Patologia generale e immunologia

Patologia generale e immunologia

Introduzione alla patologia generale

La patologia generale studia:

• Eziologia: gli agenti chimici, fisici e biologici che causano la comparsa delle manifestazioni patologiche.
• Patogenesi: meccanismi con cui gli agenti eziologici modificano lo stato di salute.
• I meccanismi con cui l’organismo reagisce, determinando il persistere della condizione patologica.

Origine ed evoluzione della patologia generale

Giovan Battista Morgagni (1682-1771): a lui si deve il passaggio fondamentale della medicina empirica a una fase razionale su dati oggettivi dell’esame autoptico. Prima degli studi di Morgagni le dissezioni anatomiche venivano eseguite in Europa sui cadaveri dei giustiziati. Lo stesso avveniva dagli studi di Galeno, medico dei gladiatori, I secolo. Importante anche il medico belga Andrea Vasalio (1514-1564).

La patologia generale studia i processi patologici elementari. L’indagine dei fenomeni patologici si è spostata dallo studio di un organo a livello di cellule e organuli cellulari e infine alle molecole. Il fine della medicina moderna è duplice:

• Recupero dello stato di salute.
• Mantenimento di questo negli individui sani.

Rudolph Virchow (1821-1905): fondatore della patologia cellulare. Intuì e stabilì che la sede primaria di ogni malattia risiede nelle cellule. È nelle cellule che vanno cercate e studiate le alterazioni morfologiche e funzionali. Successivamente si parlò di "lesione biochimica". Concetto di "malattia molecolare" (L. Pauling).

Il metodo sperimentale

Anche se la patologia generale venne ideata in Germania, si deve al fisiologo francese Claude Bernard (1813-1878), il merito di avere enfatizzato l’importanza del metodo sperimentale nella ricerca biomedica. Dimostrando anche le leggi fisiche e chimiche sovrintendendo anche allo sviluppo delle funzioni biologiche. Introdotta in Italia, la patologia generale trovò diversi autori: Camillo Golgi (1844-1926) e Giulio Bizzozero (1846-1926).

Lo stato di salute

È una condizione fisiologica di difficile definizione. Concetti fondamentali di omeostasi e di adattamento.

Omeostasi: meccanismi messi in atto da ogni essere vivente per mantenere costante e a livello ottimale tutte le funzioni vitali dei suoi organi, cellule, tessuti e apparati che lo costituiscono.

Adattamento: capacità che hanno le cellule di modulare alcune loro funzioni sotto l’influenza di stimoli di vario tipo.

Manifestazioni patologiche

• Il fenomeno morboso (es. abrasione cutanea, ...)
• Il processo morboso (es. infiammazione, febbre, ...) dovuto a più fenomeni morbosi:
  • Vasodilatazione
  • Iperemia
  • Diapedesi dei leucociti
  • Leucocitosi
• Lo stato morboso (es. miopia, perdita di un rene, ...). A questo stato si verifica un adattamento
• La malattia (situazione dinamica dell’intero organismo ...)
  • Perturbazione della condizione omeostatica
  • Stato di reattività dell’intero organismo

La malattia può evolvere in:

• Guarigione
• Cronicizzazione
• Morte

La malattia provoca quasi sempre la comparsa di fenomeni soggettivi e obbiettivi: sintomi. Diagnosi – prognosi (decorso e tempistica della malattia) – terapia.

Principali criteri di classificazione delle malattie

• Topografico: es. malattie dell’addome, collo, torace...
• Anatomico: es. malattie dello stomaco, rene, cuore, ...
• Funzionale: es. malattie psichiche
• Patologico: es. malattie infiammatorie
• Eziologico: es. malattie infettive, virali, ...
• Epidemiologico: es. malattie stagionali, professionali, ...
• Molecolare: es. patologie del DNA, dei glucidi, dei lipidi, ...

Eziologia

Le cause, o agenti eziologici, possono essere:

• Determinanti
• Coadiuvanti

A seconda della risposta dell’organismo, esso può essere:

• Recettivo: l’organismo subisce la patologia
• Refrattario: l’organismo non ha il rischio di contrarre la patologia
• Resistente: l’organismo ha la capacità di contrastare la patologia
• Reattivo: una risposta di protezione è molto potente e il contatto con quel virus non dà alcun sintomo

Patogenesi

Si indicano i meccanismi della malattia. Sono molto numerosi e complessi. A volte non si riesce a intervenire sulla causa ma si può interferire sul meccanismo di tale malattia. Es. Microorganismo Corynebacterium dyphteriae: esotossina o tossina diffterica – inibizione, sintesi proteica. Ci vogliono delle antitossine = anticorpi.

Vaccinazione e terapia

Può avvenire una guarigione spontanea solo se l’individuo sintetizza e produce rapidamente una quantità di anticorpi in grado di neutralizzare la tossina. La prevenzione (profilassi) della difterite si effettua con la vaccinazione, che avviene inoculando la tossina opportunamente svelenata, che prende il nome di anatossina o tossoide. In breve le anatossine mantengono il potere antigene ma perdono quello patogeno. E per intervenire nei soggetti infettati e non vaccinati? Quale terapia? Si può utilizzare la sieroprofilassi, usando degli anticorpi prelevati dagli animali, svelenati e introdotti nell’uomo.

Immunologia

Aspetti generali del sistema immunitario

Cellula immunitaria: macrofago. Venne scoperta a fine '800 da un ricercatore russo, studiando le stelle marine. Non le troviamo nel sangue ma troviamo il suo precursore, il monocita. Presenta diversi granuli, i lisosomi, che servono per uccidere completamente l’invasore. La fagocitosi è un meccanismo fondamentale che permette di inglobare microorganismi e di eliminarli.

Come funziona il sistema immunitario

Sistema immunitario innato (diverse cellule, molto più veloce), adattativo (entra in gioco quando il microrganismo è più agente di patologie importante, di cui fanno parte i linfociti). Essi interagiscono sovrapponendosi. Si parlerà di cellule, recettori e fagociti.

I linfociti T e la laurea in Timica

• T helper (regista o coordinatore del S.I.)
• T killer o citotossici (CTL, cytotoxic T lymphocytes)
• T regolatori (detti anche treg inibitori)

L’allenatore della squadra del sistema immunitario: cellula dendritica. La memoria immunologica (ruolo dei vaccini). Gli organi linfoidi secondari (linfonodi, milza,...). Il sistema immunitario ci protegge e deve eliminare patogeni. Deve essere attivato e disattivato quando il microbo viene eliminato. Se qualcosa va storto si va incontro a delle patologie come ipersensibilità, autoimmunità o immunodeficienze (ereditarie o acquisite).

Storia dell’immunologia

Immunità = esenzione. Deriva da immunitas: persona che aveva superato una malattia e poteva aiutare gli altri a superarla in quanto non si ammalava più. È la scienza che studia i meccanismi cellulari e molecolari con cui il nostro corpo si difende da ogni tipo di invasione. Questi meccanismi eliminano anche le cellule che diventano anomale in seguito a cellule invecchiate, stressate e a mutazioni genetiche.

Il concetto di vaccino

Il vaccino è un preparato che viene introdotto nell’organismo sano per stimolarlo a produrre anticorpi specifici. 1798 Edward Jenner: utilizza il vaiolo bovino (Virus Vaccino) analogo a quello umano, per indurre protezione verso il virus patogeno.

Componenti del sistema immunitario

Il sistema immunitario è costituito da:

• Molecole (anticorpi)
• Cellule (macrofagi, linfociti, ...)
• Organi (linfonodi, milza,...)

Esso è diffuso in tutto il nostro corpo. Tre strategie di difesa:

• Involucro: la cute e le mucose impediscono all’invasore di entrare nell’organismo;
• Immunità innata: meccanismi che bloccano l’invasore appena entra;
• Immunità adattativa: messa a punto di risposta cellulare e anticorpale verso specifici costituenti dell’invasore.

I linfociti

Hanno differenti capacità:

• Diversificazione
• Specificità
• Memoria

Teoria della selezionale clonale di Burnet (1957). La specificità è determinata prima che avvenga l’incontro con l’antigene. I linfociti con recettori che riconoscono antigeni autologhi (self) vengono eliminati durante lo sviluppo nel timo. Il linfocita che riconoscerà l’antigene (Ag) andrà incontro a intensa proliferazione: clone di cellule effettrici e di cellule della memoria.

Linfociti T e B

Linfociti T di derivazione dal timo. Linfociti B, da Borsa (di Fabrizio) o bone marrow, midollo osseo. Cellule piuttosto piccole: diametro di 8-10 micron. Sono indistinguibili dal punto di vista morfologico.

Marcatori fenotipici

Proteine sulla membrana che caratterizzano una specifica popolazione cellulare, CD, acronimo di gruppo di differenziazione (cluster of differentiation).

• CD4: linfocita T helper (Th)
• CD8: linfocita T citolitico (CTL)

Il CD4 e il CD8 hanno funzione di co-recettori.

Struttura degli anticorpi

Gli anticorpi sono costituiti da quattro catene proteiche. Ci sono due tipi di catene in un anticorpo: una lunga chiamata catena pesante, ed una più piccola chiamata catena leggera. Ogni catena possiede sia una regione variabile, sia una regione costante. Ogni anticorpo possiede due identiche catene leggere ed altrettante pesanti. Le regioni Fab riconoscono l’invasore, la porzione Fc è costante per tipo di Ac e dà la funzione finale. Nel sangue la maggior parte di anticorpi è rappresentata dalla classe IgG (75%).

• Fab = frammento che lega l’antigene (Ag)
• Fc = frammento cristallizzabile

La memoria della risposta anticorpale

Cellule specifiche – leucociti (globuli bianchi) della risposta immune acquisita o specifica:

• Linfociti T: numerose funzioni
• Linfociti B: anticorpi

Virus dell’immunodeficienza umana (HIV).

L'immunità acquisita

L’immunità acquisita può essere:

• Immunità passiva: naturale e artificiale (passaggio transplacentare di anticorpi materni, naturale), (sieroprofilassi, artificiale)
• Immunità attiva: naturale e artificiale (infezione, naturale), (vaccinazione, artificiale).

Leucociti

Citochine: piccole proteine, a volte glico proteine, molto importanti nella comunicazione tra le cellule del sistema immunitario. La nomenclatura generica è citochina ma in base da chi vengono prodotte hanno nomi diversi ad esempio:

• Citochina prodotta da monociti e macrofagi: monocine
• Citochina prodotta da linfociti: linfochine
• Prodotte in generale dai leucociti: interlochine
• TNF alpha induce necrosi tumorale in alcuni tumori
• IFN inibisce la replicazione di molti virus

Chemochine

Piccoli peptidi, solubili, il termine deriva da chemotassi (fenomeno del movimento) e citochina, hanno un ruolo fondamentale nel richiamo e nel circolo di determinate sottopopolazioni leucocitarie. Esistono diverse nomenclature, la più usata è una vecchia denominazione esempio:

• IL-8 che richiama e attiva i granulociti neutrofili
• C5a, C3a, che richiamano neutrofili e eusinofili

Barriere esterne dell'organismo: cute e mucose

Le mucose e la cute sono costitutive dell’immunità innata. Le barriere esterne dell’immunità innata comprendono:

Barriere meccaniche e fisiche

• Cute, epitelio cigliato

Fisiologiche e biochimiche

• Acido lattico: PH basso
• Pepsina: nello stomaco distrugge molte proteine
• Lisozima: (contenuto in lacrime saliva e sudore) rompe la parete cellulare dei batteri gram positivi. Rompe il legame glicosidico beta tra 1-4 dei due zuccheri, muco.

Microbiologiche

• Flora batterica: che agisce nell’intestino
• Lattoferrina e transferrina: che prelevano il ferro da organismi potenzialmente patogeni, detto meccanismo di antibiosi

Barriere interne dell'immunità innata

Meccanismi fisiologici

• Temperatura: temperatura elevata contrasta alcune replicazioni di patogeni.
• Tensione dell’ossigeno nei tessuti contrasta alcuni batteri che necessitano una tensione maggiore.

Meccanismi solubili

• Sistema del complemento: di proteine del sangue quiescenti, di 30 proteine, il nome deriva dal fatto che complementa l’azione degli anticorpi, creano dei pori e provocano la morte dell’organismo, il complemento viene attivato dagli anticorpi G e M
• Interferoni alpha, beta, gamma: alpha e beta riconoscono lo stesso recettore e fanno parte dell’immunità innata detti IFN di tipo 1.
• Proteina C reattiva: prodotta dal fegato, riconosce un polisaccaride C di molti batteri e funghi, per poi attivare o il complemento o la fagocitosi.
• Tufsina: si lega sulla parete esterna dei microbi e stimola la fagocitosi.
• Defensine: azione antibatterica e a volte antivirale, piccoli peptidi di 30-40 AA, si inseriscono nella parete del microrganismo danneggiandola e uccidendoli.
• Coagulazione: quando si ha la formazione del coagulo si forma una vera e propria barriera fisica di piastrine attivate che rilasciano anche peptine, molecole proteiche.
• Chinina: bradichinina stimola i recettori del dolore nella cute e causa un segnale d’allarme, inoltre favorisce la vasodilatazione.

Meccanismi cellulari

• Neutrofili
• Monociti/macrofagi
• Cellule natural killer
• Cellule dendritiche

Immunità innata o naturale

La risposta innata è specifica per poche strutture, ma importante perché riesce a riconoscere virus, batteri microrganismi, però non si adatta ovvero non modifica i recettori o gli enzimi in base al microrganismo, cosa che invece fanno i T e B e non dà risposta memoria. Le cellule per l’immunità innata c’è una specificità per i cosiddetti profili molecolari, ovvero permette con pochi recettori di riconoscere strutture dei patogeni. Come si creano le patologie? Spesso si creano da una persistente risposta immunitaria.

Fagociti

• Neutrofili: nucleo multilobato 3/5 lobi, granulocita poiché viene da una famiglia di tre cellule diverse.
• Macrofago: È stato scoperto a fine '800 da un ricercatore russo, durante lo studio di stelle marine. Non sono presenti nel sangue, poiché lì vi sono i Monociti (antenato del macrofago). Il macrofago è una cellula molto grande (grande fagocita), Possiede diversi granuli detti lisosomi ricchi di enzimi che servono alla distruzione dei microrganismi che la cellula ha fagocitato.

Le cellule fagocitarie:

• Macrofagi
• Cellule dendritiche

I macrofagi presentano l’antigene e hanno risposta acquisita, come le cellule dendritiche. Insieme fanno da ponte al Linfocita T durante il fenomeno della presentazione dell’antigene, stimolano i Linfociti T e vengono chiamate anche cellule accessorie/ cellule presentanti antigene.

• MHC di prima classe: stimola i linociti T citotossici
• MHC di seconda classe: stimola i linfociti T helper

Cellula dendritica: pseudopodi molto lunghi e con queste riesce a prendere i microrganismi e a fagocitare. Per fagocitare esiste un fenomeno detto Pinocitosi, ovvero ingurgita liquidi provenienti nello spazio extracellulare fagocitando anche altri microrganismi.

Globuli bianchi e globuli rossi

Derivano entrambi da una cellula staminale pluripotente presente nel midollo osseo, che si differenzia poi successivamente in due progenitori:

• Mieloide: produce l’eritroblasto che diventa globulo rosso, il megacariocita che produce piastrine, granulociti (neutrofili, basofili, eosinofili), cellule dendritiche, monociti, precursore dei mastociti (precursore perché il mastocita lo si trova solamente nei tessuti, nel sangue la sua cellula molto simile è il basofilo).
• Linfoide: seguito di citochine specifiche e contatto con le cellule stromali del midollo danno origine al: linfocita T, linfocita B e linfocita Natural killer.

Formula leucocitaria

Granulociti

• Basofili 0.5/1% 80mm
• Eosinofili 1/5 % 320 mm
• Neutrofili 45/75% 5200mm

Agranulociti

• Linfociti 20/45% 2000mm
  • T: 70/80%
  • B: 10/20%
  • NK: 5/20%
• Monociti 3/10% 400mm
• Cellula dendritica <0,1%

PAMP e PRR

PAMP (pathogen associated molecular patterns): profili molecolari associati ai patogeni. PRR (Pattern Recognition Receptors): recettori che riconoscono questi profili, e si trovano su tette le cellule innate, come macrofagi, neutrofili, Natural killer, cellule dendritiche. Possono trovarsi sulla membrana delle cellule o possono trovarsi nel sangue e nei liquidi extracellulari. Esempio la lectina che lega il mannosio. Queste molecole attivano il sistema del complemento e la fagocitosi cellulare.

Tra i primi recettori scoperti ci sono i Toll-like receptor, individuati nei moscerini della frutta che hanno la funzione di riconoscimento dei microrganismi patogeni. Nell’uomo se ne conoscono 10. Alcuni toll-like sono sulla membrana altri dentro a vescicole, quelli sulla membrana riconoscono i profili sulle pareti dei patogeni, quelli nelle vescicole si occupano di DNA e RNA, riconoscendo i filamenti.

Funzioni del PRR

Attivare una cascata di segnali all’interno della cellula che li ha riconosciuti e legati con induzione di una risposta infiammatoria, innescando l’immunità naturale. Esempio: i macrofagi secernono citochine pro-infiammatorie e chemochine e si genera un processo infiammatorio locale e reclutamento di altri leucociti, i primi ad arrivare sono i neutrofili. I recettori PRR anti-virali attivano...

Infiammazione e risposta acuta ad un patogeno

Le interleuchine (IL), proteine prodotte dai leucociti e mediano risposte cellulari sia della risposta innata sia acquisita. Citochine infiammatorie: prodotte dai macrofagi IL 1 B, IL 6, TNF ALPHA. Proteine in fase acuta: prodotte dal fegato: C reattiva e lectina.

Circolazione delle cellule immunitarie

Sono principalmente nel sangue ma da qui devono spostarsi e hanno dunque bisogno di ricircolo che avviene tramite i vasi sanguigni e il sistema linfatico.