Patologia generale, appunti completi

Corso di patologia generale (MED/04) CFU: 2 (20 ore)

Docente: Violetta Borelli
Semestre: A.S. 2015/2016
Appunti: Oriato Eleonora

Introduzione

La patologia generale viene rappresentata come il tronco dell’albero della medicina. Essa, infatti, è lo scopo delle scienze di base, e fornisce la base scientifica della medicina clinica.

Patologia cellulare

Definizione di stato di salute

Claude Bernard (1813-1878), “Le milieu intérieur” (L’ambiente interiore).

Ogni organismo è costantemente soggetto a perturbazioni di varia natura. Walter Cannon, nel 1933, definisce l’omeostasi come ciò che ci permette di mantenere costanti le condizioni di salute umana nonostante le perturbazioni esterne.

“Un sistema omeostatico è un sistema aperto che mantiene la sua struttura e le sue funzioni attraverso una molteplicità di equilibri dinamici, rigorosamente controllati da meccanismi regolatori interdipendenti”.

Omeostasi cellulare: insieme di organismi che hanno come scopo quello di mantenere i parametri delle funzioni cellulari fondamentali a livello ottimale, nonostante le perturbazioni.

Recettore

Il recettore è un sensore afferente. Invia il messaggio al centro di controllo che verifica le condizioni, mediante confronto, e attiva meccanismi effettori che ripristinano le condizioni ottimali. Esso deve poter comunicare con le altre cellule in quanto inserito in un organismo pluricellulare per consentire la perpetuazione e realizzazione dello stesso nell’ambiente. Proprio per questo prevede sistemi di comunicazione intercellulare quali, ad esempio, comunicazione neurone-fibra muscolare e ormoni.

Risposta cellulare della cellula

Secrezione

Cellule con granulazioni inserite in cellule indotte a degranulare mediante luce, pressione, ecc. (es. bolle cutanee a seguito di un’insolazione).

Movimento

Locomozione, endocitosi, fagocitosi. (es. movimento delle cellule tumorali e formazione di neoplasie / es. infiammazione: uscita dei linfociti dai vasi e adesione alle pareti).

Metabolismo

Cicli metabolici, sintesi proteica, produzione di ligandi.

Ciclo cellulare

Crescita, differenziazione, morte. Solo se viene mantenuta l’omeostasi a livello cellulare si può mantenere anche quella tessutale e sistemica. Per far fronte alle variazioni ambientali, è utile la variabilità cellulare. I valori di un certo parametro, però, possono variare all’interno di un dato intervallo stabilito.

Meccanismi omeostatici ridondanti

Più meccanismi controllano uno stesso fenomeno affinché l’organismo non ceda al perire di uno, e gli altri non sopperiscano.

Prioni: non c’è più la forma corretta: precipitato. Per aumentare di 1°C acqua (o tessuti) basta un’unica chilocaloria. Per aumentare 1 litro di ossigeno sono necessarie 4.8 Kcal. Se non ci fosse liberazione di calore, tutta la T (temperatura) in °C salirebbe in modo esagerato, superando il delta (intervallo di variazione, uguale a 5°C) e diventando tossica per l’organismo.

Meccanismi di termoregolazione

Quando la temperatura si alza, i neuroni della parte anteriore dell’ipotalamo (centro termo litico anteriore) percepiscono l’innalzamento e mettono in moto processi effettori per abbassarla (meccanismi di dissipazione). Quando la temperatura si riduce, i neuroni dalla parte opposta (inferiore e laterale) percepiscono l’abbassamento e mettono in moto processi effettori per innalzarla (meccanismi conservativi e produttivi).

La termogenesi, tuttavia, non è l’unica fonte di calore. Per neonati e animali che vanno in letargo tale fonte è non contrazionale.

Tessuto adiposo bruno

Nel tessuto adiposo bruno, nelle cui cellule viene lasciato che l’energia si dissipi sotto forma di calore mediante proteina UCP che permette il libero passaggio di ioni attraverso la membrana.

Soluzioni adottate da diversi organismi

Alcuni organismi (protozoi) hanno un vacuolo contrattile che si svuota solo quando è pieno. Le piante hanno la parete cellulare rigida, oltre che la membrana, che permettono loro di raccogliere molta acqua senza scoppiare. Gli animali hanno tattiche diverse...

Danno cellulare

Meccanismi di riparazione

I meccanismi di riparazione sono tantissimi e sono altamente conservati evolutivamente e altamente specifici (variabilità). Nel caso uno dei geni NER funzionasse, ci sarebbe uno stadio di sensibilità maggiore alle radiazioni UV, e quindi una facilitazione alla formazione di neoplasie tumorali, ma non si potrebbe ancora parlare di Xeroderma Pigmentoso.

Omeostasi e danno cellulare

Ogni cellula è in grado, a suo modo, di mantenere l’omeostasi. Essa è limitata ad un ambito abbastanza ristretto di strutture e funzioni da: i neuroni, ad esempio, non sono molto in grado di adattarsi, perciò superano molto facilmente il punto di non ritorno in caso di danno.

Apoptosi e necrosi

Apoptosi (meccanismo attivo) e necrosi (meccanismo passivo): morte silente e segnale alle altre cellule. Nell’immagine illustrativa della necrosi, le figure a. e b. sono ottenute mediante microscopia ottica a trasmissione, mentre la figura c. è ottenuta con microscopia ottica a scansione e permette di visualizzare chiaramente i fori sulla membrana che si creano nella fase di rigonfiamento e apertura dei naturali pori di membrana della cellula.

Bersagli cellulari

• Mitocondri
• Membrane (che rivestono tutti gli organelli oltre alla membrana cellulare)

Risposte cellulari al danno

La risposta di una cellula a stimoli dannosi dipende da:

• Dal tipo di stimolo
• Dalla sua durata
• Dalla sua intensità

Le conseguenze del danno cellulare dipendono da:

• Dal tipo cellulare
• Dal suo stato
• Dall’adattabilità della cellula danneggiata

Strumenti di danno

• Radicali liberi
• Variazione di ioni (es. Calcio intracellulare)

Mitocondri

I mitocondri sono il sito di produzione dell’ATP fosforilazione ossidativa (produzione di radicali liberi) e deposito del calcio. Motivo per cui è uno dei bersagli cellulari più importanti: danno arresto produzione ATP.

Calcio intracellulare

Questa condizione è mantenuta soprattutto da pompe di membrana ATP-asi dipendenti. Possono esserci picchi di calcio intracellulare solo in seguito ad una interazione ligando-recettore (trasmissione di un messaggio in cui il Calcio funge da secondo messaggero). Il calcio può essere responsabile di molti danni in quanto esso è il principale attivatore dei meccanismi della cellula.

Radicali liberi (ROS)

I radicali liberi (ROS) sono molecole con un elettrone spaiato il cui unico scopo è quindi legarsi ad un altro elettrone.

Stress ossidativo

Lo stress ossidativo è responsabile di: malattie cardiovascolari, neurodegenerative, degenerazioni da tumori, ecc.. Nella fosforilazione ossidativa l’ossigeno viene ridotto ad acqua (fornendogli 4 elettroni). Cambia il gradiente di concentrazione che attiva la pompa che permette la produzione di ATP. A volte il mitocondrio sbaglia, nella fretta di produrre ATP (necessario al funzionamento della cellula), e fornisce un numero di elettroni sbagliato, producendo, così, radicali liberi.

Durante i processi di fosforilazione ossidativa, il 4-5% dell’ossigeno non viene completamente ridotto ad H2O, ma forma prodotti intermedi dell’O2 altamente reattivi. La produzione di radicali liberi non è una prerogativa della fosforilazione ossidativa:

• Citocromo P450, b5 induzione farmaco metabolica (farmaci, alcol).
• A volte li produciamo apposta: i globuli bianchi percepiscono un danno, escono verso il danno e producono radicali liberi per uccidere l’organismo esterno - difesa antimicrobica. Quando superiamo questa condizione difensiva si verifica lo stress ossidativo.

Perossidazione dei lipidi

Produzione di radicali liberi in prossimità delle membrane nella perossidazione dei lipidi: il radicale ruba un elettrone alla coda idrofobica, che diventa un radicale libero catena. Uno dei siti più sensibili al danno causato dai ROS è la membrana plasmatica, in particolare il bersaglio è al livello degli acidi grassi poliinsaturi. Il radicale idrossilico •OH sottrae un atomo di idrogeno ad un acido grasso poliinsaturo, iniziando così una catena di reazioni di perossidazione lipidica.

Produzione di radicali liberi per danneggiamento delle proteine

Fonti di produzione dei radicali:

• Fumo
• Radiazioni ultraviolette
• Radiazioni ionizzanti
• Xeno biotici
• Chemioterapici

Esito: compromissione dell’attività cellulare (neoplasie, invecchiamento, malattie cardiovascolari).

Sistemi di protezione dai radicali liberi

Esogeni

Vitamina C, Vitamina E.

Endogeni

Presenti già all’interno degli organelli più soggetti a produzione di radicali, come i mitocondri.

Catalasi

(Ossido-reduttasi) localizzata nei perossisomi, inattiva il perossido di idrogeno H2O2. Questa reazione è detta glutatione perossidasi, contiene un gruppo eme. Glutatione (GSH) - Tripeptide (Glu-Cys-Gly) endogeno idrofilo a basso PM. Cofattore della glutatione-perossidasi (GPx). Consente alla GPx di svolgere il suo ruolo antiossidante. Il rapporto intracellulare tra glutatione ossidato (GSSG) e ridotto (GSH) riflette lo stato ossidativo della cellula e quindi la sua capacità di detossificare i ROS.

• Azione disintossicante
• Attività immunitaria
• Attività protettiva nei riguardi del SNC.

È presente in alimenti quali: cocomero, avocado, asparagi, pompelmo, patate, fragole, pomodori, arance, spinaci.

Anione superossido

Arma dei globuli bianchi per i microorganismi: trasforma il materiale tossico in acqua ossigenata. Il glutatione si sacrifica per lui per donare all’acqua ossigenata l’elettrone che gli manca. Il glutatione si consuma e l’enzima glutatione reduttasi riporta il glutatione ossidato allo stato di glutatione ridotto (NADP+ NADPH2). Ma costa energia (non in ATP) e non sempre la cellula ce la fa perché perde volume/equilibrio ionico, ossia il suo potere riducente non riesce a ridurlo, produzione di radicali liberi. Nei globuli bianchi più che nelle altre cellule i lisosomi sono altamente specializzati necessità di distruggere i materiali tossici.

Il 30% dell’energia mitocondriale prodotta viene utilizzata per il mantenimento dell’equilibrio ionico (per il mantenimento di una forma molto piccola) ATPasi.

Danno ischemico ed ipossico (o anossico)

Anossia

Perdita totale della capacità del sangue di trasportare l’ossigeno.

Ipossia

Perdita parziale della capacità del sangue di trasportare l’ossigeno.

Cause

Insufficienza cardiorespiratoria, anemia: gruppo eme con Fe per inglobare O2 non funziona correttamente o ha una forma sbagliata (tonda o falciforme e non globulare), avvelenamento da CO, monossido di carbonio si lega in maniera stabile al sangue (a differenza di O2 il cui legame è temporaneo per il tempo del trasporto), altitudine mutazione dei globuli rossi per sopportare l’ipossia.

Ischemia

Perdita dell’irrorazione sanguigna, es. blocco del flusso arterioso o ridotto drenaggio venoso.

Danno ischemico reversibile

Fino ad un certo punto (per un periodo di tempo variabile dal tipo cellulare) il danno può essere riparato e la cellula può tornare ad uno stato di normalità se i substrati metabolici vengono nuovamente resi disponibili dal ripristino della circolazione sanguigna.

Danno ischemico irreversibile

Se l’ischemia si prolunga, le strutture cellulari continuano a deteriorarsi, per l’inesorabile progressione dei meccanismi di danno. Con il passare del tempo la glicolisi e fosforilazione ossidativa risultano irreparabilmente danneggiate, deplezione di ATP e incapacità di generare composti ad alta energia qualora ne venga fornita l’opportunità segnano il punto di non ritorno, raggiunto il quale la riperfusione non può più permettere il recupero.

*Gli enzimi lisosomiali funzionano anche una volta usciti perché il precedente passaggio al metabolismo anaerobio aveva fatto cadere il pH intracellulare, rendendolo ottimale per tali enzimi. Ad uscire sono anche DNA e ISTONI.

Innesco del processo infiammatorio

Il processo infiammatorio è un meccanismo omeostatico per eliminare il danno e per iniziare il processo di guarigione. Le molecole che inviano il segnale di danno sono le allarmine. Inoltre, il processo infiammatorio ha una grandissima importanza diagnostica: diagnosi mediante pannello enzimatico (enzimi specifici per ogni organo).

Danno miocardico

Ad esempio, se il danno è miocardico, il miocardiocita libera l’enzima LDH, lattico deidrogenasi, in grado di catalizzare la reazione di produzione di acido lattico a partire dal piruvato. Ma allo stesso tempo libera tantissimi altri marcatori importanti.

Troponina

Troponina C: lega il calcio. Stessa isoforma nel muscolo scheletrico e cardiaco. Troponina T lega la tropomiosina. Troponina I inibisce la contrazione. I marcatori perfetti per il miocardio sono, quindi, le isoforme I e T della troponina, in quanto:

• Specifiche tessutali
• Fortemente rilasciate
• Dopo 2 giorni concentrazione ancora abbastanza visibile

Danno epatico

Enzima aminotransferasi

Danno iniziale: ALT plasma = AST plasma

Fase più elevata: AST > ALT, uscita anche dell’AST mitocondriale.

Irreversibilità

Due sono i fenomeni che caratterizzano l’irreversibilità:

• Danno mitocondriale irreversibile: Incapacità di reversibilizzare la disfunzione mitocondriale causata dalla deplezione di ATP.
• Danno di membrana: Profonde alterazioni della funzione della membrana plasmatica e lisosomiale.

Cause che determinano il punto di non ritorno

1. Influsso di ioni Ca²⁺
2. Attivazione fosfolipasi Ca²⁺-dip.
3. Attivazione proteinasi Ca²⁺-dip.
4. Degradazione proteine citoscheletro
5. Induzione di lesioni alla plasma membrana
6. Apertura Mt-PTP (ROS) mitocondriale
7. Permeabilizzazione lisosomiale (ROS)

Danno mitocondriale irreversibile

Il danno si esprime con la formazione di canali ad alta conducibilità (PTPC = mitochondrial permeability transition complex) nella membrana mitocondriale interna. Questi pori non selettivi diventano permanenti se lo stimolo iniziale persiste, precludendo il mantenimento della forza proton-motrice (o potenziale di membrana). Poiché il mantenimento del potenziale di membrana è critico per la fosforilazione ossidativa mitocondriale, una irreversibile MPTP porta a morte cellulare assicurata.

Conseguenze dell'apertura del poro mitocondriale

• Dissipazione potenziale di membrana mitocondriale;
• Il conseguente blocco della catena respiratoria porta alla produzione di ROS;
• Distruzione della membrana mitocondriale esterna (apoptosi!).

L’autodistruzione del mitocondrio in seguito all’apertura del poro mitocondriale, è seguita dalla morte dell’intera cellula. Il potenziale di membrana mitocondriale Δψm (mantenuto grazie all’impermeabilità della membrana mitocondriale interna ai protoni) viene dissipato e con esso la capacità della cellula di sintetizzare ATP. Interno ripiegato in creste rigonfiamento rottura della membrana.

Danno di membrana

Meccanismi biochimici possono contribuire a tale danno di membrana:

• ↑ Ca²⁺ cyt associato alla deplezione di ATP - ↑ captazione di Ca²⁺ da parte dei mitocondri→ attivazione fosfolipasi mitocondriali→ accumulo di acidi grassi liberi→ alterazioni della membrana mitocondriale interna ed esterna→ disfunzione mitocondriale.
• → Attivazione fosfolipasi endogene→ degradazione fosfolipidi.
• → Attivazione proteasi → danno agli elementi citoscheletrici → (soprattutto nelle cellule del miocardio) distacco della membrana cellulare dal citoscheletro, (che la ancora all’interno) → miocardio distacco della membrana cellulare dal citoscheletro, (che la ancora all’interno della cellula) → membrana più suscettibile a stiramenti e rotture.

Prodotti derivati dalla rottura dei lipidi

Prodotti catabolici si accumulano nella cellula ischemica come risultato della degradazione dei fosfolipidi di membrana (acidi grassi liberi, lipidi modificati e fosfolipidi intermedi) e possono inserirsi nella membrana o scambiarsi con i PL di membrana → alterazioni elettrofisiologiche o di permeabilità. Specie reattive dell’ossigeno possono danneggiare le membrane cellulari e altri costituenti cellulari. Presenti in bassi livelli nel miocardio durante l’ischemia, ma aumentano dopo il ripristino del flusso sanguigno.

Il rilascio di calcio attiva anche la calpaina, enzima proteico responsabile della permeabilità lisosomiale escono tutti gli enzimi danneggianti.