Patologia generale ed immunologia - Appunti

Patologia generale

Patologia cellulare

La normalità cellulare è rappresentata da un range di valori molto ristretto. La cellula normale, andando incontro all'eustress, può adattarsi, o nel caso di un distress subisce un danno cellulare. Tale danno può essere reversibile o irreversibile. Ovviamente nel primo caso si tornerà a una situazione di normalità, ma nel secondo caso la cellula va incontro a necrosi o apoptosi.

Adattamento

L'adattamento cellulare, essendo una risposta funzionale, avviene grazie all'instaurarsi di nuovi equilibri. I tipi di adattamento sono:

• Ipertrofia → Le cellule incapaci di grande attività replicativa rispondono a una aumentata richiesta funzionale con un aumento delle proprie dimensioni (es: miocardio e muscolo scheletrico). Risultato di una aumentata sintesi proteica. Quindi non vi è un cambiamento prettamente dimensionale ma avviene un cambiamento metabolico e genetico. Ad esempio nel muscolo scheletrico la miosina α viene sostituita dalla miosina β. Ovviamente l'ipertrofia può riguardare non solo la cellula ma anche esclusivamente un organello contenuto al suo interno (ad esempio il REL di soggetti trattati con barbiturici).
• Iperplasia → Essendone capaci suddividono il carico lavorativo aumentando il numero delle cellule costituenti il tessuto. Ovviamente essa può essere suddivisa in:
  • Iperplasia fisiologica → Questa a sua volta può essere di origine ormonale (sempre in un range fisiologico), o compensativa (spesso in seguito a un danno o a una asportazione tissutale parziale).
  • Iperplasia patologica → Questa può essere ormonale (aumento eccessivo dei fattori di crescita, come l'ipertrofia prostatica benigna indotta da androgeni), o infettiva (spesso indotta da infezioni virali, nello specifico dalla codifica di nuovi fattori di crescita sintetizzati dai geni virali, come il papilloma virus e le verruche). Sebbene l'iperplasia patologica non sia sinonimo di cancro, essa rappresenta un fattore di rischio nello sviluppo di cellule tumorali.
• Atrofia → Rappresenta una diminuzione del volume tissutale per una diminuzione di numero e grandezza delle cellule che la compongono. Ovviamente può essere fisiologica (es: sviluppo embrionale) o patologica. Le cause più frequenti sono:
  • Atrofia da disuso: riduzione del carico di lavoro.
  • Atrofia da mancata innervazione: soprattutto nel muscolo scheletrico.
  • Atrofia da mancata perfusione: dovuta spesso a un'ischemia.
  • Atrofia da malnutrizione: in caso di gravi carenze energetiche si ha la cachessia.
  • Atrofia da mancato stimolo endocrino: atrofia endometriale in menopausa.
  • Atrofia da pressione: la causa principalmente è legata a un'ischemia riflessa.
  Indipendentemente dall'origine, l'atrofia ha due stadi:
  • Stadio precoce: si ha una riduzione di numero e volume, sia cellulare che degli organelli. Le cellule sono ancora vive e tale stadio è reversibile.
  • Stadio tardivo: è una atrofia irreversibile data dall'apoptosi delle cellule tissutali.
  In linea generale l'atrofia deriva da un calo della sintesi ed un aumento di degradazione proteica, spesso mediata dalla via ubiquitina-proteosoma; in molti casi sono presenti anche processi autofagici.
• Metaplasia → È una modificazione fenotipica reversibile di un tipo cellulare con un altro che meglio sopporta le condizioni ambientali. L'esempio più immediato è quello dell'epitelio esofageo distale, che in caso di paziente affetto da esofagite da reflusso, il pH tenderà a scendere, e verrà sostituito da epitelio colonnare. Ovviamente la metaplasia può essere anche connettivale, riguardando cartilagini, adipe ed osso. Spesso e volentieri la metaplasia è origine di processi patologici, con perdita di importanti meccanismi funzionali (es: secrezione di muco e ciglia), e ha una possibile evoluzione in quadri neoplastici. Il cambiamento fenotipico che possiamo osservare non avviene a carico delle cellule adulte, ma bensì è la rappresentazione di una riprogrammazione della popolazione staminale.

Danno cellulare

Come detto in precedenza è causato dal distress, ovvero uno stress talmente forte o prolungato da non permettere un adattamento. La maggior parte degli stimoli dannosi sono:

• Carenza di ossigeno → Sia essa respiratoria o sanguigna (ischemia), se marcata questa carenza provoca il danno e la morte cellulare.
• Agenti fisici → Traumi meccanici, termici, radiazioni e shock elettrico.
• Agenti chimici e farmaci → Interferiscono con l'usuale biochimica.
• Agenti infettivi → Nulla da aggiungere.
• Reazioni immunologiche → Sia fisiologiche che autoimmuni.
• Squilibri nutrizionali → Nulla da aggiungere.
• Disordini genetici → Nulla da aggiungere.

Il danno può quindi essere reversibile oppure no. Se il danno è reversibile si ha a livello cellulare una riduzione della fosforilazione ossidativa (quindi deplezione di ATP), seguita da squilibri ionici dati dalla sofferenza della pompa Na+/K+ (ATP dipendente), che porta a un rigonfiamento idrico cellulare, con alterazioni agli organelli e distacco dei ribosomi dal RER, accompagnato da una steatosi.

Se invece il danno è irreversibile, dopo tutti gli avvenimenti elencati in precedenza, si supera una soglia “no way back”. Se le condizioni permettono una “morte controllata”, la cellula va incontro ad apoptosi, altrimenti in necrosi. Inversamente alla prima, la seconda è sempre patologica ed accompagnata da reazioni flogistiche.

Un punto molto importante dopo il danno mitocondriale è l'aumento del Ca⁺⁺ citosolico e il conseguente stress ossidativo. Ricordiamo che il Ca⁺⁺ nel citosol è di 0,1μm, mentre extracellulare è di 1,3 mmol. Normalmente il Ca⁺⁺ cellulare è sequestrato in mitocondri e RE, ma i danni causano un aumento enorme, sia per il rilascio dagli organelli sia per ingresso dall'extracellulare. Tutto questo causerà l'attivazione di popolazioni enzimatiche pericolose quali: fosforilasi, proteasi, DNAasi e Atpasi.

Subito dopo vi sarà una condizione di stress ossidativo data dall'accumulo di radicali liberi, quali i ROS (Reactive Oxygen Species), che normalmente sono innocui ma in quantità ingenti (quindi iperproduzione o mancata rimozione) provocano seri danni cellulari. Tra essi ricordiamo:

• 2-Onione superossido (O₂)
• Perossido di idrogeno (H₂O₂)
• Radicale ossidrile (OH)
• Onione perossinitrico (ONOO^-)

La cellula ha sviluppato diversi meccanismi di protezione dai ROS:

1. Antiossidanti come le vitamine E ed A, l'acido ascorbico e il glutatione.
2. Controllo di Fe e rame tramite “proteine deposito”.
3. Enzimi degradanti le ROS quali:
   • Catalasi → 2H₂O → O₂ + 2H₂O.
   • Superossido dismutasi.
   • Glutatione perossidasi.

Se tali sistemi venissero meno, assisteremmo allo stress ossidativo che comporta tre danni seri:

1. Perossidazione delle membrane → I ROS attaccano i doppi legami insaturi dei lipidi di membrana generando altri ROS, ed attivando un meccanismo a catena con ingenti danni alle membrane.
2. Perossidazione delle proteine → I ROS attaccano le catene laterali degli aminoacidi formando legami anomali e causando mal ripiegamento proteico.
3. Danno al DNA → I ROS causano la rottura della doppia elica di DNA e formando legami crociati anomali.

Il danno alle membrane è un tipico preludio di necrosi, ed è sempre più grave a seconda del numero di membrane colpite. Ricordiamo che il danno può avvenire a carico della membrana mitocondriale, della membrana citoplasmatica e di quella lisosomiale.

Infine il danno più grave si ha a carico del DNA, anche se tuttavia la cellula possiede degli enzimi riparativi del DNA e Chaperone, che cercano di reintegrare eventuali anomalie.

Forme clinicamente significative di danno cellulare

Danno ischemico ed ipossico: L'ipossia è intesa come ridotta disponibilità di O₂, per ischemia si intende invece una ridotta perfusione che comprende anche un ridotto apporto di nutrienti e rimozione di cataboliti dannosi, ergo il danno ischemico è più rapido e più grave di quello ipossico. Ovviamente anche per questo tipo di problema le cellule possiedono un fattore che le fa sopravvivere più a lungo, il fattore 1 ipossia indotto, che in carenza di O₂ promuove la glicolisi anaerobica.

Danno da ischemia-riperfusione: Quando la circolazione sanguigna torna al tessuto dopo un periodo di ischemia, l'assenza di ossigeno e nutrienti crea una condizione in cui il ripristino della circolazione ha come risultato l'infiammazione e lo stress ossidativo con conseguente danno ai tessuti coinvolti, invece della ripresa della normale funzionalità.

Danno chimico-tossico: Le sostanze chimiche possono legarsi direttamente alle componenti molecolari e dare danno (come il cianuro che lega la citocromo c ossidasi e blocca la fosforilazione ossidativa). Oppure se allo stato naturale non sono tossiche, potrebbero diventarlo dopo una trasformazione endogena a carico della ossidasi P-450 (come ad esempio il CCL₄ viene convertito nel radicale libero CCL₃).

Morte cellulare

Come già affermato in precedenza la morte cellulare può avvenire in due modalità:

• Apoptosi: È un processo sia fisiologico (nell'embriogenesi, controllo delle popolazioni cellulari proliferanti, morte di cellule non più funzionanti) che patologico (danno al DNA, accumulo di proteine mal ripiegate, processi infettivi, atrofia di organi parenchimatosi). Anche in condizioni patologiche l'apoptosi non induce una risposta flogistica nell'ospite, limitando così i danni centrali. Le caratteristiche morfologiche delle cellule apoptotiche sono:
  • Riduzione del volume cellulare.
  • Condensazione della cromatina e frammentazione in masse dense.
  • Frammentazione in vescicole dette corpi apoptotici.
  • Fagocitosi dei corpi apoptotici ad opera dei macrofagi.
  Le varie tappe biochimiche dell'apoptosi sono:
  1. Attivazione delle cisteine proteasi, dette caspasi. Esse sono suddivise in caspasi iniziatrici (9 e 8) e caspasi effettrici (3 e 6).
  2. Degradazione del DNA ad opera di endonucleasi G, creando frammenti regolari dalla disposizioni a “scala” (indice di apoptosi).
  3. Alterazioni della membrana, che pur restando funzionale, esprime sul versante esterno le fosfatidilserine, che sono il tipico segnale di fagocitosi. Inoltre, la membrana si frammenta creando vescicole dette corpi apoptotici.
  La fase attivatrice è formata da due vie: la via estrinseca che attiva le caspasi 8 e la via intrinseca che attiva le caspasi 9. Ambedue le vie quindi convergono nell'attivazione delle caspasi effettrici (soprattutto 3 e 6), le quali clivano e attivano le endonucleasi, degradando la matrice nucleare causando il disassemblaggio del nucleo. La fase effettrice quindi, dopo aver frammentato la cellula nei corpi apoptotici, proseguirà con la fagocitazione di questi corpi da parte dei fagociti. Il sistema funziona a tal punto che anche se essi dovessero essere rivestiti dal complemento, in particolare da C1q, i fagociti li riconoscono lo stesso.
• Apoptosi indotta dal TNF: Quando il ligando FasL lega il recettore Fas, causa l'attivazione della via estrinseca (usata dai linfociti T). Ma siccome anche il TNF è una citochina, è in grado di stimolare l'apoptosi (o anche la sopravvivenza) cellulare tramite l'induzione di NF-KB che promuove la sintesi di BCL-2.
• Apoptosi mediata dai linfociti T: Appena viene riconosciuto un antigene viene liberata la perforina, che forma dei fori transmembrana nella cellula bersaglio. Subito dopo vengono rilasciati dei granuli, detti granzimi, contenenti proteasi seriniche, le quali clivano ed attivano le caspasi cellulari inducendo direttamente la forza effettrice dell'apoptosi.
• Ovviamente una disregolazione dell'apoptosi causa rispettivamente:
  • Diminuzione dell'apoptosi → Accumulo di danni al DNA → Neoplasie → Impossibilità di eliminare CTL self → Malattie autoimmuni
  • Eccesso di apoptosi → Malattie neurodegenerative → Incapacità di resistere all'ipossia → Incapacità di resistere alle infezioni virali
• Necrosi: Un grave e repentino danno cellulare conduce le cellule a una morte non controllata detta necrosi. L'instabilità della membrana infatti causa il riversarsi del contenuto cellulare nell'extracellulare, ed il riversarsi degli enzimi lisosomiali nel citosol (autodigestione enzimatica). La lisi avviene dunque sia per autodigestione sia per attacco da parte della reazione flogistica leucocito mediata nella zona necrotica. Nella necrosi le cellule sono sostituite da masse di fosfolipidi detti figure mieliniche, le quali degradate ad acidi grassi, si depositeranno sotto forma di sali di calcio che conducono alla calcificazione della cellula. Il nucleo subisce 3 importanti variazioni:
  • Cariolisi: completo dissolvimento della cromatina che si disperde nel citoplasma.
  • Picnosi: contrazione del nucleo in solidi ammassi di cromatina.
  • Carioressi: frammentazione e scomparsa del nucleo in 1-2 giorni.
  Se le cellule necrotiche non vengono totalmente eliminate, i sali di calcio calcificheranno il tessuto (calcificazione distrofica).

Tipologie di necrosi

• Necrosi coagulativa: Questa è tipica dei tessuti ischemizzati, ad esclusione del cervello, ed è in tal caso definita infarto.
• Necrosi colliquativa: La digestione del tessuto è totale, diventando una massa liquida di colore giallastro, ricco di leucociti morti detto PUS. Questo tipo di necrosi è la morte ischemica del SNC.
• Necrosi gangrenosa: È un tipo di necrosi che coinvolge più tessuti, spesso usata in clinica per la necrosi agli arti. È coagulativa ma può divenire colliquativa ad opera di batteri, ed in tal caso la si può chiamare anche gangrena umida.
• Necrosi caseosa: Molto frequente nell'infezione tubercolare, si presenta come un gruppo di cellule lisate con un fronte infiammatorio nettamente delineato. Questo aspetto è tipico del focolaio infiammatorio detto granuloma.
• Steatonecrosi: Definisce la distribuzione lipidica data dal rilascio in cavo peritoneale di lipasi pancreatica.
• Necrosi fibrinoide: Osservata durante le reazioni immunitarie che coinvolgono i vasi sanguigni.

Confronto tra necrosi e apoptosi

Calcificazioni

Si osserva in seguito a necrosi, invecchiamento o danno. Ad esempio, la calcificazione delle valvole cardiache in seguito a danno. La patogenesi è la seguente:

• Gli ioni Ca⁺⁺ legano i fosfolipidi delle vescicole.
• Delle fosfatasi associate alle membrane generano gruppi fosfato che legano il Ca⁺⁺.
• Il ciclo si ripete e forma un microcristallo.

Questa è la calcificazione distrofica, esiste però un altro tipo di necrosi che è dovuta a una ipercalcemia, che interessa la mucosa gastrica, i polmoni, i reni ed i grossi vasi. Questa viene chiamata calcificazione metastatica. Quest'ultima è innocua se di scarsa entità.

Patologie della matrice extracellulare

Le patologie analizzate saranno:

• Gangliosidosi
• Tesaurismosi
• Amiloidosi
• Collagenosi
• Lipidosi

Gangliosidosi

Dovuta all'incapacità di metabolizzare i gangliosidi, proprietà che richiede 3 proteine codificate da 3 geni distinti. La più comune è la Tay-Sachs.

Approfondimento: Malattia di Tay-Sachs

È una gangliosidosi genetica ereditaria rara, dovuta a un deficit dell'enzima esosaminidasi A, che provoca l'accumulo del ganglioside GM2 nel cervello. I sintomi iniziano entro i 6 mesi e sono caratterizzati da deterioramento psicomotorio. Nella retina appare la caratteristica chiazza rosso-ciliegia, a livello della macula.

Tesaurismosi

Anche queste sono malattie lisosomiali a decorso progressivo, dovuto a deficit enzimatico. Citiamo:

• Cistinosi: accumuli di cristalli di cistina nel rene.
• Disturbi da accumulo di acido sialico.

Amiloidosi

Gruppo di malattie che hanno come evento comune la deposizione della proteina “amiloide” nella ME. L'amiloide non identifica una proteina specifica, bensì è caratterizzata da una conformazione piano-β-ondulata. Il 95% dell'amiloide è dato dalla proteina, il restante 5% dalla componente P. Le amiloidi più comuni sono:

• Proteina AL: fatta da catene leggere di immunoglobuline. Questa è prodotta da plasmacellule iperattive nel midollo osseo ed è spesso associata a neoplasia plasmacellulare.
• Proteina AA: deriva dalla proteolisi di una proteina prodotta dal fegato e libera nel sangue, la sieroamiloide A (SAA).
• Proteina β-amiloide: costituente le placche nel morbo di Alzheimer, deriva dalla proteolisi alterata di una glicoproteina transmembrana detta precursore amiloide (APP).
• Transtiretina (TTR): proteina che trasporta tiroxina e retinolo. Il deposito di tale amiloide può avvenire o nella polineuropatia amiloide familiare, dove l'accumulo di TTR mutata è dovuto alla sua resistenza alla proteolisi, oppure nell'anziano si hanno accumuli a carico del miocardio.