Patologia generale I - infiammazione acuta e cronica

Introduzione

L'infiammazione o flogosi è una risposta dei tessuti vascolarizzati a stimoli esogeni ed endogeni che causano danno, con lo scopo di liberare l'organismo dalla causa iniziale della lesione e dai prodotti della lesione stessa. Avviene in seguito ad eventi come perdite di sangue o tessuto o l'ingresso di microbi ed ha un ruolo fondamentale perché, ad esempio, poiché il tempo di raddoppio medio di un patogeno è di 20 minuti e il numero di batteri necessari per avere un'infezione clinicamente evidente è di 10⁵/g di tessuto, senza di questa un singolo batterio impiegherebbe meno di 6 ore per raggiungere tale numero.

L'infiammazione utilizza come agenti difensivi i leucociti e le proteine plasmatiche come le opsonine, il complemento e gli anticorpi; questi sistemi sono tutti concentrati nel torrente ematico in modo che possano raggiungere in fretta la sede di lesione senza interrompere il flusso.

Eventi principali nell'infiammazione acuta

Gli eventi principali nell'infiammazione acuta sono tre, vale a dire:

• L'aumento del calibro vascolare con conseguente iperemia
• Modificazioni strutturali dei vasi che consentono a leucociti e proteine di fuoriuscire
• La migrazione dei leucociti nella sede del danno

Poiché si tratta di una sequenza ben precisa di eventi, l'infiammazione è un processo dinamico, non uno stato. Gli scopi di questa serie di eventi sono:

• Diluire, neutralizzare e distruggere l'agente lesivo
• Restringere il danno al minimo possibile
• Preparare l'organismo a combattere il danno
• Preparare l'area alla riparazione

Componenti dell'infiammazione

L'infiammazione ha una componente vascolare e una tissutale presenti in proporzioni diverse a seconda che la flogosi sia acuta o cronica. Poiché le cause sono molte, ci sono differenze nella segnalazione e nelle modalità di trasduzione, ma alla fine gli eventi vascolari sono simili e ci sono alcuni citi (macrofagi e neutrofili) che sono costantemente coinvolti.

Cause dell'infiammazione

Le cause possono essere:

• Fisiche → temperatura, radiazioni, traumi, corpi estranei, corrente, variazioni di pressione
• Chimiche → qualsiasi sostanza endogena o esogena che induca necrosi o liberazione di mediatori chimici
• Biologiche → organismi viventi come virus, batteri e rickettsie e loro prodotti metabolici (esotossine), endotossine liberate da cellule infiammatorie dei sistemi omeostatici, reazioni immunitarie, fattori chemiotattici di origine batterica

Queste cause sono dette induttori e vanno ad attivare una serie di cellule, i sensori, che attraverso specifiche modalità di trasduzione andranno a liberare i loro mediatori che infine determineranno la risposta da parte dei tessuti bersaglio. Questo meccanismo provoca risposte allo stress che possono essere sia cellulari che tissutali, a seconda della loro entità.

Nel I secolo d.C. lo scrittore romano Celsio indicò i segni clinici dell'infiammazione come rubor (rossore), calor (calore), tumor (gonfiore) e dolor (dolore), dovuti i primi due all'iperemia, l'edema all'essudazione e il dolore ai mediatori e alla presenza di nervi. Fu poi Virchow nel 1793 ad aggiungere il quinto segno, la functio laesa, vale a dire la perdita di funzione associata al dolore e all'alterato metabolismo. In generale si può riassumere con l'immagine a lato.

Classificazione dell'infiammazione

L'infiammazione, a seconda della sua entità, è classificata in acuta (angioflogosi) o cronica (istoflogosi), che a sua volta può essere interstiziale (diffusa) o granulomatosa (circoscritta). L'angioflogosi è di breve durata (minuti, al limite giorni), prevalgono fenomeni vascolari con la formazione di essudato e le cellule che migrano sono soprattutto i neutrofili; l'istoflogosi dura anche anni, prevale la componente vascolare con macrofagi, linfociti e fibroblasti e prevede angiogenesi e fibrosi.

Il termine essudato indica un liquido infiammatorio extravascolare con elevata concentrazione proteica, contenente detriti cellulari e con un peso specifico di >1,020 e non va confuso col trasudato, liquido poco concentrato con peso specifico <1,012; sia l'essudazione che la trasudazione del plasma generano un edema.

L'infiammazione acuta

L'infiammazione acuta è riassumibile in quattro punti, a loro volta suddivisi secondo lo schema seguente:

• Fase di riconoscimento del pericolo e inizio
  • Fenomeni vascolarizzati
    • Fase di vasodilatazione o iperemia attiva
    • Aumento della permeabilità vasale
    • Essudazione liquida
    • Rallentamento del flusso (iperemia passiva e stasi)
  • Fenomeni cellulari
    • Reclutamento di cellule infiammatorie (diapedesi)
    • Attivazione cellulare e rimozione della causa di danno
• Controllo, spegnimento e risoluzione

Fase di riconoscimento del pericolo e di inizio

Questa fase prevede il riconoscimento da parte delle cellule tissutali (epitelio, endotelio, fibroblasti, macrofagi ecc) di molecole di varia natura derivate dall'agente patogeno biologico o dal tessuto necrotico. Gli stimoli principali sono:

• Infezioni (batteriche, virali, micotiche o parassitiche) e tossine microbiche
• Corpi estranei come schegge, sporcizia, fili di sutura, che inducono danno tissutale traumatico o veicolano un'infezione batterica
• Necrosi tissutale di ogni origine, che sia un danno fisico o chimico, un trauma o un'ischemia, grazie al rilascio di particolari molecole
• Reazioni immunitarie abnormi e malattie autoimmuni

Le molecole rilasciate dagli stimoli esogeni sono i PAMPs (Pathogen Associated Molecular Pattern) e sono costituite principalmente da lipoproteine, peptidoglicani, RNA e DNA virali, DNA batterico e così via; sono in generale molecole indispensabili per il metabolismo, la sopravvivenza e la patogenicità del batterio e dunque non possono mutare, cosa che offre un grande vantaggio al nostro sistema di difesa. Sono molti i recettori deputati al loro riconoscimento e sono divisi in più classi: TLR (Toll-like receptors, i principali), NLR, NALP e RLR e complessivamente sono detti PRR (Pattern Recognition Receptors).

In generale, il riconoscimento dei PAMPs da parte dei PRR fa parte dell'immunità innata, ossia la prima componente del sistema immunitario, che si differenzia da quella adattativa perché utilizza recettori aspecifici codificati già nella linea germinale, mentre l'immunità acquisita utilizza recettori antigene-specifici generati tramite riarrangiamento genico al fine di promuovere una risposta mirata contro l'agente. Le strategie adottate dall'immunità innata sono tre:

• Riconoscimento del non self, vale a dire delle strutture caratteristiche del microbo e dei PAMPs
• Identificazione del missing self, ossia delle strutture molecolari normalmente espresse ma che sono perse in seguito all'infezione
• Identificazione del self alterato in seguito a infezione, trasformazione neoplastica e apoptosi

I PRR possono essere:

• Solubili, presenti nel sangue → complemento, collettine (lettina legante il mannosio MBL, proteina A del surfattante SP-A, proteina D del surfattante SP-D) e pentrassine (corte come la PCR o lunghe come la PTX3)
• Di membrana → recettori per peptidi formilati, lettinici, scavengers, CD14 e TLR
• Citoplasmatici → NOD

Il nostro organismo invece in seguito a necrosi e reazioni autoimmuni rilascia molecole dette DAMPs (Danger Associated Molecular Pattern), che possono essere ad esempio l'acido urico, l'ATP, una proteina legante il DNA chiamata HMGB1 con un meccanismo sconosciuto, il DNA stesso se rilasciato nel citoplasma, lipidi come oxLDL e acidi grassi saturi, proteine da shock termico e infine l'HIF-1α, vale a dire il fattore indotto dall'ipossia.

Dopo il riconoscimento di PAMPs e DAMPs i recettori della risposta innata innescano una serie di trasduzioni e programmi genetici che avviano le varie reazioni, che vanno a controllare la replicazione e la diffusione dei batteri e dei virus così come l'attivazione della risposta adattativa. Difetti in qualsiasi punto di questo processo possono generare ipersensibilità ai patogeni, malattie infiammatorie immuno-mediate e sindromi metaboliche.

Fase vascolare

La componente vascolare dell'infiammazione è testimoniata dalla triplice reazione di Lewis, descritta dallo scienziato inglese nel 1924, che prevede che strofinando la cute si formi una linea bianca che diventa rossa in seguito grazie alla vasodilatazione, che dopo 15-30 secondi si formi un alone rosso intorno alla linea dovuto ad una dilatazione delle arteriole attorno ad essa e infine che la linea torni bianca e rilevata per accumulo di liquido nello spazio extravasale. Una risposta così veloce si spiega con la presenza di istamina in circolo preformata e pronta ad agire; l'istamina è uno dei più importanti autacoidi, si forma dall'istidina ed è immagazzinata nei mastociti e nei basofili.

I mastociti sono in una posizione strategica nel derma addossati alle pareti vasali e contengono l'istidina decarbossilasi che catalizza la formazione dell'istamina; hanno la capacità di rilasciare mediatori lipidici e non, citochine, chemochine e fattori angiogenetici al fine di svolgere le loro molteplici funzioni, tra le quali si osservano il reclutamento di monociti, macrofagi, polimorfonucleati e linfociti T, la migrazione delle cellule dendritiche, la fagocitosi di microrganismi e vari effetti sulle cellule epiteliali e le loro giunzioni. L'istamina, facente parte delle amine vasoattive, ha la funzione di vasodilatare il circolo locale e aumentare la pressione idrostatica aumentando il flusso locale e diminuendo il deflusso. Le cellule endoteliali espongono sulla loro superficie il recettore H1 che utilizza secondi messaggeri come IP3 e DAG per scindere le giunzioni cellulari e aumentare così la permeabilità vasale a livello specialmente delle venule, in modo che possano fuoriuscire le proteine plasmatiche.

Per lo studio approfondito dei mediatori chimici dell'infiammazione si rimanda al capitolo dedicato. Per comprendere al meglio le modificazioni vascolari bisogna tenere bene a mente le caratteristiche della parete dei vasi:

• Arteriole → endotelio + MB + singolo strato di cellule muscolari lisce
• Canale preferenziale → connette l'arteriola terminale alla venula postcapillare
• Capillari → endotelio + MB
• Venule postcapillari → analoga al capillare ma con un sottile strato periferico

Le arteriole sono i vasi di resistenza dell'albero vascolare e determinano la maggior caduta di pressione, offrendo così una resistenza alla pompa cardiaca e contemporaneamente proteggendo i capillari da un'eccessiva pressione arteriosa; se le arteriole si dilatassero tutte contemporaneamente come avviene nello shock anafilattico la pressione cadrebbe vertiginosamente, mentre nell'infiammazione si ha una dilatazione solo locale in modo che la pressione sistemica rimanga inalterata. Alla vasodilatazione segue l'apertura di nuovi sfinteri precapillari e così si ha un aumento del flusso sanguigno locale che causa il calore e il rossore (eritema); la dilatazione è mediata principalmente dall'istamina e dall'ossido nitrico che agiscono sulla muscolatura liscia e comporta un aumento della pressione idrostatica locale.

Alla vasodilatazione, che risulta essere quindi il primo processo della componente vascolare, segue un aumento della permeabilità capillare, con la formazione di un essudato. La perdita di liquidi e il maggior calibro rallentano il flusso e aumentano la concentrazione degli eritrociti nei piccoli vasi e dunque la viscosità del sangue; in questo modo i piccoli vasi carichi di GR a lento deflusso si dilatano e si ha una condizione di stasi che si presenta come una congestione vascolare responsabile dell'arrossamento e che provoca l'accumulo dei leucociti che prenderanno poi parte alla componente vascolare.

A livello capillare vale la legge di Starling, secondo la quale la filtrazione e il riassorbimento del plasma da parte del vaso sono determinati dalla pressione idrostatica del sangue e dalla pressione colloido-osmotica dell'interstizio, alle quali si oppongono la pressione idrostatica dell'interstizio e quella colloido-osmotica del sangue. In caso di infiammazione l'aumento del calibro vascolare comporta un aumento della pressione idrostatica sia all'estremo arterioso che a quello venoso del capillare e così si ha un flusso netto di liquidi verso l'esterno. A questo si aggiunge l'aumentata permeabilità dell'endotelio e così si avrà anche un flusso netto di proteine plasmatiche nello spazio interstiziale, cosa che comporta la formazione dell'essudato, con composizione analoga a quella plasmatica; in questo modo si hanno nella sede lesa proteine plasmatiche che verranno drenate dal flusso linfatico e proteine necessarie alla fase successiva della flogosi.

I meccanismi deputati all'aumento della permeabilità sono molti:

• Contrazione delle cellule endoteliali indotta da istamina, bradichinina, leucotrieni, sostanza P e molti altri mediatori; è il meccanismo più comune, si verifica quasi subito ed è di breve durata (15-30 min) ed è detto quindi risposta immediata transitoria
• Rioganizzazione citoscheletrica dell'endotelio, principalmente di venule e capillari, indotto da ipossia e da citochine come IL-1 e TNF
• Aumentata transcitosi e numero di canali transcitotici per opera di VEGF e forse di altri mediatori
• Danno diretto all'endotelio per ustioni o danno microbico che porta a necrosi e distacco delle cellule endoteliali
• Danno mediato dai leucociti, più tardivo, specialmente nelle venule e nei capillari polmonari

Un metodo molto utile per verificare l'aumentata permeabilità è quello del cosiddetto blueing, che utilizza blu Evans per marcare l'albumina; dopo un'iniezione di istamina si vede che il colore si diffonde intensamente a livello extravasale e questo indica appunto la fuoriuscita delle proteine dal vaso. Se l'aumento della pressione non fosse accompagnato dall'aumento della permeabilità avremmo un trasudato, non un essudato. L'essudazione comporta l'edema, che quando è interstiziale come in questi casi si presenta come un rigonfiamento morbido della parte interessata, modificabile con una semplice pressione.

L'essudazione inoltre può essere di tipo immediato-transitorio e in tal caso avviene con un picco dopo 30 min specialmente a livello delle venule, mentre se è di tipo ritardato-prolungato (mediatori e tipi di danno diversi rispetto a quelli standard come l'istamina) si ha tra le 3 e le 38 ore dopo la lesione, senza picchi ma prolungata nel tempo; può anche essere di tipo immediato-prolungato e in questo caso inizia un'ora dopo la lesione ma continua con piccolo decremento fino a qualche giorno dopo.

La formazione dell'essudato ha vari effetti:

• Rifornimento di fattori plasmatici deputati alle difese antimicrobiche (complemento e anticorpi)
• Rifornimento di mediatori della flogosi di origine plasmatica
• Diluizione e/o inibizione dell’attività biologica dell’agente di malattia e dei prodotti della flogosi
• Rifornimento di O₂ e glucosio per sostenere l’attività fagocitaria dei leucociti
• Rifornimento di fattori di crescita per la riparazione dei tessuti
• Riduzione degli scambi gassosi tra sangue e cellule del tessuto in conseguenza all’imbibizione dell’interstizio
• Attivazione di proteasi ad attività istolesiva
• Trasporto di antigeni nei distretti linfatici locali a causa dell’aumento del flusso linfatico

La componente cellulare

Le cellule coinvolte nella risposta infiammatoria sono i leucociti, divisi a loro volta in granulociti e mononucleati. Ci sono poi vari sottogruppi e ogni cellula, al di fuori di neutrofili e piastrine, può migrare nei tessuti, nei quali si trova il corrispettivo tissutale.

Nello specifico, nell'infiammazione acuta sono coinvolti principalmente basofili, neutrofili e mastociti, mentre in quella cronica monociti, macrofagi e linfociti. Il ruolo dei leucociti è quello di travasare dal torrente ematico all'interno dell'interstizio per andare a rimuovere l'agente lesivo e produrre fattori di crescita utili al processo di riparazione. Questo processo può essere suddiviso in varie fasi.

Marginazione dei leucociti

Nel sangue normalmente presente nelle venule gli eritrociti viaggiano in colonna al centro del vaso, mentre i leucociti si trovano più spostati alla periferia, vicino alle pareti. Quando all'inizio dell'infiammazione si verifica il processo di stasi si ha un aumento della superficie del letto circolatorio ed un aumento della viscosità del sangue conseguente alla emoconcentrazione; la lentezza del flusso permette così ai leuciti di distribuirsi meglio lungo le pareti del vaso e questo processo è detto marginazione.

Adesione all'endotelio

In seguito alla marginazione prima cellule singole e poi file di globuli bianchi aderiscono temporaneamente all'endotelio, si staccano e si legano di nuovo e questo momento è detto rotolamento. Il rotolamento è solo la prima parte del processo di adesione dei leucociti all'endotelio, che è la tappa iniziale dell'extravasazione, ed è seguito dall'arresto, dall'arresto (legame irreversibile all'endotelio), dall'adesione stabile (leucocita ancorato, rotolamento bloccato) e dalla diapedesi. Le molecole di adesione sono presenti sulla superficie delle cellule endoteliali, dei leucociti e nella...