Patologia generale - Appunti

Patologia generale CTF, II anno

Floriana Cremasco

Patologia

Pathos logos: discorso sulla malattia. Il fondatore della patologia fu Rudolf Virchow. Egli si rese conto che lo studio della patologia deve partire dalle cellule poiché in una manifestazione patologica sono queste che tendono a modificarsi. La patologia è la scienza che studia l’origine e i concetti che stanno alla base di una determinata patologia.

Malattia

Condizione patologica nella quale si ha una alterazione fisiologica o psicologica dell’organismo dovuta al venir meno della normale condizione di omeostasi, normalmente mantenuta dai vari sistemi di controllo del nostro organismo. Una malattia si presenta nel soggetto con determinati sintomi ed è dovuta a determinati agenti eziologici che possono essere endogeni ma anche esogeni. È l’eziologia che si occupa di scoprire e studiare le cause di una determinata malattia.

Patogenesi

Meccanismi d’azione con cui agiscono le cause della malattia. Alcuni agenti eziologici possono dare lo stesso sintomo anche se sono agenti diversi fra loro. Si possono avere alterazioni di proteine, di canali di membrana oppure di recettori. Si può notare che per quanto riguarda le epatiti e i carcinomi epatici possono dare dei sintomi uguali ma gli agenti eziologici sono diversi fra loro.

Fattori eziologici

I vari fattori eziologici che portano a malattia possono essere divisi in:

• Intrinseci: genetici, immunologici, neoplastici, nutrizionali, endocrini
• Estrinseci: agenti fisici (scottature, bruciature, congelamenti), agenti chimici, anossia (ipossia), agenti infettivi dovuti a patogeni.

Anossia e ipossia consistono in una mancanza di areazione dovuta a carenza di ossigeno nell’aria respirata oppure a soffocamento meccanico, oppure dovuto a carenza cardio-respiratoria. Per brevi periodi di tempo le cellule possono sopravvivere anche in carenza di ossigeno poiché si ha la glicolisi anaerobia che fornisce l’energia necessaria per far avvenire le reazioni cellulari necessarie. Ipossia è diversa da ischemia: la ischemia consiste in una mancanza di sangue ossigenato (perciò arterioso) in un determinato distretto corporeo, oppure si ha un deflusso venoso ostacolato. Tale tipo di patologia oltre a comportare la mancanza di ossigeno, limita la presenza di glucosio e altri metaboliti necessari alla cellula per compiere la glicolisi anaerobia o altre funzioni cellulari. Il tessuto ischemico va perciò incontro a morte più velocemente di un tessuto anossico. Nel tessuto anossico infatti può avvenire la glicolisi necessaria a mantenere per breve tempo le funzioni cellulari. L’ischemia è perciò un fattore di danno molto più grave rispetto all’anossia. L’ossigeno può portare a diversi tipi di danni cellulari: si può avere la carenza di ossigeno che comporta anossia oppure se danno più grave si ha la ischemia e poi altro danno che può essere provocato dall’ossigeno è quello dei radicali liberi (ROS).

Danno cellulare

Il danno cellulare può essere:

• Irreversibile: la cellula viene condotta alla morte poiché c’è stato un danno troppo violento che non è stato tenuto sotto controllo dai sistemi di regolazione e controllo cellulare.
• Reversibile: le cellule per un periodo di tempo variabile può modificare la propria forma e funzionalità, ma una volta che la stimolazione lesiva viene meno questa riesce a ritornare allo stato non patologico. Se la stimolazione nociva permane nel tempo la cellula può adattarsi a tale stimolazione ed eventualmente tornare poi allo stato iniziale oppure andare verso la morte cellulare.

Il danno cellulare reversibile comporta un rigonfiamento idropico: si osserva un gonfiore generalizzato, ammassamento della cromatina, formazione di bolle, rigonfiamento mitocondriale e dispersione dei ribosomi. La cellula che è andata incontro ad un danno cellulare reversibile può dare origine a delle risposte adattive che sono delle risposte in cui si può avere:

• Atrofia cellulare: la cellula va incontro ad autofagia diminuendo così le dimensioni cellulari.
• Involuzione: riduzione del numero di cellule di un tessuto, può essere dovuta a disuso, denervazione del tessuto (paralisi), mancanza di nutrimento, mancanza di stimolazione endocrina, mancanza di apporto ematico (perciò di ossigeno e nutrienti), invecchiamento.

Una risposta opposta a quella di atrofia è la ipertrofia ovvero un aumento delle dimensioni cellulari; mentre l’opposto di involuzione è iperplasia: aumento del numero di cellule in un tessuto la cui causa può essere un lavoro che sollecita continuamente le cellule oppure uno stimolo ormonale, nervoso continuo. In alcuni casi si può verificare uno stato di displasia che è un danno precanceroso dovuto ad alterazioni genetiche in cui il tessuto appare disorganizzato e non uniforme. Lo stato di displasia è uno stato reversibile (il tessuto può perciò ancora tornare alle condizioni normali) e si verifica soprattutto nei tessuti che sono cresciuti ampiamente. Le cellule sono modificate per grandezza e morfologia e si ha un ipercromatismo nucleare e disorganizzazione del tessuto. Oltre agli stati di ipertrofia/plasia oppure di riduzione della funzione cellulare o di displasia si può avere anche una risposta adattativa che comporti la metaplasia: si ha la sostituzione di un tipo cellulare con uno meno differenziato ed è una trasformazione reversibile. Tale tipo di adattamento può essere considerato come precursore per la neoplasia tumorale.

Altro tipo di adattamento consiste nelle malattie da accumulo che può essere sia intracellulare che extracellulare.

• Intracellulare: steatosi, emosiderosi, emocromatosi, silicosi; si può avere l’accumulo di materiale organico (carboidrati, lipidi e proteine) a causa di una loro eccessiva assunzione, produzione da parte dell’organismo o per un loro metabolismo alterato. La steatosi è una patologia dovuta all’accumulo di materiale lipidico a causa di una eccessiva introduzione tramite la dieta di acidi grassi oppure a causa di un metabolismo errato dei trigliceridi (a livello degli epatociti) perché si ha per esempio un venire meno della beta ossidazione che normalmente è deputata alla loro degradazione.

Gli epatociti sono di fondamentale importanza per la regolazione della concentrazione dei trigliceridi. Gli acidi grassi introdotti tramite la dieta vengono mandati agli epatociti dove si accumulano e vengono degradati tramite la beta ossidazione e lì si ha anche normalmente la loro secrezione come apoproteine VLDL. La steatosi può essere causata da diversi agenti eziologici: abuso di alcol; infatti il metabolismo dell’etanolo contenuto nell’alcol fa sì che si abbia un eccesso di precursori dei trigliceridi (acetil CoA) che perciò si accumulano anche a causa della diminuzione della beta ossidazione degli acidi grassi. Carenze proteiche possono portare alla minor sintesi di apoproteine e perciò una minor espulsione di trigliceridi nel sangue, anche agenti tossici quali le aflatossine possono condurre ad uno stato di steatosi. Il materiale inorganico (carbone, ferro, amianto, silice) si accumula a causa di una eccessiva esposizione a quel prodotto.

Necrosi

È un processo normalmente accompagnato da infiammazione poiché una cellula rilascia i propri contenuti nello spazio extracellulare e questi vengono man mano degradati. Lo stato di necrosi si può venire a sviluppare sia partendo da un danno reversibile che da un danno non reversibile. Motivi di necrosi:

• Se una cellula subisce un danno energetico dovuto per esempio ad ipossia che comporta un minore apporto di ossigeno alla cellula e perciò il venir meno della fosforilazione ossidativa, si ha una diminuzione della concentrazione di ATP intracellulare con un consequenziale blocco delle pompe ATP dipendenti (Na/K ATPasi: mantiene il Na concentrato fuori dalla cellula e il K concentrato dentro la cellula).

Il malfunzionamento di tali pompe comporta una modificazione della permeabilità della membrana e un rigonfiamento cellulare: rigonfiamento idropico. Se il danno permane la cellula va incontro a morte, se invece il danno viene eliminato la cellula va incontro ad autofagia che fa in modo tale che si possa avere la fagocitosi delle zone che sono state interessate dal danno. Il processo di necrosi è un processo che interessa più cellule di un tessuto ed è sinonimo di infarto. Lo stato di necrosi può essere dovuto per esempio ad ischemia poiché il blocco dell’apporto di ossigeno e metaboliti può bloccare le funzioni di più cellule. A livello del miocardio si parla di infarto, a livello cerebrale invece si parla di ictus. Anche l’ematoma è una condizione di necrosi.

• Danno al DNA: alcuni agenti alchilanti possono danneggiare il DNA attivando l’enzima PARP che degrada il NAD che perciò viene man mano a scarseggiare nella cellula e non può essere trasformato in NADH. Il venir meno delle concentrazioni di NADH è negativo perché questo è di fondamentale importanza per la cellula perché è un cofattore enzimatico molto utilizzato (basti pensare al suo ruolo nella fosforilazione ossidativa).

PARP degrada NAD in poly ADP ribose polymers e NAM (acido nicotinico mononucleotide). Il venir meno della concentrazione di NAD blocca così anche la glicogenolisi poiché questo viene normalmente ridotto a NADH in tale processo. Bloccando la glicogenolisi si ha il consequenziale venir meno di ATP e perciò si avrà come risposta un danno metabolico che porta alla morte della cellula.

• Modificazioni delle concentrazioni di calcio intracellulare: l’aumento delle concentrazioni di calcio intracellulare fa sì che si abbia l’attivazione di enzimi che portano alla autofagia cellulare.

L’aumento di calcio fa sì che si abbia anche l’aumento dell’attività di proteasi calcio dipendenti, l’aumento dell’attività del ciclo degli acidi tricarbossilici (TCA o ciclo di Krebs) e un aumento della produzione di ROS. L’aumento delle concentrazioni di Ca citosolico attiva anche delle endonucleasi che portano così alla degradazione del DNA, si ha l’attivazione di PL (fosfolipasi) e quindi una diminuzione dei fosfolipidi di membrana, una diminuzione della produzione di ATP e perciò la necrosi cellulare. L’aumento della produzione di ROS fa sì che si abbia una maggiore perossidazione dei lipidi che comporta un aumento della permeabilità della membrana e anche un richiamo di leucotrieni che serviranno poi per la risposta infiammatoria.

• Necrosi indotta da citochine proinfiammatorie quali TNF (che a seconda delle concentrazioni prova necrosi o apoptosi) oppure H₂O₂ prodotta dalla brith respiratory dei macrofagi durante il processo infiammatorio.

Facciamo l’esempio di TNF: tumor necrosis factor si lega ai death domine di un recettore di membrana (TNFR). L’attivazione di tale recettore comporta una cascata citosolica di una serie di segnali che comportano l’aumento di produzione di ROS da parte dei mitocondri i quali possono andare a provocare dei danni a livello del DNA oppure aumentare la permeabilità a livello delle membrane dei lisosomi che rilasciano perciò nel citoplasma i loro enzimi proteolitici che portano in questo modo alla degradazione della cellula e alla sua morte.

Alterazioni morfologiche nella necrosi

• Necrosi coagulativa: deriva da ischemia e si osserva un addensarsi della cromatina che si dispone lungo le membrane nucleari però con un mantenimento inalterato della membrana cellulare. Le cellule caratterizzate da tale tipo di necrosi presentano una forte eosinofilia (affinità per coloranti). Le cellule sembrano vive perché inalterate esternamente.
• Necrosi colliquativa: deriva da infiammazione e si hanno autodigestioni del materiale cellulare, è tipica di ascessi e foruncoli.
• Necrosi gangrenosa: si viene a verificare qualora si ha una mancata irrorazione sanguigna di determinati tessuti. È dovuta principalmente alla mancanza di ossigeno che è provocata soprattutto per infezione da parte da microrganismi anaerobi che conducono a marcescenza.
• Necrosi diabetica: il diabete provoca delle alterazioni e danni vascolari alle estremità e per questo motivo comporta necrosi diffusa che può necessitare in alcuni casi di amputazione.
• Necrosi adiposa o grassa: è una necrosi di tipo enzimatico che si verifica in tessuti particolarmente ricchi di acidi grassi o trigliceridi che vanno incontro a saponificazione.
• Necrosi fibrinoide: ci sono dei materiali eosinofili simili alla fibrina che formano delle masse adese fra loro. Un esempio è l’infezione da parte di Corynebacterium diphtheriae che comporta la difterite: si ha il formarsi di una serie di placche membranose a livello della faringe che comportano seri problemi alla respirazione.
• Necrosi caseosa: tipica dei granulomi. Si verifica quando il nostro organismo non è in grado di uccidere del tutto un determinato patogeno che perciò viene confinato all’interno di granulomi che altro non sono che assemblati pluricellulari. Esempio è la tubercolosi che è causata da Mycobacterium tuberculosis.

Apoptosi o PCD (Programmed Cell Death)

Se nella necrosi si osserva sempre una infiammazione, per quanto riguarda l’apoptosi questa non conduce mai ad infiammazione poiché la cellula che va incontro a tale processo si disgrega in corpi apoptotici che vengono sempre fagocitati e per questo motivo non sono mai causa di infiammazione. La morte per apoptosi è un fenomeno fisiologico che colpisce una sola cellula e si verifica soprattutto durante le fasi di embriogenesi e di morfogenesi. L’apoptosi è anche di fondamentale importanza per la differenziazione dei linfociti B a livello del midollo osseo e anche per i linfociti T a livello del timo. L’apoptosi a livello embrionale per esempio fa sì che si abbia una scomparsa dei dotti di Muller o Wolff per far sì che si abbia uno sviluppo maschile o femminile dell’individuo, permette una involuzione del timo in età adulta e permette anche l’atrofia della mammella concluso l’allattamento.

Il processo apoptotico comincia quando la cellula riceve dei segnali di distacco che provoca una degradazione delle caderine che normalmente mediano la formazione di tight junctions con le cellule adiacenti. Dopo la rottura delle caderine si ha un raggrinzimento della cellula che poi si rompe andando a formare dei corpi apoptotici che successivamente saranno fagocitati non portando né ad infiammazione né a danni ai vari tessuti cellulari. Il processo apoptotico richiede energia e viene innescato da segnali che possono essere:

• Segnali estrinseci: induttori specifici quali TNF si lega a livello di recettori detti TNFR (TNF receptors) nei quali si osservano dei death domine che comportano una serie di segnali di trasduzione intracellulare che comportano quindi la morte della cellula (se TNF molto concentrato invece dell’apoptosi si verifica la necrosi). Altri segnali specifici per l’apoptosi possono essere i linfociti T oppure i corticosteroidi. Anche la mancanza di fattori di crescita oppure di stimoli ormonali carenti può comportare l’apoptosi. Anche un eccesso di NO anche se non si sa ancora bene come questo possa agire per causare tale evento di morte programmata.
• Segnali intrinseci: segnali che spesso provengono dal mitocondrio che aumenta la propria permeabilità (a causa di una caduta del suo potenziale d’azione), provocando anche il rilascio del cyt c, AIF (apoptosis inducing factor) e altri fattori nel citoplasma e si ha per esempio un aumento della produzione di ROS, oppure si possono avere danni al DNA o danni alla membrana cellulare che modifica la propria permeabilità.

Fasi del processo apoptotico

Il processo apoptotico è costituito da 4 fasi:

1. Induzione o segnalazione: tramite i segnali estrinseci o intrinseci.
2. Fase effettrice: si ha l’attivazione di una serie di enzimi che attivano la degradazione del DNA (endonucleasi), attivazione di proteasi neutre calcio dipendenti e caspasi. L’attivazione di questo insieme di enzimi avviene grazie all’aumento delle concentrazioni di calcio intracellulare (aumento minore rispetto a quanto accada nel processo di necrosi). Le caspasi attivate in tale fase sono le caspasi inizianti.
3. Fase di degradazione: le endonucleasi cominciano ad agire a livello dei nucleosomi provocando in questo modo la degradazione del DNA. In questa fase si ha anche l’attivazione delle caspasi effettrici che comportano il completamento del processo apoptotico.
4. Fase di fagocitosi: vengono fagocitati i vari corpi apoptotici così che non si abbia in alcun modo il manifestarsi di infiammazione.

Fase di induzione o segnalazione + fase effettrice

Dei fattori estrinseci quali TNF o FAS ligando si legano a TNFR1, FAS, Apo1 o CD95 (recettori per segnali apoptotici) che sono caratterizzati dalla presenza di death domine e che una volta legato il ligando trimerizzano portando all’attivazione di FADD che comporta poi l’attivazione della caspasi 8 tramite un taglio proteolitico. TNF è associato oltre che ai death domain che portano all’attivazione di FADD anche al segnale della sfingomielina che viene idrolizzata da sfingomielinasi attivate da TNF e produce così ceramide e fosfocolina. La ceramide è un secondo messaggero di fondamentale importanza poiché induce il fenomeno apoptotico favorendo il rilascio di Cyt C e AIF dal mitocondrio. Se l’attivazione avviene invece per via intrinseca il mitocondrio a causa di una caduta del proprio potenziale di membrana aumenta la propria permeabilità e si ha la fuoriuscita del cyt c e esce anche AIF che comportano l’attivazione tramite taglio proteolitico della procaspasi 9.

Fase di degradazione

Attivazione delle caspasi di downstream, ovvero delle caspasi effettrici. (3,6,7). Si ha una reazione a cascata a causa di una serie di tagli proteolitici. Caspasi: Cisteina aspartato proteasi.