).

Correlazioni clinico patologiche

• Danno ischemico: toglie al tessuto sia l'ossigeno, sia i substrati per le vie anaerobie. Deplezione di ATP → perdita equilibrio osmotico → ingresso Ca⁺⁺ → dispersione del citoscheletro → rigonfiamento del RE → rigonfiamento mitocondriale (punto di non ritorno) → necrosi → calcificazione.
• Danno ischemia-riperfusione: aumento della produzione di ROS (xantina ossidasi), facilitazione all'afflusso di cellule infiammatorie (danno infiammatorio), danno da complemento (le IgM si depositano nelle zone ischemiche).

Apoptosi

• Cause: fisiologiche (sviluppo embrionale, atrofia di tessuti per carenza ormonale, selezione dei linfociti) e patologiche (danno al DNA, accumulo di proteine mal ripiegate, virus).
• Cambiamenti morfologici e biochimici: riduzione del volume cellulare, cromatina condensata, corpi apoptotici, fagocitosi senza infiammazione. Si attivano le caspasi (c = cistein proteasi, aspasi = taglio dell'acido aspartico). Il DNA si riduce in frammenti di 200 bp. Alcuni lipidi che richiamano i fagociti vengono flippati sullo strato esterno della membrana (es: fosfatidilserina – integrina α_vβ₃).
• Meccanismi:
  • Via intrinseca e via del danno (mitocondriale): mancanza di GF o sensori di danno → BAX e BAD si attivano e formano il poro di transizione, mentre si inattivano le BCL (antiapoptotici) → citocromo c nel citoplasma → forma con Apaf-1 l'apoptosoma → caspasi 9.
  • Via estrinseca (recettori TNF): interazione Fas-FasL → trimerizzazione di Fas → legame di FADD → reclutamento di molte procaspasi 8 → clivaggio reciproco → caspasi 8 attiva.
  • Fase effettrice: le caspasi 8 e 9 attivano le caspasi effettrici (3 e 6) che a loro volta attivano le DNAsi ed altri enzimi litici. La cellula si disgrega in apoptosomi ed attira i fagociti.
• Difetti dell'apoptosi: una eccessiva apoptosi porta a malattie neurodegenerative e danno ischemico. Una sua riduzione induce neoplasie e malattie autoimmuni.
• Casi specifici: l'apoptosi Fas mediata induce la morte dei T autoreattivi durante la maturazione. TNF induce la morte via TRADD → FADD → caspasi 8, ma utilizzando la via TRAD → TRAF2 → chinasi da stress JNK → c-JUN è capace di indurre proliferazione.

Accumuli intracellulari

• Lipidi: può essere dovuto all'accumulo di trigliceridi o esteri del colesterolo.
  • Steatosi (trigliceridi): normalmente gli acidi grassi vengono esterificati a trigliceridi nel fegato e rilasciati nel sangue con apolipoproteine. L'accumulo di questi lipidi è dovuto ad un aumentato apporto (obesità), ad un ridotto smaltimento (anossia) o entrambi (alcol), digiuno (mobilitazione depositi grassi in periferia), kwashiorkor (stop sintesi lipoproteine). Può evolvere in cirrosi. Si osservano gocciole lipidiche negli epatociti (micro/macrosteatosi). Nel cuore infartuato l'ipossia porta all'accumulo di acidi grassi che non possono essere ossidati (cortigratum).
  • Colesterolo ed esteri del colesterolo: può accumularsi nell'intima dei vasi (aterosclerosi), nel sottocutaneo e nei tendini (xantomi), nella parete della colecisti (colesterolosi).
• Proteine: nelle cellule dei tubuli renali (proteinuria), immunoglobuline nelle plasmacellule (corpi di Russell), nel RE se il sistema di trasporto è fallace (deficit di α₁-antitripsina), nel citoplasma (specie per le proteine citoscheletriche). A volte l'accumulo è dovuto al mal ripiegamento delle proteine (es: amiloidosi) → caspasi 12 → apoptosi.
• Glicogeno: dovuto a squilibri del metabolismo glicidico (es: diabete mellito).
• Gangliosidosi: deficit beta-galattosidasi.
• Mucopolisaccaridosi
• Malattia di Gaucher: carenza di glucocerebrosidasi → accumulo cerebrosidi nei macrofagi → accumulo macrofagi nel fegato e nella milza.
• Deficit alfa₁-antitripsina: attivazione elastasi polmonare → enfisema.
• Pigmenti: Esogeni come nel caso dell'antracosi polmonare (carbone). Endogeni come la lipofuscina nei macrofagi, la melanina nei melanociti, l'emosiderina (un aggregato di ferritina che si forma in seguito a squilibri del metabolismo del ferro e viene fagocitata dai macrofagi dei centri metabolici primari come il fegato).
• Amiloidosi: accumulo intercellulare di amiloide. AL: Immunoglobuline. AA: proteina sierica del fegato. TTR: proteina che trasporta tiroxina e retinolo. Aβ: β microglobulina (Alzheimer).

Calcificazione patologica

• Distrofica: nelle aree di necrosi (caseosa e coagulativa). Macroscopicamente si osservano granuli bianchi. All'H-E il calcio è basofilo e amorfo e si trova sotto forma di strutture lamellari (corpi psammomatosi). Nelle cellule necrotiche il calcio si lega alla membrana dove le fosfatasi isolano i fosfati dai lipidi e li legano al calcio. Il fosfato di calcio si aggrega. Le prime cellule necrotiche ricche di questo minerale fanno da centri di nucleazione.
• Metastatica: nei tessuti normali. È dovuta ad ipercalcemia. Questa può essere causata da aumento del PTH, distruzione ossea, difetti della vitamina D, insufficienza renale.

Invecchiamento cellulare

• Riduzione della duplicazione cellulare: la capacità replicativa è limitata dall'accorciamento dei telomeri. Dopo il loro consumo inizia la senescenza cellulare, che comporta mutazioni geniche e blocco del ciclo cellulare. Questo non avviene nelle cellule germinali e neoplastiche (telomerasi).
• Accumulo del danno metabolico e genetico: il danno da ROS si accumula progressivamente e danneggia in misura maggiore col passare del tempo. L'accumulo di danno genetico è dovuto al fatto che la probabilità di mutazione aumenta con l'invecchiare dell'organismo e quindi dei suoi sistemi di controllo e riparazione del DNA.

Infiammazione acuta

Inizio dell'infiammazione

Pattern recognition receptor → dissociazione IKK dal suo inibitore (NEMO) → dissociazione IkB da NFkB → NFkB si trasferisce nel nucleo e trascrive per geni infiammatori (IL1 e NALP3). Esistono diversi PRR:

• Solubili: proteine di fase acuta prodotte dal fegato (PCR, MBL), C3 del complemento, lectina legante mannosio, pentrassine (riconoscono necrosi e apoptosi).
• Di membrana: FPR (recettori di peptidi formilati → formil metionina – leucina – fenilalanina, ma anche prodotti endogeni dannosi come l'amiloide), lectinici, scavenger (microbi e lipoproteine alterate), Toll-like receptor (dominio citoplasmatico IL1 simile. TLR1+2: lipoproteine, TLR2+6: tripanosoma e gram+. TLR3: virus. TLR5: batteri. TLR9: isole CpG non metilate batteriche).
• Citoplasmatici: NOD2 (riconosce l'acido N-acetilmuramico tipico delle pareti cellulari batteriche).

Risposta dei vasi sanguigni

• Nei capillari normali la pressione equilibra la spinta osmotica proveniente dai tessuti. Quando la pressione aumenta, c'è fuoriuscita di solo liquido dal vaso (edema) che prende il nome di trasudato. Invece nell'infiammazione le alterazioni dei vasi permettono la fuoriuscita di liquidi e proteine (essudato).
• Alterazioni del flusso e del calibro: vasodilatazione (calor + rubor. Aumento del flusso ematico a causa di istamina e NO), aumento della permeabilità vascolare, rallentamento del flusso (congestione vascolare), attivazione dell'endotelio (le citochine infiammatorie inducono ritrazione dell'endotelio e apertura delle maglie tra le cellule).
• Aumento della permeabilità: contrazione delle cellule endoteliali (da istamina e leucotrieni. Risposta immediata transitoria o fuoriuscita ritardata), danno endoteliale, transcitosi (organo vescicolo-vacuolare), angiogenesi (i nuovi vasi sono molto permeabili).

Risposta dei leucociti

• Reclutamento nei siti di lesione:
  • Adesione all'endotelio: i leucociti sono alla periferia dei vasi (marginazione). Iniziano ad interagire con l'endotelio attraverso le selectine (L, P, E). Le interazioni tra le selectine e i saccaridi è debole, quindi il leucocita non si ferma, ma rotola e rallenta. A questo punto comincia l'interazione forte delle integrine (LFA1 su tutti i leucociti, VLA4 sui linfociti, MAC1 sui macrofagi. I ligandi sono le CAM endoteliali). Il leucocita si arresta ed inizia la diapedesi. L'espressione delle selectine, delle integrine e delle CAM sia sull'endotelio, sia sui leucociti è mediata da TNF, IL-1, PAF e istamina.
  • Diapedesi: avviene nelle venule postcapillari. I leucociti passano nelle giunzioni tra due cellule (grazie ad una serie di molecole di adesione), perforano la membrana basale (collagenasi), e si ancorano al tessuto mediante CD44.