Patologia Generale ed Immunologia Per le Professioni Sanitarie (Infermieristica, TLB, dietistica, TSRM)

Argomenti trattati

Necrosi ed apoptosi, caratteristiche del sistema immunitario (innato, cellulo-mediato, umorale), cellule/strutture dell'immunità, antigeni, plasmacellule (struttura), sistema del complemento, il complesso maggiore di istocompatibilità, citochine e chemiochine, i vari tipi di ipersensibilità (classificazione secondo Coombs), infiammazione (meccanismo di funzionamento dettagliato).

Omeostasi e malattia

Il nostro organismo è tenuto costantemente in omeostasi, ovvero meccanismi messi in atto per mantenere a livello ottimale le funzioni delle cellule, tessuti, degli organi e degli apparati. Quando l’organismo non è in grado di mantenere l’omeostasi, subentrano alterazioni che lo danneggiano. Quindi la malattia altro non è che il turbamento della funzione di uno o più organi che, alterando l’omeostasi, induce uno stato di reattività dell’organismo che esita in uno stato di sofferenza. Quindi una cellula normale si adatta sotto condizioni di stress, fino ad un certo punto, fino a quando c’è la morte cellulare (per necrosi o apoptosi, a seconda del tipo di danno) se il danno persiste. Alla base di tutte le malattie c’è un danno alla più piccola entità vivente dell’organismo: la cellula (paziente elementare).

Adattamenti cellulari

Per sopravvivere, le cellule devono essere in grado di adattarsi a condizioni ambientali ostili. Applicando quindi uno stimolo ad un organismo in omeostasi, le singole cellule devono adattarsi, e lo fanno tramite due tipi di adattamenti:

• Adattamenti metabolici: mobilizzazione degli acidi grassi del tessuto adiposo, durante il digiuno.
• Adattamenti strutturali: dipendono dal tipo di cellula, dal tipo di stimolo e dalla sua entità, ad esempio:
  • Atrofia: si verifica quando il volume di un organo diminuisce, grazie al proteosoma che distrugge le proteine.
  • Ipertrofia: si ha quando le cellule non possono più dividersi, aumentano di volume, come le cellule del muscolo scheletrico in un individuo che pratica pesistica.
  • Iperplasia: aumento di volume di cellule che possono dividersi (aumento del volume dell’utero di una donna gravida).
  • Metaplasia: si attua quando una cellula viene sostituita da una di un altro tipo, ad esempio nei fumatori, l’epitelio bronchiale cilindrico viene sostituito da un epitelio pluristratificato.

Necrosi

La necrosi è un esempio di morte cellulare non programmata e progressiva (es. traumi, agenti infettivi, ischemie, tossine etc.), interessa un gruppo esteso di cellule ed è una morte cellulare accidentale che consegue a stimoli patologici intensi di varia natura. Il processo necrotico si verifica solo se si verificano i seguenti fenomeni cellulari:

• Deplezione di ATP
• Perdita di permeabilità della membrana cellulare
• Aumento dei livelli di calcio a livello intracellulare
• Aumento della produzione di radicali liberi (ROS)

Deplezione di ATP

Nelle ischemie, la cellula non è più irrorata dal sangue, si ha una riduzione della fosforilazione ossidativa dei mitocondri, con conseguente riduzione della quantità di ATP. La cellula dapprima cerca di adattarsi al danno mediante produzione di ATP tramite glicolisi anaerobia, che cessa quando non arrivano più nutrienti per sostenerla. La cellula sofferente richiama acqua, si rigonfia, c’è un accumulo di acido lattico che abbassa il pH cellulare. Si inibisce anche la sintesi proteica, in quanto i ribosomi si distaccano dalla superficie del RE. Infine, il mancato funzionamento delle pompe ATP-dipendenti è conseguente a ciò.

Perdita di permeabilità della membrana cellulare

In seguito alla carenza di ATP, c’è la mancata sintesi di fosfolipidi di membrana. L’accumulo di calcio fa sì che si degradano i fosfolipidi di membrana; il calcio attiva anche proteasi che degradano le proteine del citoscheletro. Inoltre, i linfociti citotossici sono in grado di bucare o tappare la membrana cellulare nelle infezioni virali.

Aumento dei livelli di calcio a livello intracellulare

In condizioni normali, lo ione calcio è in concentrazioni bassissime (0,1 µM), al di fuori della cellula la concentrazione arriva a 1-3 µM. Quando la membrana è danneggiata, lo ione entra nella cellula raggiungendo concentrazioni elevate, scatenando l’azione di enzimi proteasi, fosfolipasi e endonucleasi.

Aumento della produzione di radicali liberi (ROS)

La necrosi può essere indotta dalla produzione di radicali liberi, prodotti normalmente nelle reazioni ossidative del metabolismo cellulare. In condizioni fisiologiche, essi vengono “allontanati” dalle vitamine E ed A, dall’enzima super-ossido-dismutasi che scinde l’anione superossido in acqua ossigenata, la quale viene a sua volta scissa in acqua e ossigeno attivo dall’enzima catalasi dei lisosomi, o dai globuli bianchi. I radicali liberi vengono prodotti in seguito a radiazioni gamma, UVA-UVB, sostanze chimiche, farmaci, e dai leucociti nel corso della risposta immunitaria.

Un tessuto necrotico è morfologicamente diverso visto al microscopio ottico da un tessuto normale, in quanto aumenta l’eosinofilia, ovvero la perdita della normale basofilia legata all’RNA citoplasmatico ed aumento del legame dell’eosina alle proteine denaturate. Quando un tessuto è necrotico c’è sempre un’infiammazione associata, infatti i granulociti neutrofili aumentano nel tessuto necrotico. Quando la cellula diventa necrotica, ci sono delle modificazioni anche a livello del nucleo della cellula, per rottura non specifica del DNA. Il nucleo può andare incontro a picnosi (riduzione del volume), carioressi (frammentazione) e cariolisi (riduzione della basofilia e scomparsa del nucleo).

Diverse espressioni morfologiche di necrosi

• Necrosi coagulativa: tipica delle necrosi ischemiche, il tessuto risulta essere asciutto e compatto. La necrosi è ben circoscritta, il pH si è abbassato notevolmente e rapidamente, quindi le sostanze degradative come le proteasi non funzionano e il tessuto appare imbalsamato. Le proteine denaturate diventano più reattive ed eosinofile. La necrosi coagulativa è caratteristica della morte cellulare da ipossia di tutti i tessuti ad eccezione del cervello. La struttura microscopica di un rene infartato da necrosi coagulativa è intatta per il non funzionamento delle idrolasi a causa del calo di pH improvviso.
• Necrosi colliquativa: comporta la completa digestione enzimatica delle cellule morte, il tessuto diventa una raccolta di materiale fluido viscoso. È tipica delle infezioni batteriche, trombosi del SNC, e nella necrosi del granuloma luetico (lue terziaria=sifilide) dette anche “gomma”. Il processo è lento, il pH si abbassa lentamente, le idrolasi lisosomiali vengono attivate. Se il processo chimico infiammatorio acuto è abbastanza intenso possiamo rilevare un aspetto giallo per la presenza di pus, come nella necrosi gangrenosa.
• Necrosi caseosa: la struttura microscopica di un polmone in necrosi caseosa ha un aspetto appunto “formaggioso”.

Indici periferici di necrosi

Il processo necrotico porta alla lisi della membrana cellulare ed alla fuoriuscita nello spazio extracellulare del contenuto citoplasmatico. Le proteine e gli enzimi intracellulari liberati dai tessuti danneggiati, vengono trasportati a distanza dalla sede di lesione dal circolo ematico e, dosati nel plasma, rappresentano per il clinico un utile strumento di valutazione sia della sede che dell’entità del danno necrotico. Un esempio di questi marcatori di danno è rappresentato dall’enzima creatin-chinasi di cui sono dosabili nel plasma due isoforme: la creatin-chinasi MM (CK-MM), propria del muscolo scheletrico e l’isoforma MB (CK-MB) propria del muscolo cardiaco. Altri enzimi di comune impiego nella pratica clinica sono l’alanina transaminasi (ALT) e l’aspartico transaminasi (AST), prodotte dagli epatociti e rilasciate in circolo durante processi necrotici del fegato causati da infezione da virus epatici, ma anche in seguito a danni tossici indotti da farmaci, alcool. La necrosi del pancreas causa un aumento delle amilasi, mentre alterazioni delle diverse isoforme dell’enzima latticodeidrogenasi (LDH) sono un frequente reperto indice di lesioni a livello epatico o di discreti processi necrotici del muscolo e delle cellule leucocitarie. Le caratteristiche che rendono il dosaggio di tali enzimi particolarmente utile nella pratica clinica sono rappresentate dalla loro sensibilità, aumentando in rapporto all’entità del danno, e dalla loro specificità, essendo in grado di identificare con precisione la sede tissutale della lesione che ne ha indotto il rilascio.

Apoptosi

Apoptosi: Morte cellulare programmata, ovvero l’eliminazione di cellule non desiderate che avviene attraverso l’attivazione di una sequenza di reazioni biochimiche molto ordinate tra loro, coordinate e sequenziali, messe in atto da una serie di prodotti genici specializzati. L’apoptosi è anche fisiologica, per esempio, durante l’impianto dell’embrione nella cavità uterina, si svolge l’apoptosi di alcune cellule della parete uterina, oppure, durante il ciclo mestruale, l’eliminazione di cellule della mucosa endometriale.

Fasi dell’apoptosi

• Segnali di inizio
• Controllo ed integrazione (molecole che regolano il verificarsi dell’apoptosi, in senso negativo e positivo)
• Fase effettrice comune (in cui mediante le caspasi, si iniziano a distruggere strutture cellulari)
• Rimozione mediante fagocitosi (NB) NON C’È INFIAMMAZIONE

L’attivazione della cascata apoptotica può avvenire attraverso l’attivazione della via intrinseca (via mitocondriale), oppure attraverso la via estrinseca (via dei recettori di morte FAS, TNF). Entrambe le vie convergono a livello dell’attivazione delle caspasi regolatrici (che degradano il citoscheletro, DNA). Al termine della cascata apoptotica, i corpi apoptotici vengono subito riconosciuti dai macrofagi mediante l’espressione sulla membrana del corpo apoptotico della fosfatidilserina (PtdS). La fagocitosi delle cellule apoptotiche induce la secrezione di sostanze che inibiscono l’infiammazione.

Via estrinseca

Nella via estrinseca, la cascata apoptotica è attivata dal recettore FAS, che è in grado di favorire la multimerizzazione di più strutture proteiche del ligando FAS. Esso dapprima contatta le pro-caspasi 8, che andranno ad attivare le caspasi inizianti o effettrici mediante il legame a proteine adattatrici che contengono i cosiddetti recettori di morte (linfociti T hanno il ligando FAS sulla propria superficie).

Via intrinseca

Nella via intrinseca, il protagonista principale è il mitocondrio e il Citocromo C, che quando viene liberato dal mitocondrio danneggiato nel citoplasma attivano la via di apoptosi. Esso può interagire con la proteina APAF-1 e la caspasi-9, che formano un complesso multimerico denominato “apoptosoma”, che media l’attivazione della caspasi-9, 3 e 7. L’attività delle caspasi è negativamente regolata da proteine delle famiglia IAP (inibitori dell’apoptosi) che sono a loro volta controllate da proteine del complesso Smac/Diablo rilasciate dal mitocondrio durante l’apoptosi ed in grado di interagire con IAP e modulare l’inibizione delle caspasi. La possibilità che il mitocondrio liberi il citocromo c è influenzata da proteine della famiglia Bcl-2 (la Bcl-2 impedisce la fuoriuscita del citocromo C, mentre Bax e Bak favoriscono il rilascio del citocromo c).

Cause scatenanti

• Aumento di ROS, per cui i mitocondri liberano il citocromo C dal complesso del poro (MMP).
• Un danno a livello del DNA (per accumulo di p53 nel nucleo, la p53 attiva la via di riparazione del DNA; se la riparazione del DNA non ha successo, p53 induce la trascrizione di fattori pro-apoptotici come Bak e Bax).
• Etc...

L’apoptosi può essere eccessiva nelle malattie neurodegenerative: nel morbo di Parkinson, alcune neurotossine inducono apoptosi dei neuroni. Nelle atrofie muscolari spinali, una mutazione causa la carenza della proteina SMN. L’apoptosi può essere in difetto nelle malattie autoimmuni: i linfociti T autoreattivi vengono fisiologicamente eliminati attraverso l’apoptosi; se l’apoptosi è in difetto, queste cellule sopravvivono e scatenano una risposta immunitaria contro molecole proprie dell’organismo, come accade nel diabete di tipo 1, dove vengono distrutte le cellule beta del pancreas. Oppure nel cancro, dove le cellule tumorali resistono all’apoptosi grazie all’attivazione di geni anti-apoptotici.

Caratteristiche generali del sistema immunitario

Il sistema immunitario è utile per difenderci dalle infezioni, riconosce e risponde ai trapianti di tessuto e alle proteine di nuova sintesi, difende contro l’insorgenza dei tumori. Un’immunità poco efficiente aumenta la suscettibilità alle infezioni, come testimonia l’AIDS. La vaccinazione potenzia le difese immunitarie e protegge dalle infezioni. Le risposte immunitarie costituiscono delle barriere ai trapianti e alla terapia genica. Le cellule tumorali sono in grado di eludere il sistema immunitario.

Dogmi fondamentali nell’immunologia

• Capacità di distinguere tra self e non self
• Diversità e specificità dei recettori
• È dotato di memoria immunologica

Barriere difensive

Quando consideriamo il sistema immunitario dobbiamo tener conto del fatto che le barriere difensive che il nostro corpo dispone sono di 2 tipologie:

• Immunità innata: che subentra nelle prime 12 ore dall’infezione (barriere epiteliali, dai fagociti, cellule dendritiche, il complemento e le cellule NK).
• Immunità adattiva: che impiega alcuni giorni per attuarsi (Linfociti B e T).

L’immunità innata riconosce i microbi; le componenti dell’immunità innata riconoscono profili molecolari che sono condivisi da varie classi di microrganismi e non sono espressi dalle cellule dell’ospite, quali:

• PAMP (Pathogen Associated Molecular Patterns) (come il CpG)
• PRR (Pattern Recognition Receptor) (sono tutte le cellule che riconoscono i profili sovracitati)

Le componenti dell’immunità innata hanno evoluto il riconoscimento delle strutture dei microbi che spesso sono essenziali per la sopravvivenza e l’infettività degli stessi microrganismi, riconoscono inoltre molecole che sono rilasciate da cellule danneggiate o necrotiche, portando alla loro eliminazione.

• DAMP (Damage Associated Molecular Patterns) (possono essere ATP, ac. Urico) queste possono attivare le cellule del sistema immunitario innato e portare ad infiammazione (che ha il compito di ridurre il danno) o difesa anti-virale.

Nota: Tutti i microrganismi possiedono il CpG (struttura del DNA) non legato a gruppi metilici, mentre tutte le cellule umane hanno il CpG legati a CH₃. L’immunità innata non reagisce verso le strutture ospite.

Risposta del sistema immunitario

L’immunità innata in genere risponde in modo simile ai successivi incontri con un determinato organismo, mentre l’immunità adattativa migliora la propria capacità di riconoscere un microbo a ogni incontro successivo. I meccanismi dell’immunità innata hanno le seguenti caratteristiche:

• Preesistono all’incontro con l’antigene
• Sono aspecifici
• Sono privi di memoria immunologica
• Hanno minore diversificazione dei recettori, in quanto non derivano da ricombinazione geniche come avviene per i recettori delle cellule dell’immunità adattativa
• Non riconoscono (per via di proteine inibitorie) le strutture self

I recettori Tool Like (TLR) riconoscono strutture intracitoplasmatiche (PEP), molecole della parete batterica o riconoscono il materiale genetico dei microrganismi (come i TLR endosomiali). Questi meccanismi di riconoscimento avvengono al fine di scatenare una risposta infiammatoria tramite la secrezione di sostanze quali citochine antivirali (interferone alfa e beta), molecole di adesione endoteliale etc.

Barriere dell’immunità innata

• Barriere meccaniche: cute, epitelio ciliato;
• Barriere fisiologiche o biochimiche: acido lattico, acidi grassi, lisozima della saliva, sudore, lacrime, pH acido dello stomaco, temperatura corporea, tensione dell’ossigeno (la pressione parziale dell’O₂ presente nei tessuti inibisce la crescita di batteri come il Clostridium perfringens, responsabile della gangrena gassosa, in quanto microaerofilo);
• Barriere microbiologiche: peptidi batterici (intestino) flora batterica endosimbiontica;
• Solubili: proteine del complemento (proteine che si attivano a cascata, formano dei buchi sulla superficie dei batteri), proteina C-reattiva, proteina amiloide, interferone;
• Cellulari: monociti/macrofagi, granulociti neutrofili, cellule NK.

Si è scoperta recentemente una classe di linfociti-∆, che presentano recettori meno diversificati rispetto a quelli degli altri linfociti, sono linfociti intraepiteliali che si oppongono all’ingresso di batteri nel corpo umano. Le cellule come i leucociti polimorfonucleati o i macrofagi hanno la caratteristica di riconoscere sostanze che innescano il processo infiammatorio, come ad esempio determinate sostanze che produce una cellula sotto stress, o da costituenti microbiche. Questi sono chiamati PAMP (Pathogen Associated Molecular Pattern) o DAMP (Damage Associated Molecular Pattern) a seconda della loro origine che può essere esogena o endogena. Le strutture in grado di riconoscere i DAMP e i PAMP sono i TLR (tool like receptor) che sono delle strutture presenti o sulla superficie delle cellule come i macrofagi e/o all'interno di esse e che hanno la capacità di attivare la risposta immunitaria.