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5° lezione

 Ossigeno e specie reattive dell’ ossigeno

L’ossigeno è una molecola presente a elevata concentrazione delle cellule a metabolismo

aerobio i radicali liberi possono reagire con la molecola d’ossigeno perché nella sua

configurazione basale è un doppio radicale libero particolare in quanto. È stabile perché i

due elettroni spaiati hanno lo stesso senso di rotazione e per stabilizzarsi dovrebbe

acquisire due elettroni che hanno lo stesso senso di rotazione, ma tutti gli atomi hanno due

elettroni con senso di rotazione opposto; per questo l’ossigeno ha difficoltà a catturare una

coppia di elettroni che abbia lo stesso senso di rotazione e rimane un doppio radicale

libero stabile restrizione di spin (restrizione del senso di rotazione). Essendo l’ossigeno

un doppio radicale libero avrà più tendenza delle altre molecole ad acquisire un elettrone

per volta e diventare la forma più comune: anione super ossido ossigeno con un elettrone

un più, spaiato nel suo orbitale esterno. Se aggiungiamo un ulteriore elettrone all’ossigeno

ione perossile, forma decotonata, senza protoni, dell’acqua ossigenata, con tutti gli

orbitali stabili e riempiti di elettroni. 4 forme di ossigeno:

1. ossigeno allo stato basale

2. anione super ossido

3. ione perossile

4. ossigeno singoletto: ha due elettroni spaiati ma sarà la forma più reattiva in quanto questi

due elettroni hanno senso di rotazione opposta. Questa forma di ossigeno si forma quando

l’ossigeno è colpito dalle radiazioni eccitanti (tipo UV che assumiamo quando ci

esponiamo ai raggi solari) che non hanno la stessa forza delle radiazioni ionizzanti ma

danno lo stesso danno inducendo la formazione di ossigeno singoletto.

L’ossigeno ha una grande tendenza ad acquisire elettroni radicale libero più frequente

nei sistemi biologici reazioni ossidative per sottolineare il ruolo da protagonista che ha

l’ossigeno in queste reazioni radicaliche.

 Sorgenti intracellulari di radicali liberi

Le cellule producono piccole quantità di radicali liberi che possono produrre danno. Le

sedi di produzione dei radicali liberi:

1) La sede principale è nei MITOCONDRI: sono sede della fosforilazione ossidativa

durante la quale vi è un trasporto di elettroni da un citocromo all’altro con scambio

di elettroni. Accidentalmente un elettrone può sfuggire e andare a reagire con

~ 20 ~

l’ossigeno formando l’anione supere ossido che si formerà in elevata concentrazione

nei mitocondri. È stato calcolata che dall’1% al 3 % dell’ossigeno è trasformato in

anione super ossido.

2) RETICOLO ENDOPLASMATICO (sistema di biotrasformazione di fase 1 del

citocromo P ): un elettrone può sfuggire al ciclo del citocromo P e andare a

450 450

reagire o con l’ossigeno o con altre molecole o con l’elettrone e staccarsi dal ciclo.

Durante la biotrasformazione e metabolizzazione delle sostanze endocrine, ma

soprattutto dei farmaci, si possono produrre dei radicali liberi, ossigeno e sostanze

che partecipano a questa reazione.

3) MEMBRANA PLASMATICA: si producono elevate quantità di radicali liberi

durante l’infiammazione. Le cellule infiammatorie, che hanno il compito di

fagocitare l’agente che ha prodotto infezione o cellule morte, in sede di processo

infiammatorio si attivano. Uno dei meccanismi che si attiva è la capacità di uccidere

i microrganismi attraverso la produzione di radicali liberi dell’ossigeno. Al

momento dell’attivazione della cellula infiammatoria verrà trasportato e attivato

l’enzima NADPHossidasi che produce l’anione super ossido. In corso di reazioni

infiammatorie vi è un aumento dello stress ossidativo, della produzione di radicali

liberi.

 Fattori di protezione (nei confronti di produzione dei radicali liberi)

ENZIMATICI: (ci proteggono dal danno prodotto dai radicali liberi)

 Superossido dismutasi 2O + 2 H O + H O

 2- +  2 2 2

È un enzima che sta principalmente nei mitocondri e ha la funzione di

trasformare 2 molecole di anione superossido in una molecola di acqua

ossigenata e una di ossigeno. Quindi detossifica l’anione superossido.

L’importanza è stata dimostrata con un moscerino l’attività

raddoppiando

di questo enzima nella drosofila (moscerino) siamo in grado di

raddoppiarne il tempo di vita.

CATALASI e GLUTATIONE PEROSSIDASI

 ROOH + 2 GSH ROH + GS-SH + H O sia la catalasi che la glutatione

 

2

perossidasi hanno il compito di detossificare i perossidi organici. La catalasi

ha come substrato specifico solo l’acqua ossigenata (perossido di idrogeno),

che trasforma in acqua. La glutatione perossidasi può detossificare sia il

perossido di idrogeno che altri perossidi organici ovvero molecole che hanno

il gruppo O-OH. La glutatione perossidasi per detossificare i perossidi

organici utilizza come cofattore il glutatione GSH. In presenza di 2 molecole

di glutatione, la glutatione perossidasi trasforma il perossido nel

corrispondente alcol. Quindi ROOH si trasforma in ROH. Per far questo il

glutatione perde idrogeno e si ossida formando glutatione ossidato GS-SG e

una molecola di acqua. Il ruolo importante della glutatione perossidasi nella

protezione dalla presenza di perossidi all’interno delle cellule è dimostrata

dal fatto che noi abbiamo bisogno di un’adeguata quantità di selenio il

~ 21 ~

selenio è necessario per la formazione della glutatione perossidasi e ha un

ruolo fondamentale per la detossificazione dei perossidi in quanto li

trasforma in alcoli.

GLUTATIONE REDUTTASI GS-SG + 2 NADPH 2 GSH + NADP+

 In questa reazione il glutatione ossidato viene ridotto dalla glutatione

reduttasi che ha come cofattore l’NADPH quindi sfrutta i protoni ceduti

dall’NADPH per rigenerare due molecole di glutatione ridotto.

GLUCOSIO-6-P-DEIDROGENASI:

 glucosio-6-P +NADP+ ribulosio-5-P + NADPH

L’NADPH viene prodotto dalla glucosio-6-fosfato deidrogenasi.

Quest’enzima è un enzima del ciclo dei peptosi e trasforma il glucosio 6

fosfato in ribulosio producendo NADPH. La dimostrazione di questa

reazione sta in una malattia genetica favismo: sono pazienti affetti da

deficit della glucosio 6 fosfato deidrogenasi. Le sostanze contenute nelle fave

solo la vicina e la convicina che sono metabolizzate all’interno delle cellule o

per produzione di radicali liberi. Se assumono le fave nei pz che non

hanno difese corrette contro il danno dei radicali, accade un aumento della

produzione dei radicali liberi all’interno delle cellule, in particolare nei GR,

che determina un grave stress ossidativo con conseguente lisi/rottura dei

GR.

NON ENZIMATICI le nostre cellule sono dotate di sostanze che reagiscono con i

 radicali liberi bloccando la reazione a catena che comporta il danneggiamento di

molecole nobili della cellula.

GLUTATIONE principale antiossidante idrosolubile ed presente nel

 citoplasma di tutte le cellule con una concentrazione che va da 2 a 6 Milli

molare. È un tripeptide costituito da tre amminoacidi: acido glutammico

cisteina e glicina. Il gruppo chimico facilmente estraibile da un radicale

libero è il gruppo SH, la cisteina. Infatti l’idrogeno è legato all’atomo di zolfo

con un legame relativamente debole. Il glutatione è importante come

antiossidante perché compete con le proteine per reagire con i radicali liberi

Il glutatione protegge molte proteine perché presentano nella loro struttura

esterna dei residui di cisteina che se vengono ossidate dai radicali liberi

determinano un’alterazione della struttura e dell’attività biologica delle

proteine, ma il glutatione le protegge.

VITAMINA E principale antiossidante liposolubile. La vitamina E deve

 essere assunta con la dieta ed è essenziale perché è il primo principale fattore

di protezione contro il danno ossidativo. Come funziona? La vitamina E è

caratterizzata da due anelli fenolici e da una lunga catena finilica con cui si

inserisce nelle membrane. Il gruppo OH è quello che ci interessa. L’idrogeno

è legato all’ossigeno con un legame relativamente stabile quindi può essere

facilmente estratto da un radicale libero quindi l’idrogeno viene staccato

dall’ossigeno e si forma la vitamina E radicale che è però un radicale libero

relativamente stabile perché all’interno degli anelli fenolici gli elettroni

costituiscono una nuvola che si muove all’interno dell’anello. Quindi la

~ 22 ~

perdita o l’acquisizione di un elettrone non altera più di tanto la stabilità

chimica della molecola di vitamina E. quindi la vitamina E diventando un

radicale libero avrà scarsa tendenza a reagire con le molecole quindi

interromperà la catena di reazioni radicaliche.

Ci sono degli antiossidanti più specializzati:

 carotenoidi: (vitamina A) sono presenti soprattutto nella pelle, nel fegato e nel

tessuto adiposo e funzionano come la vitamina E perché hanno nella loro struttura

chimica più gruppi fenolici.

 bilirubina: è il principale antiossidante del sangue e funziona anch’esso come la

vitamina E e ai carotenoidi perché presenta gruppi fenolici nella sua struttura.

 melanina: protegge i nostri tessuti superficiali dal danno indotto da radiazioni

eccitanti ed è caratterizzata da un alto contenuto di residui di cisteina in questo

caso l’effetto protettivo sarà analogo al glutatione.

 antiossidanti: presentano una struttura polifenolica e hanno un effetto simile alla

vitamina E. Le capacità protettive antiossidanti della frutta e della verdura è dovuta

alla presenza dei pigmenti colorati (arance rosse, vino rosso, pomodoro) che sono i

flavonoidi antiossidanti di origine vegetale liposolubili simili per effetto e

struttura alla vitamina E e coadiuvano la Vitamina E per proteggere le membrane

cellulari contro i radicali liberi.

 acido ascorbico: si ritiene che in sede di tessuto infiammato rigeneri i radicali della

vitamina E, ma in alte dosi può anche indurre maggiore produzione di radicali

liberi.

 Meccanismi di danno

Possiamo immagine una sorta di equilibrio fra i radicali che produciamo naturalmente e i

nostri sistemi di difesa. In alcune circostanze si può avere un eccesso di radicali liberi

(raggi UV, farmaci, infiammazione) e l’effetto dannoso quali bersagli avrà?

Proteine: in caso di danno radicalico importante si può avere la rottura della catena

o polipeptidica e la frammentazione della proteina oppure si possono formare dei

legami intracatena o la proteina si può andare a legare ad altre molecole della

cellula. In caso di danno meno inteso si possono avere comunque degli effetti lesivi

soprattutto a carico dei gruppi -SH delle proteine. Questi gruppi sono

particolarmente sensibili ai radicali liberi ossidazione dei gruppi SH della

proteina blocco dell’attività enzimatica.

Acidi nucleici: possono essere molto importanti rottura del singolo o del doppio

o filamento (frammentazione dei cromosomi, delezioni, trasmutazioni) o solo

l’ossidazione/rottura delle singole basi del DNA e la loro fusione (dimerizzazione)

Acidi grassi polinsaturi membrane cellulari: sono suscettibili al danno da radicali liberi.

o Vanno incontro a un processo di degradazione che si chiama

~ 23 ~

PEROSSIDAZIONE LIPIDICA: quello che succede ai grassi delle membrane subiscono

un processo di degradazione che comporta lo loro alterazione, degradazione e produzione

di prodotti tossici. Perché? Gli acidi grassi polinsaturi hanno tanti doppi legami e questa

presenza li rende più suscettibili a reagire con i radicali liberi perché i doppi legami sono

fra i due atomi di carbono e gli atomi di idrogeno legati agli atomi di carbonio impegnati

in un doppio legame sono anch’essi legati in modo debole quindi sono più facilmente

estraibili da un radicale libero + doppi legami + probabilità di reagire con un radicale

libero.

Come avviene la perossidazione lipidica: l’acido grasso con tre doppi legami 

polinsaturo. Si forma il radicale libero. Riarrangiamento molecolare in cui si forma una

specie chimica che si chiama diene coniugato che reagisce con l’ossigeno formando il

radicale lipo-perossidico che a sua volta può strappare un atomo di idrogeno ad un altro

acido grasso formano il lipo perossidico che viene detossificato dalla glutatione

perossidasi. Il lipo-perossido può andare in contro ad un successivo processo di

degradazione con formazione di prodotti finali aldeidi e chetoni che sono a loro volta

lesivi per la cellula: si possono legare al DNA con effetti mutageni o alle proteine

denaturandole.

 Effetti della perossidazione lipidica

La perossidazione lipidica delle membrane cellulari avrà un effetto devastante sulle

struttura della cellula perché oltre alla produzione delle sostanze tossiche, le stesse

membrane risulteranno alterate: si possono formare legame intramolecolari fra acidi grassi

vicini, fra acidi grassi e proteine e ci sarà un’alterazione della struttura generale della

membrana con modificazione della sua permeabilità e della sua flessibilità.

 Effetti dei radicali liberi

Tutte le molecole nobili della cellula possono essere bersaglio dell’effetto dei radicali liberi

e l’accumulo di questo danno può determinare dei danni importanti di più funzioni

cellulari che possono condurre alla morte delle cellule.

♣ Proteine: l’ossidazione dei gruppi SH. Se sono proteine importanti, ad esempio per

produrre ATP, possiamo avere la perdita delle riserve di energia della cellula e

quindi la morte della cellula in quanto la maggior parte delle funzioni della cellula

dipendono dalla presenza di ATP sulla cellula.

~ 24 ~

♣ Lipidi: formazione di composti derivati dagli acidi grassi che possono legarsi alle

proteine alterandole o al DNA determinandone effetti mutageni. Le membrane

cellulari andranno in contro ad un processo di aumento della permeabilità che

potrebbe essere di per se stesso causa di morte della cellula.

♣ DNA: se la cellula sopravvive alle alterazioni si possono produrre degli effetti

mutageni, sia nel caso di danno lieve al DNA per ossidazione delle basi e perfusioni

delle basi stesse (quindi mutazioni puntiformi) oppure si possono avere dei danni

importanti con aberrazioni cromosomiche, rotture dei cromosomi, delezioni che

determineranno gravi effetti quali trasformazioni tumorali, alterazioni dello

sviluppo embrionale, fetale ecc. Quindi i radicali liberi possono indurre danno

cellulare sia acuto che cronico.

AGENTI BIOLOGICI COME CAUSA DI MALATTIA

Nella nostra interazione con l’ambiente noi siamo continuamente esposti con minima,

ma significativa quantità di radiazioni che possono essere di origine naturale (nella

crosta terrestre), cosmiche (che provengono dallo spazio) e radiazioni artificiali

(radiazioni ionizzanti prodotte dall’uomo per scopi industriali o scientifici).

Le RADIAZIONI IONIZZANTI possono essere di due nature: o particelle che

vengono espulse ad alta energia dalle sostanze radioattive che si disintegrano, oppure

possono essere soltanto energia quindi radiazioni elettromagnetiche. Le radiazioni

corpuscolate (=costituite da materia) sono costituite solo da particelle che possono

essere di tre tipi: particelle pesanti cariche positivamente (radiazioni costituite da

nuclei privati di elettroni, come i protoni nuclei di idrogeno, deutoni nuclei di deuterio,

particelle alfa nuclei di elio), particelle pesanti neutre (neutroni come quelli utilizzati

per il funzionamento dei reattori nucleari costituiti da fasce di neutroni) e particelle

leggere cariche (come gli elettroni). Le radiazioni elettromagnetiche sono costituite

soltanto da energia che scaturisce da un nucleo quando si disintegra. Per esempio i

raggi X e i raggi Gamma sono pura energia, quanti di energia. L’energia sarà

direttamente proporzionale alla frequenza con cui viene emessa (tanto più

frequentemente viene emessa e tanto maggiore sarà l’energia) e inversamente

proporzionale alla lunghezza d’onda (tanto + piccola è la lunghezza della radiazione

elettromagnetica d’onda tanto maggiore sarà l’energia). I raggi gamma (radiazioni

elettromagnetiche ad alte energia) hanno una lunghezza d’onda piccolissima: 0,001

fino a 0,1 nm. L’energia che si produce è dell’ordine dei mega-kilo-eV di energia. I

raggi X, utilizzati nelle radiografie, hanno un’energia degli ordini dei kilo-eV e hanno

lunghezze d’onda che vanno da 0,1 a 100 nm. I raggi X hanno comunque un’energia

sufficiente a rompere un legame chimico. Infatti per rompere un legame chimico è

necessaria un’energia superiore a 10 eV. Le radiazioni eccitanti sono tutte radiazioni

elettromagnetiche ma hanno un’energia inferiore a 10 eV; un esempio sono i raggi

ultravioletti che hanno una lunghezza d’onda che va da 100 a 300 nm.

~ 25 ~

6° lezione

 Effetti delle radiazioni ionizzanti a livello molecolare

Effetto diretto: si produce quando vengono colpite le macromolecole nobili

 della cellula DNA, proteine e lipidi. Nei lipidi la produzione di radicali

liberi determina il fenomeno dell’ossidazione dei grassi chiamata

perossidazione lipidica. Le proteine possono andare in contro a

frammentazione, denaturazione o all’ossidazione dei gruppi –SH della cisteina.

Per il DNA l’effetto è molto intendo ed elevato rotture della doppia e

singola catena, formazione di legami intracatena (fenomeno dell’appiccitosità

dei legami), aberrazioni cromosomiche, mutazioni puntiformi.

Effetto indiretto: la radiazioni può colpire oltre alle macromolecole nobili,

 anche la molecole di acqua, presente in più elevata concentrazione a livello

delle nostre cellule. In questo caso quando una radiazione colpisce la molecola

di acqua viene espulso un elettrone e si forma uno ione positivo instabile che

tende a scindersi in radicali liberi dell’ossigeno e produrre danno.

 Effetti a livello cellulare

A parità di dose di radiazione, i tessuti costituiti da cellule proliferanti (definiti tessuti

labili: epitelio, tessuto emopoietico) sono molto più sensibili agli effetti delle radiazioni

ionizzanti, rispetto ai tessuti costituiti da cellule non proliferanti quali le cellule stabili

(fegato, cellule muscolari lisce) o le cellule perenni (cellule nervose, cellule della retina

cellule muscolari striate). Infatti a parità di dose di radiazione, i primi effetti saranno

sull’apparato riproduttore. Se la cellula è in mitosi blocco in metafase della divisione

cellulare, rottura dei cromosomi con delezioni, inserzioni e inversioni; se la divisione

procede ci sarà una distribuzione non equanime dei cromosomi fra le cellule figlie. Il

risultato saranno cellule abnormi con un numero alterato di cromosomi e in alcuni casi

cellule plurinucleate con nuclei aberranti. Nel caso, invece, che le cellule siano a riposo,

cioè non si dividono, si osservano delle alterazioni picnosi del nucleo = il nucleo

risulta più piccolo e più intensamente colorato, vacuolizzazione = presenza di vacuoli

nel nucleo, carioressi = frammentazione del nucleo, cariolisi = dissoluzione del

nucleo/nucleo degradato.

 Effetti sugli altri organuli citoplasmatici

Mitocondri: i mitocondri di cellule esposte a radiazione si presenteranno

 rigonfi con rottura delle creste mitocondriali al livello delle quali avviene la

fosforilazione ossidativa (processo di sintesi dell’ATP) blocco della

fosforilazione ossidativa;

Reticolo endoplasmatico: rigonfiamento e rilascio e attivazione dei ribosomi =

 organuli a livello dei quali si produce la sintesi proteica blocco della sintesi

delle proteine;

Lisosomi: organuli deputati alla degradazione delle proteine che devono essere

 ricambiate all’interno della cellula e contengono enzimi proteolitici. Per effetto

~ 26 ~

delle radiazioni si può osservare un aumento della permeabilità dei mitocondri

con rilascio, all’interno della cellula, degli enzimi degradativi contributo

all’autodistruzione/autoplagia della cellula

Un tessuto irradiato come appare: sarà costituito da cellule che vanno in necrosi

coagulativa, ai margini della zona irradiata delle cellule possono sopravvivere e dalle

cellule superstiti al danno di produzione, si origineranno probabilmente i tumori radio

indotti.

 Effetti sistemici delle radiazioni ionizzanti (sul nostro organismo)

Si possono suddividere in 2 grandi categorie:

Stocastici: sono prodotti da dosi relativamente basse di radiazioni.

Qui si misura la probabilità che una certa patologia si produca in seguito

all’esposizione a radiazioni. Questo vuol dire che nella popolazione esposta a dosi

relativamente basse, l’effetto stocastico ci indica la probabile produzione di

tumori, malattie genetiche, malformazioni fetali o aborti. In questo caso

all’aumentare della dose aumenta la probabilità che nella popolazione irradiata si

producano dei tumori o delle malattie genetiche o malformazioni fetali o aborto.

L’utilizzazione a scopo diagnostico, terapeutico o industriale dell’energia atomica

non aumenta in maniera significativa la produzione di tumori indotti dalle

radiazioni ionizzanti di tipo naturale. Studi epidemiologici dimostrano che le

radiazioni ionizzanti naturali inducono circa l’1/3% di tumori umani. C’è

un’eccezione tumore alla tiroide: indotto da dosi basse di radiazioni che vanno

da 1,2 a 0,06 sievert. Il sievert è l’unità di misura del danno biologico delle

radiazioni ed è stato necessario introdurlo perché esistono vari tipi di radiazioni

che hanno anche un’energia diversa e possono essere rilasciate anche

contemporaneamente; a prescindere dalla dose o dalle singolo componenti della

radiazione che viene impiegata, il sievert esprime una quantità fissa di danno

biologico.

Non stocastici: sono prodotti costantemente in tutte le persone che vengono

 irradiate da una quantità elevata di radiazione e si producono in tutti

indipendentemente dalla dosi.

I vari tessuti saranno diversamente sensibili.

Effetti delle radiazioni si possono osservare sui diversi tessuti/apparati organici:

- cute: arrossamento, ulcere a guarigione estremamente lenta con formazione di

cicatrici cheloidi, alopecia (distruzione di bulbi piliferi);

- tessuto emopoietico e linfatico: delezione/perdita/diminuzione importante di

tutte le cellule del sangue: GR anemia e ipossia tissutale, piastrine

 

~ 27 ~

trombocitopenia (diminuzione dei trombociti) sindromi emorragiche, GB

infezioni, leucemie e linfomi;

leucopenia 

-apparato gastrointestinale: vaste ulcerazioni della mucosa sindromi da

malassorbimento, diarrea e infezioni gravi;

- polmone: danno al livello delle cellule endoteliale che costituiscono le pareti degli

alveoli polmonari con edema polmonare, deposizione di fibrina e fibrosi

polmonare;

- organi genitali: sterilizzazione con distruzione dei gameti;

- apparato visivo: opacizzazione del cristallino o cataratta, distruzione della retina

con cecità.

Effetti della radiazione totale di tutto il corpo/pan radiazione: esposizione generalizzata di

tutto il corpo a dosi elevatissime di radiazioni ionizzanti. A seconda della distanza dal

centro dell’esplosione, si possono avere effetti diversi.

Da 2 a 10 sievert sindrome protromica = sindrome immediata che precede le

 

sindrome letali e consiste in uno stato di nausea, febbricola, vomito e astenia;

Da 2 a 5 sievert la latenza è di circa 3 settimane e la morte avviene in circa 40

 

giorni. In questo caso l’effetto prevalente sarà sul tessuto linfatico e emopoietico. La

morte avviene per infezioni;

Intorno a 5 sievert si manifestano in 2 settimane e la morte avviene in circa 3

 

settimane e gli effetti saranno immediati sull’apparato gastro enterico infezioni,

incapacità di assorbimento delle sostanze nutritive, infezioni e morte;

10 sievert dopo 2 o 3 ore si manifestano i danni e la morte avviene in 2-3 giorni a

 

causa di danni celebrali;

Sopravvissuti nei 10/20 anni successivi alle radiazioni, sviluppano dei tumori:

 

linfomi, tumori alla tiroide o epiteliomi spino-cellulari.

 Effetti delle radiazioni eccitanti

Le radiazioni eccitanti hanno un’energia inferiore a 10 eV e non sono in grado di rompere

legami chimici ma possono produrre effetti lesivi perché se colpiscono una molecola gli

trasferiscono una certa quantità di energia che passa in uno stato metastabile cioè più

reattivo dal punto di vista chimico. Possono reagire con altre molecole cellulari

determinando un’alterazione della loro stessa struttura o di altre strutture cellulari.

L’ossigeno colpito dalla radiazione eccitante diventa una forma più reattiva (O singoletto)

2

che interagendo con altre molecole può determinare la produzione di radicali attivi liberi.

Gli effetti generali sulle molecole organiche sono gli stessi per i radicali liberi e per le

radiazioni ionizzanti: mutazioni possibili del DNA, proteine.

Effetti sui tessuti superficiali:

Lesioni cutanee: gli effetti sulla cute saranno direttamente proporzionali allo

o spessore della cute (maggiore è lo spessore minore è il danno) e al contenuto di

~ 28 ~

melanina. In seguito ad esposizione alla luce solare si può andare dall’eritema fino

alla formazione di bolle o flittene, ulcerazione e necrosi dell’epidermide. A seguito

dell’esposizione alla luce solare c’è ipercheratinizzazione escoriazione della cute.

L’effetto protettivo sarà l’aumento della sintesi della melanina e uno degli enzimi

responsabili della melanina, la tirosinasi inducibile ai raggi ultravioletti, porterà ad

un successivo accumulo e sintesi di melanina con effetto protettivo;

Apparato visivo: possono diventare importanti per esposizione diretta ai raggi

o ultravioletti. Saranno soprattutto a livello della cornea dove si possono produrre

delle ulcerazioni, effetti sulla retina con diminuzione della capacità visiva e effetti

sul cristallino con opacizzazione produzione della cataratta.

L’apparato visivo e il sistema tegumentario sono i tessuti più sensibili.

Le lesioni sono aumentate in caso di assunzione di sostanze fotosensibilizzanti (alimenti

come i crostacei, detergenti, creme solari, farmaci) che per natura chimica hanno la

capacità di assorbire in maniera selettiva la radiazione eccitante che sarà trasferita alle

molecole cellulari che saranno ulteriormente arricchite di energia per effetto delle sostanze

fotosensibilizzanti.

AGENTI BIOLOGICI COME CAUSA DI MALATTIA

Sono cause esogene di malattia che possono a vario livello indure danno, malattia.

Si definisce agente patogeno primario un microorganismo in grado di indurre malattia in

un ospite sano. Noi abbiamo una serie di sistemi di difesa nei confronti dell’attacco dei

microorganismi. Per questo gli agenti patogeni primari hanno sviluppato un serie di

caratteristiche e funzioni in grado di superare i nostri sistemi di difesa eliminazione

delle nostre strategie per impedire l’invasione dei nostri tessuti. Le proprietà sono definite

fattori di virulenza = caratteristiche e proprietà dei microorganismi con cui sono in grado

di superare i nostri sistemi di difesa e con cui sono in grado di indurre malattia in un

ospite sano. Si parla di infezioni opportuniste quando la malattia è causata da

microorganismi che non sono in grado di indurre malattia in un ospite sano, ma possono

produrla a seguito di un abbassamento dei nostri sistemi di difesa.

 Meccanismi di difesa dalle infezioni

In generale i meccanismi di difesa constano di vari tipi di barriere: fisiche cute,

chimiche, umorale anticorpi, difese di tipo cellulare cellule infiammatorie. Possiamo

 

distinguere le difese in:

 Superficie

 Profondità (sistema infiammatorio e immunitario)

 Meccanismi di difesa di superficie

FLORA BATTERICA SAPROFITA: flora che colonizza tutte le nostre mucose e si

 ~ 29 ~

nutre dei prodotti di scarto dei nostri tessuti. La presenza di questa flora batterica è

una prima protezione fondamentale contro l’invasione di ulteriori microrganismi

potenzialmente lesivi. Perché? 1° competizione per le sostanze nutritive, 2°

competizione per i recettori, 3° produzione di fattori antibatterici (alcuni

microrganismi producono sostanze che hanno un effetto citotossico per altri

microrganismi, per esempio l’oro bacterium mutans colonizza il cavo orale e

produce la viricilina che ha un effetto lesivo nei confronti degli streptococchi di tipo

A, ad esempio il lacto bacillo vaginalis colonizza la vagina ed è responsabile

dell’acidosi dell’ambiente vaginale che interferisce con la crescita di microorganismi

sensibili al PH), 4° produzione di anticorpi con reazione crociata (anticorpi che

possono riconoscere oltre ai nostri microrganismi anche microrganismi infettanti

che hanno porzioni antigeniche simili ai nostri organismi);

BARRIERA MECCANICA: cute integra la presenza di ferite, ustioni o cannule

 

operatorie può favorirne la penetrazione;

SECREZIONI MUCOSE: rappresentano una barriera chimica che interferisce con il

 legame dei microorganismi ai recettori cellulari locali del tessuto;

FLUSSI DIREZIONALI: serve ad interferire con il legame stabile dei microrganismi

 dei nostri tessuti (flusso urinario, peristalsi intestinale, clearance ciliare)

FATTORI UMORALI: lisozima, sostanza di natura battericida in grado di digerire

 la parete batterica presente nelle lacrime e nella saliva, IgA secretorie

PH LOCALE: PH che si produce a livello delle urine, gastrico è fondamentale per

 evitare la crescita di microrganismi sensibili al PH.

7° lezione

 Alterazione dei sistemi di difesa

Ci sono una serie di condizioni in cui si produce un abbassamento delle attività di difesa e

possono essere dovute all età o a patologie. In età prenatale e avanzata l’attività dei sistemi

di difesa del sistema immunitario è incomplete/immatura nel prenato e diminuisce

nell’anziano. In particolare i neonati nei primi 6 mesi non hanno la capacità di produrre

anticorpi ed è quindi importante l’allattazione per il passaggio di IgA nel bambino.

Nell’anziano c’è un abbassamento dell’attività di tutte le cellule, sia infiammatorie sia

immunitarie, oltre che dei sistemi plasmatici di protezione quale il complemento. Inoltre

nell’anziano si verifica una dimunizione del trofismo delle mucose e dei sistemi di difesa

contro i sistemi di produzione dei microorganismi. A causa di una malnutrizione

delle difese immunitarie. In caso di ferite, ustioni alterazione

abbassamento 

dell’integrità dei tessuti di rivestimento. In caso di malattie croniche e autoimmunitanti 

dimunita capacità del sistema immunitario infiammatorio. Fattori congeniti = serie di

malattie caratterizzate dalla mancata attività di uno o più tipi cellulari del sistema

immunitario e infiammatorio. In condizioni di stress siamo più suscettibili all’acquisizione

di malattie infettive; questo perchè si produce un aumentato metabolismo basale. Gli

ormoni responsabili della risposta allo stress sono i corticosterioidi prodotti dalla corticale

~ 30 ~

del surrene. Infatti questi ormoni sono in grado di stimolare il metabolismo basale delle

cellule e sono in grado di ripondere ad una condizione stressante. Il cortisone fa parte

della famiglia dei corticosteroidi e in condizioni di stress produciamo sostanze che sono in

grado di inibire le nostre reazioni infiammatorie e il corticosterone.

 Effetti lesivi sulla cellula prodotti dai VIRUS

I microrganismi possono produrre:

 danno diretto prodotto direttamente dall’attività del microrganismo

(interferenza con le fuznioni cellulari, effeti citotossici) che possono comportare un

danno per le cellule, tessuti, sistema immunitario e infiammatorio;

 danno indiretto I nostri tessuti vengono danneggiati dai nostri sistemi di difesa.

Questo serve sia per combattere l’infezione da virus o da batteria sia a seguito

dell’attivazione delle reazioni autoimmuni. Molte malattie autoimmuni sono

originate da una precedente infezione da microrganismi. Una delle strategie

utilizzate dai microrganismi per sfuggire dal nostro sistema immunitario è quella

del mimetismo molecolare = i microorganismi tendono a esporre degli antigeni

simili a quelli delle proteine dell’ospite. Se il meccanismo ha successo, il sistema

immunitario non riconosce il microorganismo, in quanto ha strutture simili alle

nostre; se non ha successo, il sistema immunitario produce anticorpi che in un

secondo tempo possono rinoscere nostre proteine e quindi indurre reazioni

autoimmuni.

Il virus può penetrare all’interno dei nostri tessuti attraverso un contatto casuale che è

facilitato da ferite o dall’uso di siringhe infette, strumenti di incisione infetti il virus

passa nel circolo ematico per arrivare alle cellule bersaglio a cui si legherà attraverso

specifici recettori. Sia i virus che i batteri sfruttano il fenomeno del tropismo per legarsi a

determinati tipi di cellule. Successivamente i virus si legano al recettore, penetrano nella

cellula attraverso endo(privo di capside)/eso citosi, si libera il materiale genetico virale. A

questo punto il virus utilizza l’apparato di sintesi proteica o di sintesi del DNA della

cellula ospite per sintetizzare le proteine virali e quindi creare una nuova progenie virale.

Effetti lesivi:

1° effetto lesivo del virus: interferenza con la sintesi macromolecole = i virus utilizzando

gli apparati della cellula impediranno la sintesi delle proteine cellulari con conseguenti

effetti lesivi;

2° alterazioni lisosomiali: le cellule infettate dal virus presentano delle alterazioni

conseguenti ad aumento della permeabilità dei lisosomi I quali contengono degli enzimi

degradativi che rilasciati nella cellula possono determinare a loro volta danno;

~ 31 ~

3° alterazioni della membrana cellulare: alcuni virus possono indurre la produzione di

proteine, dette fusogeniche, che inducono la formazione di sincizi (=unione delle cellule

vicine) ed è la tecinca che utilizza il virus dell’HIV che consentono il passaggio del virus

da una cellula all’altra;

4° integrazione genoma: fenomeno tipico dei virus oncogeni o dei virus lenti (come il virus

del morbillo);

5° induzione apoptosi: morte cellullare programmata, il virus HCIV induce la morte per

apoptosi dei linfociti CD4+ determinando una diminuita efficenza del sistema;

Effetto lesivo indiretto 6° attivazione sistema immunitario: distruzione delle cellule

infettate e induzione di reazioni autoimmuni, ad esempio banali infezioni virali possono

essere la causa della produzione di anticorpi contro antigeni simili a quelli presentati dalle

cellule beta del pancreas responsabili della produzione di insulina che in una fase

successiva dell’infezione virale possono essere distrutte dal nostro stesso sistema

immunitario.

 BATTERI – superamento delle difese dell’ospite

Anch’essi utilizzano strategie simili a quelle dei virus:

- Mimetismo molecolare;

- Sopravvivenza intracellulare il batterio della tubercolosi non riesce ad essere

eliminato dai macrofagi perché inibisce la fusione fra il fagosoma e il lisosoma 

permane e prolifera all’interno dei macrofagi;

- Produzione leucocidine i batteri possono superare le difese dell’ospite

producendo delle sostanze che sono in grado di distruggere e di avere un effetto

citotossico nei confronti delle cellule infiammatorie e linfocitarie.

Quando un batterio tenta di produrre un infezione nel nostro organismo: tendono a legarsi

a recettori presenti nei tessuti di rivestimento. Il legame col recettore è fondamentale

affinchè il batterio possa iniziare a proliferare. Se il batterio riesce a sopravvivere a

condizioni sfavorevoli e riesce a trovare abbastanza sostanze nutritive, penetra i tessuti

perché produce le esotossine che consentono la degradazioe dei nostri tessuti di

rivestimeno e del tessuto connettivo. Infatti le esotossine possono avere sia un’azione

locale che gravi effetti sistemici.

 BATTERI – danno diretto

Esotossine batteriche:

  Esotossine che facilitano la diffusione: per esempio la ialuronidasi, l’elastasi e la

collagenasi sono enzimi che digeriscono proteine o componenti del tessuto

connettivo. Permettono al batterio di digradare collagene, elastina e acido

ailuronico. Invece la steptochinasi è in grado di attivare la degradazione del

coagulo. Questo permette ai batteri di farsi strada anche attraversando una

crosta ematica.

 Esotossine con effetto sistemico: possono produrre malattie molto importanti

~ 32 ~

della difterite che è in grado di inibire la sintesi proteica di tessuti

tossina

importanti quali nervoso, miocardio e reni.

 Esotossine che interferiscono con trasduzione del segnale: tossina della pertosse e la

tossina colerica bloccano uno dei primi mediatori responsabile del

segnalamento intracellulare, cioè la proteina G che di solito è associata a

recettori di membrana ed è fondamentale per la trasduzione di uno stimolo alla

funzione finale della cellula.

 Esotossine che bloccano la neurotrasmissione: la tossina tetanica e la tossina

botulinica bloccano la neurotrasmissione ovvero il rilascio di acetil colina da

parte dei neurotrasmettitori. La tossina botulinica inibisce il rilascio di acetil

colina da parte dei moto neuroni che determina la paralisi flaccida. Il tetano

blocca invece, il rilascio di acetil colina a livello dei motoneuroni inibitori

determinando la paralisi spastica/tetanica.

Endotosine sono rilasciate a seguito della morte del batterio, sono LPS

 

componenti della parete cellulare del batterio. Sono dei potenti attivatori delle

reazioni immunitarie e infiammatorie, inducono il rilascio dei pricnipali mediatori

dell infiammazione: istamina, citochine come IL-1 e fattore di necrosi tumorale,

attivazione del complemento. In cao di rilascio massimo di endotossinre shock

settico con shock cardiocircolatorio per attivazione generalizzata dell’infiammazione

e quindi vasodilatazione generalizzata con calo della pressione e blocco

cardiocircolatorio.

Malattie reumatiche nel caso dei batteri è tipico l’effetto dello streptococco di tipo A che

può essere responsabile di endocarditi, miocarditi e nefriti reumatiche. Sono malattie

autoimmuni conseguenti a precedenti infiammazioni batteriche.

 BATTERI – cronicizzazione delle infezioni batteriche

Come avviene la cronicizzazione delle infezioni batteriche? In alcuni casi il batterio può

sopravvivere all’interno delle celllule ospiti, ma ci sono anche altri batteri che sono ospiti

fissi delle nostre cellule come il batterio della lebbra. Ci sono dei batteri che possono

sfuggire al sistema immunitario perchè variano periodicamente gli antigeni di superficie.

Un esempio è la borrelia che è un batterio che produce le febbri tropicali, intermittenti e

molto elevate. I batteri possono andare in contro a cronicizzazione perchè si nasconodono

dal sistema immunitario e si localizzano in aree protette. Particolarmente pericoloso è

l’inserimento di nuovo materiale inerte nei nostri tessuti: tipo valvole cardiache, protesi

dentarie, protesi ossee.

MODIFICAZIONI TISSUTALI IN RISPOSTA A CONDIZIONI PATOLOGICHE

 La risposta cellulare allo stress

La risposta sarà differente a seconda se lo stress è cronico (che perdura a lungo nel tempo)

o acuto (che può essere di intensità lieve o elevata). In caso di stress sia cronico che acuto, i

nostri tessuti attivano i sistemi omeostatici per cercare di adattarsi alle nuove condizioni

fenomeno dell’adattamento che permette ai tessuti di poter sopravvivere anche in

 ~ 33 ~

condizioni lesive avverse. Per far questo i tessuti utilizzano una serie di strategie: ad

esempio in caso di alterazioni del flusso ematico, il tessuto a valle avrà una minore

quantità di ossigeno e sostanze nutritive. Il tessuto si adatterà a questa nuova condizione

di ipossia cronica.

 Effetti dello stress cronico

In generale la condizione di stress cronico può essere osservata macroscopicamente come

modificazione del volume del tessuto o dell’organo: aumento di volume

(ipertrofia/iperplasia), diminuzione del volume (ipotrofia, atrofia). In caso di uno stress

cronico se l’effetto cessa avviene il ripristino delle condizioni normali. L’ipotrofia e

l’atrofia vanno distinte dall’aplasia e dall’ipoplasia. Esse sono delle alterazione congenite

caratterizzate da un organo o componente anatomico di diminutio volume rispetto al

normale (ipoplasia) o addirittura mancante (aplasia) dovute ad un alterato sviluppo

embrionale.

Lo stress acuto può essere di tipo lieve e in questo caso le cellule inizialmente cercano di

adattarsi ma successivamente si possono avere delle alterazioni che però sono reversibili.

Alla rimozione dello stress la cellula e il tesuto ritornano nele condizioni normali. In caso

di uno stress acuto inteso, provocherà delle alterazioni irreversibili morte della cellula

per necrosi o per apoptosi (=suicidio della cellula).

 Ipertrofia ed iperplasia

In questi casi c’è un aumento di volume.

Ipertrofia aumento di volume per aumento di volume delle cellule che costituiscono il

tessuto. È caratteristica dei tessuti costituite da cellule perenni = cellule non in grado di

dividersi. Casi di ipertrofia si possono produrre a livello dei miocardio e a livello del

tessuto muscolare. (spuria= aumento di volume dell’organo per la presenza di costituenti

che normalmente non sono nel tessuto come le cellule tumorali, infiammatorie, adipociti)

Iperplasia aumento di volume per aumento del numero delle cellule che lo

costituiscono. È caratteristica dei tessuti con capacità replicative = tessuti costituiti da

cellule che possono dividersi. Come le cellule labili, degli epiteli, o cellule stabili che

normalmente non si dividono ma che possono farlo come le cellule ghiandolari, le cellule

del fegato e tessuti in continua proliferazione come il tessuto linfatico e il tessuto

emopoietico. ~ 34 ~

Qual è la patogenesi dell’ipertrofia e dell’iperplasia?

Ipertrofie/iperplasie fisiologiche: ghiandola mammaria durante l’allattamento,

 muscolatura uterina nel caso della gravidanza;

Ipertrofie/iperplasie da aumentata richiesta funzionale: calli, ipertrofia della

 muscolatura scheletrica dell’atleta;

Ipertrofie/iperplasia da fattori congeniti;

 Ipertrofie/iperplasie da aumentata liberazione di ormoni o fattori di crescita.

 8° lezione

 Ipertrofia/iperplasia da fattori congeniti

Le isole del Langherans sono le parti del pancreas dove ci sono le cellule che producono

insulina. Nel feto di una madre diabetica avremo delle cellule che producono insulina a

compensazione del calo di glucosio. Iperplasia nel feto di una madre che ha insufficienza

tiroidea.

 Ipertrofia/iperplasia da aumentata richiesta funzionale

IPERTROFIA CARDIACA: aumentata richiesta funzionale diretta a tessuti implicati in

una certa funzione. C’è sempre un’aumentata richiesta fisiologica nel cuore degli atleti

(cuore grosso dei ciclisti) e patologica dovuta a alterazioni delle valvole cardiache. In

entrambi i casi aumentata la richiesta funzionale al muscolo cardiaco che quindi va in

contro ad un processo di ipertrofia.

IPERTROFIA MUSCOLI SCHELETRICI, MUSCOLATURA LISCIA, a seguito dell’attività

fisica degli atleti.

IPERTROFIA DELLA MUSCOLATURA DELLA VESCICA E DELLO STOMACO, in

questo caso a seguito dell’assenza dell’uretra difficoltà di svuotamento che richiede

un’aumentata richiesta di lavoro.

IPERTROFIA DEGLI ORGANI PARI quando ad esempio viene asportato un altro organo

(surrene, rene, ovaio) (silenzio funzionale quando uno dei due organi per necrosi non è

attivo)

IPERTROFIA di un organo a seguito di un’asportazione.

IPERPLASIA ERITROBLASTI/ERITROCITI nelle persone che vivono ad alte quote.

~ 35 ~

 Ipertrofia/iperplasia da aumentata liberazione di ormoni

Può avvenire in caso di tumore benigno all’ipofisi che determina una maggiore

produzione di ormoni e queste ghiandole vanno in contro ad un fenomeno di iperplasia.

 Ipertrofia e iperplasia – conseguenze fisiopatologiche

Inizialmente il tessuto che aumenta di volume non presenta delle alterazioni. Ci possono

essere degli effetti negativi patologici in alcuni tessuti (cuore). Il cuore ipertrofico migliora

la sua capacità lavorativa ma non c’è un contemporaneo sviluppo della rete vascolare

rispetto all’aumento di volume delle cellule. Quindi il cuore ipertrofico è potenzialmente

denutrito rischio ischemico. Può andare in contro a lesioni ischemiche che si riscontrano

nelle persone che soffrono di ipertrofia cardiaca ed è importante che nelle persone affette

da ipertrofia cardiaca non mettino sotto sforzo il cuore. Nell’iperplasia aumenta il n° delle

cellule di un tesuto e aumenta contemporaneamente il letto vascolare quindi le cellule

sono nutrite e ossigenate allo stesso tempo. Il problema è che c’è un maggiore rischio di

trasformazione cangerosa. Infatti quando le cellule si dividono è più facile che vengano

fuori delle mutazioni rischio della trasformazione tumorale.

 Ipotrofia e atrofia

È la variazione del volume di un tessuto nel senso di una diminuzione del volume

(fisiologiche in tutti i tessuti, nel timo durante l’accrescimento e alle vene ombelicali nel

neonato) a cui vanno in contro tutti i tessuti durante l’invecchiamento. Ogni qual volta un

tessuto non viene stimolato da un ormone trofico va in contro a ipotrofia/atrofia.

I tessuti diminuiscono di volume perché diminuiscono di volume le singole cellule. Di

solito questa diminuzione è a scapito del citoplasma cioè diminuisce il volume

citoplasmatico della cellula e questo perché diminuisce la sintesi delle proteine che li

costituiscono. Infatti il tessuto che è in ipertrofia/atrofia diminuisce di molto la sua attività

metabolica. Per questo tenderà a produrre meno proteine strutturali. Può diminuire il

numero di cellule perché diminuisce l’attività proliferativa.

Le ipotrofie possono essere di varia natura: fisiologica o da diminuito/ridotto apporto

nutritivo che può essere generalizzato oppure localizzato a un certo tessuto.

~ 36 ~

 Ipotrofie/atrofie da ridotto apporto nutritivo

Può essere dovuto per alterazione a livello vascolare per esempio per la presenza di

tumori, ci possono essere alterazioni arteriose, ci può essere anche una compressione

esterna del vaso o il blocco della fuoriuscita del sangue per la presenza di trombi vascolari.

Un’altra possibilità è indotta da un aumento della matrice extracellulare. Gli scambi fra il

sangue e le cellule parenchimali avvengono per diffusione attraverso gli spazi

extracellulari. Se questi spazi diventano fibrotici e aumenta il tessuto connettivo, gli

scambi diminuiscono e diminuisce l’apporto nutritivo ai tessuti (per esempio nel caso di

cirrosi epatica). Questo per quanto riguarda gli effetti localizzati. Poi ci sono atrofie

generalizzate in tutti i tessuti in seguito a mancato apporto nutritivo, dovuto a digiuno,

anoressia, malnutrizione o disturbi dell’assorbimento intestinale. Avviene con gradualità e

non tutti i tessuti si atrofizzano in contemporanea. Il primo tessuto che va in contro ad

atrofia è il pannicolo adiposo sottocutaneo: gli adipociti si trasformano in cellule

connettivali e da adipociti si trasformano in istiociti (cellule connettivali). Quasi

contemporaneamente abbiamo un’atrofia di tutti i tessuti di rivestimento e delle mucose

assottigliamento anche dei tessuti di rivestimento esterni e interni. Abbiamo anche

un’atrofia a livello del tessuto muscolare striato. Risparmio di energia diminuendo le

miofibrille contrattili. Anche il tessuto linfatico va in atrofia per una diminuzione

dell’apporto nutritivo (adiposo -> tess di rivestimento tess muscolare tess linfatico).

 

Solo in caso di digiuno molto prolungato avremo l’atrofia degli organi ghiandolari quali

fegato e rene. Invece sarà conservato fino alla morte il cuore e il tessuto nervoso.

 Ipotrofie/atrofie da ridotta stimolazione funzionale o ormonale

Altra possibilità è l’atrofia a seguito di una mancata stimolazione funzionale o ormonale. È

tipica l’atrofia delle ghiandole esocrine e endocrine quando manca la stimolazione

funzionale (ghiandole esocrine vanno in atrofia se si ostruiscono i dotti escretori delle

ghiandole, ghiandole endocrine a seguito della diminuzione degli ormoni stimolanti).

immobilizzazione.

L’atrofia del muscolo in seguito ad alterazioni a livello del tessuto nervoso e a

 Metaplasia

Si può produrre in seguito a stimoli irritativi cronici e abbiamo la differenziazione di un

tessuto in un altro. Questo tipo di metaplasia benigna vede la trasformazione di un tessuto

in un altro tessuto simile che deriva dallo stesso foglietto embrionale. Questo tipo di

~ 37 ~

alterazione è tipica dell’esposizione di zone limitate di un tessuto a stimoli irritativi.

Caratteristica è la metaplasia squamosa dei fumatori. Nel caso dei fumatori il monostrato

di cellule ciliate viene sostituito da epitelio pluristratificato non ciliato. Quindi ci possono

essere presenti aree di metaplasia in cui il tessuto monostratificato ciliato è sostituito da un

tessuto pluristratificato non ciliato. È proprio lo stimolo continuo irritativo delle sostanze

tossiche della sigaretta che blocca l’attività delle ciglia e che facilita questa trasformazione.

Altro fenomeno è la leucoplachia metaplasia che si ha a livello del cavo orale

 

formazione di aree biancastre cheratinizzate, probabile risposta agli stimoli traumatici

cronici dovuti alla presenza magari di protesi dentarie mal fatte. La metaplasia è un

fenomeno benigno la rimozione dello stimolo lesivo ripristina la condizione fisiologica

originale. Se si passa alla condizione di displasia il tessuto comincia a diventare irregolare

e le cellule hanno volume, forma dimensione e attività diversa.

 Danno cellulare acuto

Stimoli lesivi acuti possono essere di varia intensità: in caso di stimolo/intensità lieve le

lesioni che si producono sono reversibili quindi la rimozione dello stress lesivo

comporterà il ripristino delle condizioni fisiologiche normali. A livello morfologico le

cellule che vanno in contro a danno cellulare acuto presentano delle grossolane alterazioni

morfologiche. L’alterazione più tipica è quella del rigonfiamento idropico ovvero le cellule i

presenteranno aumentate di volume con un aumento degli organuli cellulari quali

mitocondri e reticolo endoplasmatico. Questo rigonfiamento a livello del RE può

determinare il distacco dei ribosomi e quindi alterazioni del processo di sintesi proteica.

Tipica è la formazione di protrusioni della membrana plasmatica che sono dovute ad

un’alterazione del citoscheletro (=serie di strutture che mantengono la forma della cellula).

 Danno cellulare irreversibile

Può essere provocato da tutte le case eziologiche quali agenti fisici, chimici e biologici, che

possono determinare la morte della cellula per necrosi. Da un punto di vista morfologico

le cellule appaiono invariate, in particolare le cellule che vanno in contro a danno

cellullare irreversibile presenteranno dei mitocondri con le creste mitocondriali alterate e

questo comporterà il blocco della produzione di ATP. Ci sarà la dissoluzione del RE con

blocco della sintesi proteica. Rottura dei lisosomi con rilascio degli enzimi degradativi

nella cellula e quindi fenomeni di autodistruzione della cellula. Anche il nucleo risulterà

alterato e può andare in contro a cariolisi. Infine la membrana plasmatica risulterà rotta e

quindi è impossibile mantenere l’attività cellulare e rilascia i costituenti all’esterno. È

possibile rilevare la necrosi rilevando nel sangue i marker caratteristici per quel tessuto

~ 38 ~

(aumento di transaminasi danno al fegato, aumento di creatinchinasi infarto).

 

Immagini istologiche di tessuti in necrosi ischemica (rene e cervello): le figure sottolineano

l’uniformità del tessuto. È impossibile distinguere perché non ci sono più i confini

cellulari. L’aspetto del tessuto risulterà amorfo.

Necrosi colliquativa e coagulativa un tessuto necrotico è costituito da un numero

ingente di cellule che hanno subito un danno. La necrosi a livello istologico si può

presentare come coagulativa o colliquativa. Coagulativa il contenuto di acqua nel

tessuto non c’è, è talmente basso che gli enzimi idrotici non funzionano. Il tessuto si

presenta amorfo, secco e friabile. Necrosi colliquativa si può verificare in ogni tipo di

tessuto quando avviene la morte cellulare ma è ancora presente un contenuto di acqua. In

questo caso il tessuto si presenterà amorfo e fluido.

La prima causa della morte cellulare è la causa ischemica.

Da un punto di vista clinico un pz è considerato morto quando cessa l’attività cardiaca e

respiratoria spontanea. Questa fase si chiama morte relativa. In questa fase si possono fare

delle tecniche rianimatorie che devono avvenire nei primi 5 minuti perché le cellule

corticali possono vivere in assenza di ossigeno solo per 5 minuti. I neuroni corticali

muoiono in 5 minuti. I neuroni subcorticali in 15 minuti. Se non si interviene entro 15/20

minuti avviene la morte intermedia elettro encefalo gramma piatto. Dopo la morte

intermedia si può fare il trapianto di organi anche se è buon uso mantenere il pz attaccato

alle macchine. Se artificialmente non vengono ossigenati i tessuti, anche le cellule muoiono

per morte ischemica. Quando l’ultima cellula dell’organismo è morta per morte ischemica

si parla di morte assoluta. A questo punto prevarranno i fenomeni degradativi:

formazione delle macchie ipostatiche (dovute al fatto che il sangue tende a scendere nelle

parti più declivi del corpo), rigidità cadaverica che si manifesta dopo circa 3 ore dalla

morte e permane per 2/3 giorni. Poi iniziano i fenomeni di putrefazione. Se non c’è

abbastanza acqua può avvenire la mummificazione dei tessuti molli.

La cancrena rappresenta una condizione in cui c’è una necrosi estesa di un tessuto tanto da

indurre in fenomeno auto evolutivo, è un fenomeno che si auto alimenta e può essere

bloccata solo con intervento chirurgico. Tipica dei casi di congelamenti. La cancrena

intestinale si può produrre quando si forma un volvo intestinale, a seguito di interventi

chirurgici (asportazione di tumori intestinali). Si verifica anche la cancrena degli arti

inferiori per alterazioni arteriose e in questo caso l’unica possibilità di intervento è

l’amputazione. ~ 39 ~

 Meccanismi della morte cellulare per necrosi

Il punto iniziale è il blocco dell’attività dei mitocondri: assenza di ossigeno, vengono

bloccati enzimi chiave della respirazione mitocondriale (cianuro). In tutti questi eventi

lesivi, l’effetto finale è quello del blocco dell’attività dei mitocondri quindi non si produce

più ATP la cellula va incontro a un danno irreversibile. Che cosa succede quando non

viene più prodotta ATP nei mitocondri? L’alterazione che viene considerata critica e

l’aumento del calcio intracellulare. Quest’alterazione si produce sempre, ogni qual volta

c’è il blocco dell’attività dei mitocondri. Il calcio in condizioni normali, viene mantenuto

sotto uno stretto controllo da vari sistemi cellulari. In particolare il calcio citosolico viene

mantenuto ad una concentrazione che è tenuta 10 mila volte più bassa all’interno. Questo è

importante perché minime alterazioni della concentrazione di calcio hanno un ruolo per

attivare/inibire importanti processi metabolici. Molti enzimi infatti, sono attivati da

minimi cambiamenti della condizione del calcio. Ci sono due magazzini intracellulari

(mitocondri e RE) dove il calcio è accumulato o rilasciato/riassorbito al bisogno. Inoltre ci

sono dei trasportatori ATP o meno dipendenti presenti sulla membrana plasmatica che

regolano il flusso di calcio dall’esterno o il suo efflusso. I trasportatori sono uno

dipendente da ATP, la calcio ATP-asi che utilizza ATP per far uscire calcio contro il

gradiente di concentrazione. Ci sono poi dei canali ionici del calcio e canali di scambio del

calcio con il sodio. Quando però non c’è più ATP nella cellula, tutti i sistemi, soprattutto

quelli che dipendono dall’ATP, non funzionano più aumento di calcio secondo

gradiente di concentrazione dentro la cellula. È stato teorizzato che quest’aumento di

calcio è la causa finale della morte della cellula perché il calcio a così elevate

concentrazioni può attivare i principali enzimi degradativi della cellula (proteasi,

fosfolipasi, endonucleasi). Questi enzimi degradativi sono quindi attivati da aumento

della concentrazione di calcio. Teoria per cui la cellula tenderebbe come a suicidarsi per

attivazione calcio-dipendende degli enzimi degradativi della cellula che degradano le

molecole nobili: proteine, DNA e lipidi. Dottorato: se tutto questo è vero, se noi mettiamo

le cellule in assenza di calcio all’esterno, dovremmo prevenire o ritardare la morte

cellulare. In realtà abbiamo avuto un risultato inaspettato: le cellule non solo morivano,

ma morivano prima. Quindi evidentemente il calcio aumenta ma non è un evento critico

della morte cellulare. Abbiamo cercato un altro meccanismo: abbiamo incubato le cellule

in assenza di sodio all’esterno le cellule diventavano resistenti alla morte, morivano

molto molto dopo. Allora abbiamo verificato se come il calcio, anche il sodio aumentava

nelle cellule prima che morissero. Ed effettivamente aumenta enormemente il contenuto di

sodio e che incubando le cellule senza sodio all’esterno quest’aumento non c’era. A questo

punto abbiamo cercato di capire perché aumenta il sodio nelle cellule. Che cosa succede

alle cellule quando non si produce più ATP nei mitocondri? Le cellule cercano di

compensare e l’unico altro meccanismo di produrre ATP senza ossigeno è la glicolisi

anaerobia, molto meno efficiente perché per ogni molecola di glucosio se ne producono 2

~ 40 ~

di ATP. Uno degli effetti dell’attivazione della glicolisi è l’abbassamento del PH della

cellula in quanto il prodotto finale della glicolisi è l’acido lattico. La cellula però tende a

compensare perché ha bisogno di mantenere tutti i suoi parametri stabili. Ci sono dei

meccanismi che regolano il PH che sono sodio-dipendenti. Si attivano i meccanismi

omeostatici di regolazione del PH che tendono ad alzarlo. Questi meccanismi sono:

scambiatore sodio-idrogeno che fa uscire ioni H in scambio con sodio, co-trasportatore

+

sodio-bicarbonato che entra insieme con il sodio. Normalmente questo sistema funziona

perché funziona anche la sodio-potassio-ATPasi che normalmente butta fuori sodio in

scambio del potassio. Ma in questo caso ATP ce n’è poca e quindi aumenta il sodio. Perché

l’aumento si Na induce la morte delle cellule? Il Na è uno ione osmoticamente attivo 

entrando Na si trascinasse dietro acqua aumento di volume delle cellule. Abbiamo

quindi misurato il volume delle cellule nelle condizioni tossiche. Abbiamo visto che

mentre aumentava il Na le cellule aumentavano di volume ma di un circa 15% rispetto al

normale. Ma intanto il Na continuava ad aumentare ma il volume non aumentava in

maniera proporzionale. Quindi evidentemente di attivava qualche cosa meccanismi

omeostatici di regolazione del volume. In questo caso il principale meccanismo di

regolazione del volume è la fuoriuscita di potassio: entra Na nelle cellule e le cellule

compensano facendo uscire il potassio. Quindi inizialmente le cellule cercano di far

mantenere il volume costante con questo meccanismo tramite l’attivazione dei canali del

potassio. Improvvisamente le cellule aumentavano il loro volume del 50% e si verificava

una rottura della membrana plasmatica. Quindi quando si arrivava ad un punto critico le

cellule improvvisamente aumentavano di volume e si rompeva la membrana plasmatica.

Abbiamo ipotizzato è che a seguito del blocco dell’ATP dei mitocondri, si attiva la glicolisi,

si abbassa il PH, attivazione dei meccanismi di regolazione del PH sodio-dipendenti,

scambiatore sodio-idrogeno che fa uscire protoni e fa entrare sodio, co-trasportatore sodio-

bicarbonato. Il Na entrato non può essere fatto uscire dalla sodio-potassio-ATPasi perché

manca l’ATP. Questo determina un aumento di volume che è inizialmente compensato dai

meccanismi che regolano il volume cellulare e in particolare dall’attivazione dei canali del

potassio. Ma improvvisamente la cellula aumenta di volume e si ha una rottura della

membrana cellulare. la morte cellulare è un complesso di eventi.

RIASSUNTO: La prevenzione dell’aumento del Ca2+ citosolico non previene la morte cellulare

ma la prevenzione dell’aumento del Na+ previene la morte cellulare. Qual è il meccanismo? La

mancata produzione di ATP mitocondriale attiva la glicolisi anaerobia acido lattico

abbassamento del pH intracellulare attivazione dei meccanismi che tamponano il pH aumento

del Na+ intracellulare che non è estruso dalla Na+/K+ ATPasi per la carenza di ATP. Perché

l’aumento del Na+ induce la morte? L’aumento di Na+ induce un aumento del volume cellulare

compensato dall’attivazione dei meccanismi che regolano il volume (principalmente i canali del

K+), quando il K+ non può più compensare l’aumento del Na+ c’è una improvvisa espansione del

volume con rottura delle plasmamembrane. ~ 41 ~

9° lezione

IL DANNO CELLULARE IRREVERSIBILE

L’APOPTOSI

 Morte cellulare programmata o apoptosi

È una morte fisiologica. Sono i tessuti e le cellule stesse che decidono di attivare la morte

della cellula perché è necessaria, troppo vecchia o potenzialmente dannosa. L’apoptosi è

un tipo di morte scoperta relativamente tardi, scoperta la prima volta nel 65 e chiamata

morte cellulare programmata. Nel 72 è stata chiamata apoptosi = caduta delle foglie.

Questo termine sottolinea la silenziosità del processo per apoptosi. In questo caso

muoiono cellule singole ed è un fenomeno che avviene fisiologicamente e quando non

funziona ci possono essere gravi conseguenze patologiche (sviluppo di malattie

autoimmuni o tumori). Quando si verifica?

Si verifica sempre nel corso della nostra vita già a partire dallo sviluppo embrionale

durante il quale c’è un fenomeno di rimodellamento dei tessuti inizialmente prodotti che

avviene grazie alla scelta delle cellule che costituiranno definitivamente i tessuti, organi.

Questo fenomeno non va considerato come uno spreco perché ci sono 2 grandi significati

di questo fenomeno: la flessibilità e il controllo di qualità durante lo sviluppo

embrionale sono presenti nell’embrione delle strutture che poi vengono eliminate per

apoptosi perché non servono all’individuo che crescerà. Flessibilità nell’embrione sono

presenti il dotto di Wolf che da origine all’apparato genitale maschile, e il dotto di Muller

che dà origine all’apparato genitale femminile e quindi successivamente verrà eliminato

per apoptosi l’apparato che non serve. Sono anche presenti delle strutture ancestrali come

i tubuli pronefritici che costituiranno poi l’apparato urinario dei pesci e degli anfibi, però

sono presenti nei mammiferi e poi verranno eliminati durante lo sviluppo embrionale.

Controllo di qualità assicura che i tessuti dell’embrione siano tutti costituiti da cellule

perfettamente funzionanti. Quindi vengono prodotte cellule in più. Queste cellule

prodotte in più muoiono per apoptosi perché mancano gli stimoli esterni vitali, che hanno

le cellule che sono normalmente presenti nel tessuto.

- Involuzione ormono-dipendente adulto: quando manca l’ormone bersaglio la cellula

prima diminuisce la sua attività funzionale e poi va in contro a morte per apoptosi.

- Turn-over cellulare: normale ricambio cellulare. Le cellule dei nostri tessuti proliferanti

verranno eliminate per apoptosi eliminazione delle cellule senescenti quelle che

vengono continuamente sostituite dalla popolazione giovane (vecchie).

~ 42 ~

- Morte dei linfociti B e T: vengono eliminati linfociti normali e potenzialmente reattivi.

In che modo? Per apoptosi che se non funziona si innesca la malattia autoimmune cioè

manteniamo linfociti autoreattivi nel nostro organismo. I linfociti attivati producono una

sostanza che si chiama fas-ligando che legandosi a un recettori fas della cellula bersaglio

ne induce la morte della cellula bersaglio. Può legarsi anche ai recettori fas degli stessi

linfociti e quindi indurre la morte per apoptosi. Questo è un meccanismo con cui vengono

tenute sotto controllo le dimensioni della popolazione linfocitaria. I linfociti, quando si

attivano le reazioni immunitarie, vanno in contro ad un’espansione clonale quindi

tenderebbero ad aumentare il loro numero in maniera esponenziale. In che modo tengono

sotto controllo il numero dei linfociti attivi? Producendo questa molecola che induce la

morte di ulteriori linfociti prodotti. In questo modo il n° degli elementi attivi rimane

sempre costante.

- Morte indotta da linfociti citotossici: tramite fas-ligando o iniettando direttamente nella

cellula una sostanza, il gran enzima B, che attiva direttamente la morte per apoptosi.

- Morte indotta da agenti fisici, chimici e biologici: la morte per apoptosi può essere

indotta da tutte le stesse condizioni che inducono la morte per necrosi (radiazioni, stress

ossidativo, ipossia).

 Differenze fra apoptosi e necrosi

APOPTOSI NECROSI

 

Membrana plasmatica mantenuta integra fino alla Membrana plasmatica si rompe

fine 

Volume cellulare aumenta progressivamente

Volume cellulare diminuisce 

Organuli intracellulari vanno in contro a

Organuli intracellulari rimangono intatti degradazione

 

Frammentazione del DNA viene frammentato in Frammentazione del DNA non avviene

pezzi tutti uguali (frammenti di 180-200 pb) 

Attivazione della transglutaminasi non si attiva

Attivazione della transglutaminasi si attiva e 

Morte delle cellule dissoluzione della cellula

determina dei legami fra le proteine del citoplasma 

In che modo muoiono vaste aree vanno in contro a

Morte delle cellule si frammentano e si formano morte determinando un’alterazione funzionale e

dei corpi apoptotici rivestiti da membrana strutturale del tessuto

In che modo muoiono isolata all’interno del tessuto 

Conclusione attivazione del processo infiammatorio

e non altera funzionalmente e strutturalmente il e riparazione del danno con cicatrizzazione

tessuto ~ 43 ~

Conclusione eliminazione delle cellule morte da

parte delle cellule vicine con un fenomeno che non

comporta l’attivazione del processo infiammatorio.

 Le fasi del programma apoptotico

Si può dividere in 4 fasi:

fase di iniziazione, in cui ci sono gli stimoli che attivano il meccanismo di morte

 fase di regolazione, in cui le cellule hanno ancora la possibilità di decidere tra la

 vita e la morte

fase di esecuzione, in cui verranno prodotti tutti i cambiamenti cellulari che sono

 caratteristici delle cellule che muoiono per apoptosi

fase di rimozione delle cellule morte

INIZIAZIONE è una fase in cui alcuni stimoli o la mancanza di questi stimoli attiva la

morte per apoptosi. Stimoli lesivi dati in basse dosi come tossine, veleni, radicali liberi,

possono attivare il processo di apoptosi perché producono danno al DNA. Il danno al DNA

indurrà la morte per apoptosi se il danno non viene riparato.

- Mancanza di fattori di crescita o di ormoni: se manca uno stimolo che proviene

dall’ambiente extracellulare vuol dire che la cellula non ci serve più innescato il processo

di apoptosi perché la mancanza di ormoni che non si legano ai recettori che inibiscono

l’attivazione del processo di morte per apoptosi. Infatti ci sono dei fattori che nella cellula

impediscono che la morte per apoptosi avvenga sempre.

- Apoptosi indotta da fas ligando: il fasligando si lega al recettore fas di morte e questo

tipo di morte cellulare, tipica dei linfociti, attiva l’inizio del processo di morte per

apoptosi. Attivazione anche del recettore TNF (fattore di necrosi tumorale) che agisce

legandosi al suo recettore di morte.

- Meccanismo di morte indotto da linfociti citotossici: iniettano una sostanza che attiva

direttamente la morte per apoptosi. In particolare producono una proteina, chiamata

perforina che si inserisce nelle membrane delle cellule bersaglio. Attraverso il poro

prodotto dalla perforina, iniettano il gran enzima B che attiva direttamente l’esecuzione

dell’apoptosi.

REGOLAZIONE in questa fase le cellule possono ancora scegliere fra la vita e la morte

e in questa fase intervengono sia proteine pro-morte e proteine che inibiscono l’apoptosi e

quindi a bloccarla. La prevalenza di un gruppo o un altro provocherà la vita o la morte

della cellula. ~ 44 ~

ESECUZIONE le protagoniste sono le caspasi, che sono proteasi che tagliano proteine

bersaglio e producono tutti quei cambiamenti tipici della cellula che muore per apoptosi:

tipo il taglio del DNA (collassamento della cellula, taglio di DNA, formaizione dei corpi

apoptotici…)

RIMOZIONE DELLE CELLULE MORTE le cellule che muoiono per apoptosi vengono

riconosciute dalle cellule vicine e vengono immediatamente fagocitate ed eliminate

direttamente dalle cellule vicine senza attivare i meccanismi dell’infiammazione.

 Esempio di meccanismo di iniziazione del processo di morte per apoptosi

Meccanismo ben identificato è quello indotto dall’attivazione dei cosiddetti recettori di

morte: recettore FAS e recettore TNF. A questi recettori si legano molecole prodotte dai

linfociti attivati. Il fasligando, legandosi al suo recettore fas, induce la morte di cellule

bersaglio o di altri linfociti attivati. Da un punto di vista molecolare quando il recettore fas

si lega alla molecola bersaglio, il fas ligando si attiva il recettore di morte attivato

determina il reclutamento di una proteina regolatrice chiamata FAD. Il complesso di

morte (recettore attivato+FAD) determina l’arrivo vicino al recettore di più molecole di

caspasi, procaspasi 8 non attiva. Queste caspasi sono le protagoniste del processo di morte

per apoptosi. Viene attivata al livello del recettore di morte attivato dal fasligando. Una

situazione analoga si verifica nel caso del TNF. Anche lui ha un suo specifico recettore di

morte. A seguito del loro legame, intervengono 2 proteine regolatrici: FAD e TRAD che a

loro volta determinano il reclutamento di più molecole di caspasi 8 non attiva e che viene

attivata al livello del recettore di morte e inizia la sua funzione.

Le CASPASI possono avere un ruolo sia nella regolazione che nell’esecuzione. Sono

state identificate numerose molecole di caspasi: alcune hanno un ruolo nell’infiammazione

e altre nella regolazione e nell’esecuzione. Qual è la differenza fra le caspasi regolatrici e

quelle effettrici? Le caspasi regolatrici (ad esempio la 8) sono caratterizzate da un alto peso

molecolare e sono presenti in basse concentrazioni nella cellula e hanno una bassa attività

proteolitica. Le caspasi esecutrici sono molecole piccole presenti in elevata concentrazione

nella cellula e sono molto attive dato che hanno un’alta attività proteolitica. Cosa sono? Le

caspasi sono delle proteasi ovvero degli enzimi che hanno la capacità di tagliare la

proteina bersaglio. Si chiamano caspasi perché tagliano la proteina bersaglio dopo un

residuo di acido aspartico (amminoacido).

Effetto delle caspasi:

indurre l’alterazione della funzione della proteina (loss of function) la proteina

 

tagliata perderà la sua funzione

attivazione della proteina bersaglio (gain of function) accade quando viene tagliato

 un frammento che inibisce l’attivazione della proteina

Le caspasi possono essere attivate attraverso 3 meccanismi:

~ 45 ~

1. Reazioni a catena: le caspasi esecutrici/effettrici vengono attivate da una caspasi

precedente tramite taglio/eliminazione di un frammento inibitorio;

2. Le caspasi regolatrici vengono attivate in generale per interazione con altre proteine

regolatrici

caspasi 8: quando si attiva il recettore di morte vengono attratte vicino al

 recettore più molecole di caspasi 8. Si ritiene che questa vicinanza di caspasi 8

non attive, determini la mutua attivazione per reclutamento di più molecole di

caspasi 8 che comunque hanno una bassa attività proteolitica di per se stessa;

caspasi 9: media l’apoptosi di tipo mitocondriale e viene attivata perché

 interagisce con altre proteine regolatrici quali citocromo C, apaf-1 (proteina

proapoptotica presente nel citoplasma) e ATP; si forma il complesso

apoptosoma che serve ad attivare la caspasi 9.

Sono le caspasi che inducono tutte le alterazioni morfologiche della cellula che muore per

apoptosi. È stato osservato che se trattiamo le cellule con uno stimolo apoptotico e poi

blocchiamo le caspasi con un inibitore farmacologico, si blocca l’apoptosi. Le caspasi

tagliano proteine bersaglio ma il loro effetto non è casuale, hanno dei bersagli specifici.

Come funziona il taglio del DNA in frammenti tutti uguali in questo caso è

responsabile la caspasi 3 che attiva un enzima che degrada il DNA in pezzi tutti uguali.

Quest’enzima è normalmente presente nelle nostre cellule m può essere attivata solo

dall’apoptosi e in particolare dalla caspasi 3 che attiva un enzima che degrada il DNA in

pezzi tutti uguali. Quest’enzima è normalmente presente ma può essere attivato solo se le

cellule muoiono per apoptosi. Tagliano le proteine del citoscheletro, in particolare quello

nucleare il nucleo delle cellule che muoiono per apoptosi tenderà a diminuire di volume

e si collassa. Possono tagliare anche il citoscheletro della cellula che tenderà a

frammentarsi in corpi apoptotici.

 I mitocondri

FASE DI REGOLAZIONE della morte per apoptosi dipendente dai mitocondri:

1) Formazione pori membrana esterna e rilascio citocromo C: il citocromo C è uno dei

citocromi della fosforilazione ossidativa e in condizioni normali serve a produrre

ATP. Ha anche un ruolo fondamentale nell’induzione dell’apoptosi. Sarà proprio il

rilascio di citocromo C che determinerà la formazione dell’apoptosoma che serve ad

attivare la caspasi 9. Infatti quando deve avvenire la morte per apoptosi si formano

dei pori dai quali esce citocromo C che insieme ad apaf-1 e caspasi 9 costituisce

l’apoptosoma.

2) formazione dell’apoptosoma

3) ruolo inibente/promuovente dei membri della famiglia del Bcl-2: sono le proteine

che promuovono questo fenomeno e con questo la cellula può scegliere se vivere o

morire. Queste proteine possono stare o nel citoplasma o attaccate ai mitocondri e

possono anche muoversi dal citoplasma ai mitocondri. Hanno la caratteristica di

~ 46 ~

legarsi fra loro formano dei dimeri (BAX-BAX, BAX-Bcl-2). Alcune hanno un

effetto proapoptotico (BAX e BID) altre hanno un effetto antiapoptotico (Bcl-2 e Bcl-

xL). Dato che si legano tra loro a caso, gli etero-dimeri non sono attivi ma gli omo-

dimeri si. Gli ormoni fanno produrre Bcl-2 che è antiapoptotico. Se aumenta la

quantità di uno che induce la morte viene indotta la morte, se aumenta la quantità

di antiapoptotici non si ha Se aumenta la quantità di uno che induce la morte viene

indotta la morte, se aumenta la quantità di antiapoptotici non si ha la morte. In

molti linfomi umani aumenta la concentrazione di Bcl-2.

10° lezione

 In che modo i membri della famiglia del Bcl-2 possono influenzare la vita o la morte della

cellula?

La morte quando si attiva il recettore di morte, per esempio quello di FAS, recluta la

proteina regolatrice FAD e molecole di caspasi 8 inattiva Le molecole di caspasi 8 inattive

reclutate intorno al recettore, dato che hanno una bassa attività proteolitica, sono in grado

di attivarsi a vicenda. La caspasi 8 può attivare le caspasi esecutrici inducendo la morte o

può attivare un membro proapoptotico della famiglia del Bcl-2 (BID). La caspasi 8 attivata

può attivare quindi l’apoptosi mitocondriale, Bid che migrando sui mitocondri induce il

rilascio di citocromo C. il citocromo C legato all’apaf-1 e alla procaspasi-9 forma

l’apoptosoma che serve ad attivare la caspasi 9 che a sua volta attiverà le caspasi esecutrici

ovvero la caspasi 3.

 In che modo i membri della famiglia del Bcl-2 possono indurre la formazione dei pori?

È stato dimostrato che tutti i membri della famiglia del Bcl-2 si possono inserire nelle

membrane mitocondriali, anche se è ancora incerto come si possano formare questi pori.

La teoria più accreditata è che i membri proapoptotici (tipo BAX o BID) possano interagire

con canali preesistenti. Il più probabile candidato è il canale anionico dipendente da voltaggio

(VDAC) che è normalmente presente nei mitocondri ma permette il passaggio di piccoli

ioni negativi. Si ritiene che interagendo con i membri proapoptotici (BAX e BID) questi

consentano un aumento delle dimensioni del canale che favorisce il rilascio di uscita di

citocromo C. ~ 47 ~

 Regolazione – danno al DNA e p53

Il DNA è soggetto ogni giorno a migliaia di attacchi che ne modificano la struttura.

L’alterazione del DNA attiva simultaneamente sia la riparazione del DNA che il processo

di apoptosi. Se la riparazione va a buon fine l’apoptosi si blocca, se la riparazione non va

avviene l’apoptosi va avanti. In questo processo ha un ruolo fondamentale la proteina p53.

È infatti grazie a questa proteina che avviene la scelta della cellula della vita o della morte.

La p53 cosa fa viene danneggiato il DNA e a questo punto la p53 si attiva perché è un

sensore del danno al DNA, e agisce come fattore di trascrizione ovvero attiva geni

specifici. Geni attivati: p21 (=inibitore del ciclo cellulare) quindi viene bloccata la divisione

cellulare per evitare che il danno cellulare si trasferisca alle figlie, poi viene attivato il gene

che codifica per enzimi di riparazione del DNA, GADD 45 (=danno al DNA e arresto della

crescita). Se il danno è riparato correttamente viene prodotta la proteina MDM 2 che

degrada p53 e la cellula sopravvive tranquillamente. Se il danno al DNA non viene

riparato la p53 procede nel suo processo di trascrizione genica e fa attivare BAX che

induce la morte. P53 è importante perché è in grado di sentire il danno cercare di ripararlo

e se non ce la fa di indurre la morte. P53 è una delle poche proteine che è coinvolta nel 50%

dei tumori umani. La cellula che ha mutato p53,in seguito a danno a DNA, il ciclo cellulare

non viene bloccato e la mutazione al DNA viene trasmessa alle cellule figlie tumore.

 Regolazione - Le vie di morte per apoptosi

Ne esistono 2 tipi:

La via dei recettori di morte

 La via dei mitocondri

Le caspasi esecutrici sono le proteasi che determinano tutte le alterazioni morfologiche

della morte per apoptosi. Ci sono delle proteine, proteine IAP (chiamate così perché sono

le inibitrici dell’apoptosi), che sono dei potentissimi inibitori della caspasi 3, la caspasi

esecutrice. Questo vuol dire che le nostre cellule hanno attivato una serie di meccanismi

complessi, sono arrivate ad attivare caspasi 3 ma ci sono degli inibitori delle caspasi che

sono le proteine IAP. Perché questo? In realtà la funzione delle proteine IAP è evitare

un’attivazione casuale delle caspasi esecutrici che possono attivare la morte per apoptosi

anche quando non ce n’è di bisogno. La cosa interessante è che quando l’apoptosi si deve

produrre le IAP saranno bloccate perché dai mitocondri, oltre al citocromo C, esce anche

SMAC DIABLO che è a sua volta un inibitore delle IAP. In questo modo le caspasi

esecutrici sono sotto controllo, ma quando l’apoptosi deve andare avanti esce anche un

potente inibitore delle IAP. ~ 48 ~

 La rimozione delle cellule morte – fagocitosi delle cellule apoptotiche

Le cellule che muoiono per apoptosi vengono immediatamente eliminate dalle cellule

vicine che le riconoscono perché espongono sulla membrana cellulare dei segnali che

vengono riconosciute dai recettori presenti sulle cellule vicine. Il legame più studiato è la

fosfatidilserina che è un fosfolipide che le cellule normali sta nella parte interna della

membrana cellulare. Durante il processo di morte per apoptosi, il fosfolipide viene

espresso sulla parete esterna delle cellule e viene riconosciuto dalle cellule vicine che si

legano alla cellula apoptotica, la fagocitano e poi la distruggono. Ci sono altri segnali

simili come quelli dei Recettori per C1q, trombospondina, proteina b 2.

Qual è il significato dell’eliminazione immediata delle cellule apoptotiche?

 Significato classico: l’eliminazione di cellule/corpi apoptotici immediatamente

perché a lungo andare rilascerebbero nell’ambiente esterno i costituenti interni della

cellula che quindi attiverebbe l’infiammazione evita l’attivazione del processo

infiammatorio;

 Nuovi significati: se l’infiammazione è già in atto, la fagocitosi si cellule

apoptotiche da parte di una cellula infiammatoria attivata la spegne, la inibisce

perché si è visto che quando le fagocitano c’è una minore produzione di mediatori

che attivano l’infiammazione e una maggiore produzione di mediatori che

inducono una fase successiva all’infiammazione ovvero la riparazione dei tessuti.

Infatti c’è un a minore produzione di TNF e di ossido nitrico e un’aumentata

produzione di FASL (CD95L) e TGF beta.

Alterata secrezione:

+TGFb -TNFa -NO +CD95L

 La disregolazione dell’apoptosi

Quando l’apoptosi non funziona (parlando di apoptosi fisiologica) si possono produrre

delle patologie quali cancro (per p53) e malattie autoimmuni (per linfociti auto-reattivi)

Ci sono anche malattie in cui il processo apoptotico avviene nel senso che c’è un eccesso di

apoptosi. Per esempio malattie degenerative, come l’alzaimer, sono causate dall’aumento

di morte per apoptosi dei neuroni dovuto ad accumulo di una proteina chiamata amiloide.

C’è un aumento dell’apoptosi anche durante il danno ischemico. È stato dimostrato che

l’ipossia può attivare di per se la p53 e le cellule oltre a morire per necrosi, possono anche

morire per apoptosi. P53 normalmente attiva la riparazione del DNA che se avviene

correttamente viene prodotto mdm2 che degrada p53 e quindi non si produce l’apoptosi.

~ 49 ~

In caso di ipossia, l’ipossia attiva p53. Ma l’ipossia non indure danno al DNA quindi dato

che la p53 è attiva non ripara il danno al DNA perché realmente non c’è e quindi la p53

comunque induce l’apoptosi.

L’INFIAMMAZIONE

Cos’è l’infiammazione?

È un fenomeno prevalentemente locale, infatti è caratterizzata da

una serie di reazioni a cui va in contro un tessuto che è stato

danneggiato e che deve essere vascolarizzato in risposta ad un danno locale. Qualsiasi tipo

di agente lesivo (fisico, chimico biologico) induce attivazione dell’infiammazione.

A cosa serve l’infiammazione?

Serve ad eliminare l’agente che ha causato il danno quando è possibile, e in generale

l’infiammazione serve poi ad eliminare le cellule morte.

 In cosa consistono le reazioni infiammatorie?

Hanno come protagonista principale il microcircolo (cioè la rete capillare). Questo

soprattutto nell’infiammazione acuta, la fase iniziale detta angioflovosi (fase protettiva

dell’infiammazione) perché hanno un ruolo da protagonista i capillari, vasi sanguigni. Di

solito si risolve in poco tempo/pochi giorni. Se però l’agente lesivo non riesce ad essere

eliminato o se abbiamo più stimoli lesivi, l’infiammazione diventa cronica e quindi

patologica. In questo caso saranno importanti le reazioni tessutali. Per questo

l’infiammazione cronica si chiama istoflovosi per sottolineare il ruolo dei tessuti. In

generale nell’infiammazione acuta hanno un ruolo fondamentale i vasi sanguigni perché è

da qui che arrivano le cellule dell’infiammazione: globuli bianchi, e mediatori

dell’infiammazione, quali proteasi plasmatiche.

1) fase di vasodilatazione aumentare la quantità di sangue nella zona danneggiata,

2) aumento della permeabilità dei vasi sanguigni: permette il passaggio delle cellule

infiammatorie nell’area danneggiata,

3) fagocitosi degli agenti lesivi o delle cellule morte.

 Le cellule dell’infiammazione

Sono di origine plasmatica per la maggior parte; altre sono già presenti nei tessuti come i

mastociti ma anche essi si originano nel midollo emopoietico. Le cellule

~ 50 ~

dell’infiammazione hanno nell’infiammazione due ruoli: regolazione/mediazione

producono i mediatori che attivano, amplificano o spengono il processo infiammatorio, e

un ruolo effettore ovvero producono gli effetti dell’infiammazione, in particolare la

fagocitosi.

 I monociti/macrofagi

Sono cellule che si originano nel midollo emopoietico. Nella forma immatura si chiamano

promonociti, passano nel sangue dove maturano in monociti. I monociti hanno un aspetto

tondeggiante. Quando i monociti attraversano la barriera vascolare e passano nei tessuti, si

trasformano in macrofagi. La loro funzione è quella della fagocitosi. Hanno anche delle

funzioni regolatrici: producono mediatori quali citochine IL-1, IL-6, TNF alfa. Queste

citochine sono implicate nella regolazione positiva e negativa dell’infiammazione e anche

nella produzione degli effetti sistemici dell’infiammazione. I monociti/macrofagi arrivano

nella sede del danno dopo 2 o 3 giorni.

 I granulociti

Sono i primi ad arrivare. Si originano nel midollo emopoietico. La forma immatura si

chiama promielociti che nel sangue maturano in granulociti neutrofili che hanno un

nucleo plurilobato e per questo vengono anche dette polimorfonucleate. Sono le prime

cellule fagocitarie ad accumularsi nella zona infiammata e producono la stessa gamma di

mediatori. Funzione regolatrice:

 I (granulociti) basofili fatt. chemiotattici per i

granulociti, istamina,

leucotrieni C4,D4,E4

Hanno solo funzione regolatrice. Sono cellule del sangue prodotte al livello del midollo

emopoietico e producono delle sostanze che attivano o amplificano il processo

infiammatorio: istamina, leucotrieni C4, D4, E4 e fattori chemiotattici (sostanza che attrae

un tipo di cellule nella zona che è il centro del focolaio infiammatorio) per i granulociti.

~ 51 ~

Funzione regolatrice:

 I mastociti fatt. chemiotattici per i

granulociti, istamina,

leucotrieni C4,D4,E4

Sono cellule di provenienza midollare, ma migrano precocemente nei tessuti. Infatti sono

già presenti in tutti i nostri tessuti in forma inattiva quando si produce il danno saranno

i primi sensori che produrranno cellule che attivano l’infiammazione. Producono le stesse

sostanze dei basofili soltanto che li producono prima perché subito sono già li.

Funzione effettrice:

contrazione,

aggregazione

piastrine

Funzione regolatrice:

produzione molecole

di adesione e ossido

 Le cellule endoteliali nitrico

Sono i costituenti dei capillari. Partecipano attivamente all’esecuzione e all’attivazione del

processo infiammatorio. Quindi hanno sia una funzione regolatrice che una funzione

effettrice. La funzione effettrice: le cellule endoteliali contraendosi rapidamente si staccano

(per effetto delle sostanze vasopermeabilizzanti) tra di loro consentendo l’aumento della

permeabilità vascolare e consentendo il passaggio delle cellule e dei mediatori

dell’infiammazione; permettono l’aggregazione delle piastrine. Altra funzione importante

è la produzione di mediatori dell’infiammazione: ossido nitrico, responsabile della

vasodilatazione. Le cellule endoteliali producono le molecole di adesione sostanze che

esposte sull’endotelio, favoriscono l’attacco dei leucociti.

 Le piastrine

Sono cellule del sangue e la loro funzione effettrice è quella dell’aggregazione e producono

tronco bianco che blocca le piccole emorragie. Durante questa fase dell’infiammazione le

piastrine si degradano e rilasciano vari mediatori dell’infiammazione: istamina e

serotonina immediatamente e altre che servono ad amplificare metaboliti dell’acido

arachidonico (prostaglandine, trombossani e leucotrieni) e fattori di crescita che saranno

importanti nella successiva riparazione dei tessuti.

~ 52 ~


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Corso di laurea: Corso di laurea in infermieristica (ALBA, ALESSANDRIA, BIELLA, NOVARA,TORTONA, VERBANIA)
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I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher jessiluci94 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Patologia generale e clinica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Piemonte Orientale Amedeo Avogadro - Unipmn o del prof Carini Rita.

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