Patologia generale: principali argomenti e risposte a domande dell'esame

Infiammazione-immunologia

La risposta infiammatoria acuta

Fase vascolare e formazione dell'edema

L’infiammazione è un meccanismo di difesa caratterizzato da una risposta protettiva attuata in seguito all'azione dannosa di agenti fisici, chimici e biologici, il cui obiettivo è l'eliminazione della causa di danno cellulare o tissutale e l'avvio del processo riparativo.

L’infiammazione acuta è caratterizzata da una risposta immediata e precoce ad uno stimolo lesivo, ha durata breve, porta alla formazione di essudato composto da liquidi e proteine plasmatiche (edema), e prevede la migrazione di leucociti. La reazione infiammatoria può essere suddivisa nelle seguenti fasi:

• Risposta vascolare
• Formazione dell'essudato e dell'edema
• Modificazioni di altre componenti tissutali

Risposta vascolare

La risposta vascolare è la prima reazione che si verifica durante un’infiammazione, interessa il letto vascolare costituito da arteriole, capillari e venule ed è caratterizzata da modificazioni del calibro dei vasi sanguigni e della parete vascolare.

Nella fase iniziale della risposta vascolare ad un’infiammazione avviene una vasodilatazione persistente del letto vascolare, che perdura per tutta la durata del processo infiammatorio, e prevede quindi un aumento del flusso sanguigno nella zona interessata (iperemia), con conseguente effetto di rossore e calore.

La vasodilatazione è dovuta soprattutto alla liberazione nella sede dello stimolo lesivo di ammine vasoattive come l’istamina: essa viene prima sintetizzata e rilasciata da mastociti, reagisce poi con un recettore H1 sulla superficie delle cellule endoteliali che successivamente sintetizzano e liberano ossido di azoto, il quale stimola la vasodilatazione del letto vascolare.

Alla vasodilatazione segue una riduzione del flusso sanguigno nei capillari della zona infiammata; tale rallentamento induce i leucociti a rotolare lungo la parete endoteliale (fenomeno del rolling) e stabilire contatti adesivi stabili con le cellule endoteliali. Tale contatto è permesso grazie ad alcune modificazioni delle cellule endoteliali stesse, indotte dal rilascio di mediatori chimici come l’istamina, che portano ad un rigonfiamento delle cellule che divengono così più adesive grazie alla maggiore espressione sulla loro superficie di molecole di adesione.

La fase di riduzione del flusso sanguigno può poi proseguire fino ad arrivare all’arresto del circolo sanguigno (stasi) dove anche i globuli rossi iniziano ad accumularsi (fenomeno di sludging) portando alla formazione di trombi che aggravano il danno tissutale.

Formazione dell'edema

Un altro tipo di evento che può verificarsi durante un processo infiammatorio è la formazione di un edema; esso è definito come l’accumulo di liquido sieroso negli spazi interstiziali dell’organismo. Il passaggio di liquidi dai capillari ai tessuti è il risultato della pressione idrostatica e della pressione osmotica, agenti con direzioni opposte lungo le pareti dei capillari.

Nell'organismo sano la pressione idrostatica, che tende a determinare la fuoriuscita di liquidi dai capillari, è pressoché bilanciata dalla pressione colloido-osmotica, che si esercita in direzione opposta. Quella minima fuoriuscita di liquidi nello spazio interstiziale viene drenata dai vasi linfatici, che la reimmettono nel circolo venoso.

Durante un processo infiammatorio invece avvengono diverse modifiche a livello vascolare che portano alla formazione di edema:

• La vasodilatazione porta ad un aumento della pressione idrostatica, con conseguente fuoriuscita di liquido sieroso dai capillari verso gli interstizi (edema)
• Alcuni mediatori chimici (come istamina, prostaglandine, citochine, fattore di Hagema, fattore del complemento) aumentano la permeabilità dei vasi, permettendo la fuoriuscita anche di proteine (essudato), con conseguente diminuzione della pressione osmotica
• Alcuni mediatori chimici (come citochine infiammatorie TNF e IL-1) causano alcune modificazioni della parete vascolare, quindi le cellule endoteliali si rigonfiano e si ritraggono, le giunzioni diventano così lasse e si aprono, si assiste così ad una riorganizzazione del citoscheletro, che permette un’uscita più rapida di liquido sieroso e proteine verso gli interstizi.

Il ruolo delle molecole di adesione nei processi chemiotattici

Una fase molto importante del fenomeno infiammatorio è il processo di extravasazione leucocitaria, che consiste nella migrazione dei leucociti dal torrente sanguigno, attraverso le pareti vasali verso i tessuti periferici (tale movimento orientato dei leucociti è detto chemiotassi e avviene grazie ad un gradiente di fattore chemiotattico).

Nelle venule di tessuti in cui sta avvenendo l'infezione il flusso ematico è rallentato e quindi anche i leucociti rallentano il loro movimento, posizionandosi ai margini del vaso. L'extravasazione necessita dell'azione di numerose molecole di adesione che sono prodotte da cellule presenti nel tessuto sede dell'infezione e rilasciate poi nel tessuto stesso o in circolo, presenti sulla superficie luminale del vaso e sui leucociti.

L'estravazione si compone fondamentalmente di 4 fasi:

• Rolling
• Aumento dell'affinità delle integrine
• Adesione stabile all'endotelio
• Passaggio fisico vero e proprio attraverso il vaso

Nelle zone infiammate i leucociti entrano in contatto con le selectine: molecole di adesione presenti sull'endotelio, aventi porzione N terminale lectinica in grado di legare i ligandi specifici (carboidrati) presenti sulla superficie dei leucociti. Tale contatto dà il via ad una serie di legami deboli uno di seguito all'altro che permette il fenomeno del rolling nel quale le cellule rotolano sulla superficie luminale del vaso.

Il rolling continua fino al contatto del leucocita con una chemochina: molecola di adesione presente sull'endotelio che, dopo il legame con il leucocita, attiva la cascata di segnali che porta all’attivazione (cioè ad un aumento di attività) delle integrine: molecole di adesione presenti sulla superficie del leucocita (prima della sua attivazione è presente in forma “bassa affinità”, mentre dopo l’attivazione diviene forma “alta affinità”).

Una volta attivate le integrine queste si legano (e legano quindi i leucociti sui quali si trovano) ai loro ligandi specifici chiamati immunoglobuline (ICAM o VCAM) instaurando adesioni stabili e rallentando l’avanzata del leucocita lungo il vaso. Il legame integrine/leucociti-immunoglobuline porta all'attivazione di una serie di proteine chinasi che alterano temporaneamente le giunzioni tra le cellule endoteliali permettendo al leucocita di passare attraverso il vaso.

Le chemochine

Le chemochine sono un gruppo di circa 50 proteine di piccole dimensioni (8-10 KDa) di natura basica, che hanno come funzione principale quella di essere fattori chemiotattici, che portano cioè all’attivazione e al reclutamento dei leucociti in caso di infiammazione o semplicemente per regolare la concentrazione di leucociti nell’organismo. Queste molecole sono presenti anche negli organismi inferiori e fanno parte dell’immunità innata conservata.

Le chemochine possono essere suddivise in 4 famiglie in base al numero e alla posizione dei residui di cisteina all’N terminale, responsabili della formazione del ponte disolfuro:

• CC: residui cisteina adiacenti l’uno all’altro
• CXC: residui cisteina separati da un aa
• C: un solo residuo di cisteina
• CX3C: residui cisteina separati da 3 aa

I recettori per le chemochine fanno parte della famiglia dei GPCR (recettori associati a proteine G), strutturalmente sono perciò formati da una regione extracellulare che lega la chemochina, da sette α-eliche transmembrana e associati ad una proteina G sul versante citoplasmatico. Il legame della chemochina attiva il recettore ma al contempo ne diminuisce l'espressione sulla superficie cellulare. I recettori per le chemochine sono presenti su tutti i leucociti, le cellule che ne sono più ricche sono i linfociti T. Una stessa chemochina può legare più di un recettore, quindi i recettori sono specifici, condivisi e promiscui.

Le chemochine svolgono diverse importanti funzioni:

• Le chemochine omeostatiche sono espresse costitutivamente e fungono da fattori chemiotattici per permettere la migrazione delle cellule dal sito di produzione alla loro posizione finale.
• Le chemochine infiammatorie fanno parte dell’immunità innata e sono indotte da stimoli infiammatori (quali IL-1, TNF, LPS); hanno il compito di aumentare l’affinità delle integrine di alcuni leucociti permettendo la loro adesione all’endotelio e il successivo processo di estravasazione, che prevede la migrazione di tali leucociti verso il sito di infezione, seguendo la concentrazione di chemochine che legano i loro recettori.
• Le chemochine hanno anche funzione di housekeeping, regolano l’homing di linfociti T, la coagulazione e la sopravvivenza di linfociti B, linfociti T e plasmacellule.

Le chemochine inoltre hanno un ruolo rilevante e terapeutico anche in patologie come tumori e HIV. Nell’infezione HIV vi è un corecettore CCR5 necessario per la fusione di HIV con le cellule bersaglio; alcune chemochine come RANTES possono occupare tale recettore bloccando l’infezione di HIV.

Caratteristiche delle citochine infiammatorie primarie: IL1, TNF and IL6

Le citochine sono un gruppo abbastanza vasto di proteine prodotte da vari tipi di cellule e secrete nel mezzo circostante, permettono la comunicazione fra cellule del sistema immunitario, intervengono nella regolazione e amplificazione della risposta infiammatoria, del riparo cellulare e dell’immunità specifica.

Le principali citochine infiammatorie primarie sono:

• TNF (fattore di necrosi tumorale): proteina di circa 17 KDa secreta principalmente da macrofagi in seguito a legame con batteri contenenti porzione LPS; ha come funzione principale la regolazione delle cellule del sistema immunitario. Il TNF viene sintetizzato come precursore ed è successivamente elaborato dalla metalloproteasi che lo converte in forma matura; può interagire con due diversi tipi di recettore. Il TNF ha diversi effetti in base alla sua concentrazione nell’organismo:
  • Concentrazione bassa: attiva i leucociti e IL1 delle cellule endoteliali
  • Concentrazione media: agisce su cervello aumentando la produzione di prostaglandine (che si manifestano con effetto febbre); agisce su fegato aumentando la produzione di proteine di fase acuta; agisce su midollo osseo aumentando la produzione di leucociti (globuli bianchi).
  • Concentrazione alta: agisce sul cuore, diminuendo la pressione e inducendo così la formazione di trombi; agisce sul fegato diminuendo la perfusione arrivando così all’ipoglicemia.
• IL1 (interleuchina 1): proteina di circa 16 KDa secreta da vari tipi di cellule del sistema immunitario quali macrofagi, monociti, cellule dendritiche, fibroblasti, cellule endoteliali. Tale proteina viene prodotta quindi in risposta ad infezioni batteriche, in seguito a stimolo di LPS (un’endotossina Gram-). I recettori di IL1 esistono in diverse forme. IL1 ha diversi effetti sull’organismo, i principali sono:
  • Indurre febbre e produzione prostaglandine
  • Aumentata chemiotassi, trombossano e istamina
  • Aumentata proliferazione, produzione di collagene e matrice extracellulare
  • Attivazione linfociti B,T,NK
  • Aumentata produzione linfochine e fattori di crescita
• IL6 (interleuchina 6): proteina di circa 16 KDa secreta da macrofagi e fibroblasti; è una dei più importanti mediatori di febbre e risposte di fase acuta, favorisce la crescita di linfociti B ed è antagonista di linfociti T. IL6 ha un recettore che trasmette il segnale alle chinasi citoplasmatiche (STAT).

Differenze tra infiammazione cronica e infiammazione acuta

L'infiammazione è un meccanismo di difesa non specifico innato, che costituisce una risposta protettiva, seguente all'azione dannosa di agenti fisici, chimici e biologici, il cui obiettivo finale è l'eliminazione della causa iniziale di danno cellulare o tissutale, nonché l'avvio del processo riparativo.

L’infiammazione può essere di 2 tipi:

Acuta

• Esordio rapido e durata relativamente breve (minuti, ore o pochi giorni)
• Prevalenza di eventi vascolo-ematici come reazione al danno tissutale
• Caratterizzata da: modificazioni vascolari, passaggio di leucociti dal letto capillare al tessuto leso, migrazione dei leucociti al tessuto infiammato seguendo fattori chemiotattici, formazione finale di un essudato composto da liquido e proteine del plasma (edema) con la finalità di contrastare l’agente lesivo
• Caratterizzata da diverse possibili risposte di fase acuta: febbre, sintesi epatica di proteine di fase acuta, alterazioni metaboliche
• Infiammazione viene riparata regolarmente

Cronica

• Maggiore durata (settimane, mesi)
• Prevalenza di fenomeni tissutali
• Presenza di linfociti e macrofagi
• Contemporanea presenza di infiammazione attiva, distruzione tissutale e tentativi di riparazione
• Proliferazione di vasi sanguigni (angiogenesi), fibrosi e necrosi tissutale
• Può generarsi in seguito ad un’infiammazione acuta non correttamente risolta

Descrivete i meccanismi della fagocitosi, i recettori utilizzati e i meccanismi di uccisione dei patogeni internalizzati

La fagocitosi è il processo attraverso il quale alcune cellule, dopo aver riconosciuto materiali estranei responsabili di un’infezione, sono in grado di ingerirli/ inglobarli e infine distruggerli attraverso degradazione enzimatica. Le cellule implicate in tale meccanismo sono principalmente neutrofili, monociti/macrofagi.

La fagocitosi si divide in fasi:

• Fase di riconoscimento
• Fase di adesione
• Fase di internalizzazione (formazione del fagosoma)
• Fase di distruzione (tramite fusione del fagosoma con un lisosoma → formazione del fagolisosoma dove vengono degradate le sostanze internalizzate)

La fase di adesione avviene grazie all’interazione tra i recettori presenti sul fagocita (detti PRR= pattern recognition receptors) e i ligandi presenti sulle sostanze da eliminare (detti PAMP= pathogens associated molecular pattern).

I recettori dei fagociti sono di 2 tipi:

• Recettori di fagocitosi: si trovano sulla membrana esterna della cellula fagocitaria
  • Recettore per il mannosio
  • Recettore scavenger (riconosce e fagocita corpi apoptotici e globuli rossi senescenti)
  • Recettori per il complemento (CR1 o CR3 legano fattori del complemento)
  • Recettori Fc (anticorpi che legano nella porzione variabile il patogeno e tramite la sezione standard legano il recettore presente sui fagociti)
• Recettori di attivazione:
  • Recettori Toll like (sono la classe di recettori più importanti dell’immunità innata, fanno parte della famiglia dei PRR, sono proteine transmembrana che riconoscono determinate strutture tipiche di patogeni e microbi.

Meccanismo di uccisione dei patogeni: Le cellule fagocitiche distruggono i microorganismi fagocitati producendo il fagolisosoma, un tipo speciale di fagosoma dove i patogeni sono rinchiusi e distrutti per mezzo di composti tossici, prodotti in modo dipendente dall’ossigeno, detti specie reattive dell’ossigeno (ROS). Queste ultime vengono liberate dai fagociti attraverso un processo chiamato esplosione respiratoria.

La generazione delle specie reattive dell’ossigeno è dovuta all’attivazione del sistema enzimatico della NADPH ossidasi, che ossida NADPH riducendo O₂, che diviene così anione superossido; esso si converte poi in acqua ossigenata la quale, in presenza dell’enzima mieloperossidasi diventa acido ipocloroso. Quest’ultimo ha potente attività microbicida e danneggia le membrane per perossidazione lipidica, insieme ad altri radicali liberi formatisi.

L'infiammazione cronica

L’infiammazione cronica è una risposta infiammatoria che si prolunga nel tempo. Essa è dovuta a:

• Episodi di infiammazione dovuti a ripetuta esposizione ad agenti lesivi
• Evoluzione di un’infiammazione acuta per persistenza dello stimolo o alterazione dei normali processi di guarigione
• Evoluzione di un’infiammazione cronica primaria (es. patologie autoimmuni)
• Ospite non immunocompetente, cioè che non riesce a rispondere ai patogeni

L’infiammazione cronica è caratterizzata da una sovrapposizione di eventi di infiammazione attiva, distruzione tissutale, risposta immune e riparo. L’esposizione al danno è continua e quindi c’è una risposta ininterrotta. Durante tale processo si hanno:

• Minime modifiche vascolari
• Abbondante proliferazione e infiltrazione cellulare di cellule infiammatorie
• Danno: necrosi e distruzione tissutali indotte da agente lesivo o cellule dell’infiltrato
• Riparo: tessuto presenta fibrosi, proliferazione di fibroblasti, deposito di connettivo che delimita ascesso o granuloma
• Condizione di angiogenesi per riparare i danni

Le cellule coinvolte nel processo di infiammazione cronica sono: macrofagi, linfociti e plasmacellule, mastociti, eosinofili, neutrofili. Aspetto importante che caratterizza l’infiammazione cronica è la reazione granulomatosa, ossia una reazione immunitaria cellulo-mediata che prevede l’aggregazione di linfociti e macrofagi. In questo caso l’agente lesivo provoca un danno localizzato, che porta alla formazione di un nodulo di tessuto infiammatorio ben circoscritto, chiamato granuloma. Il granuloma è un’aggregazione compatta di più macrofagi che portano alla formazione di cellule giganti multinucleate.

Recettori TLR e meccanismi dell'attivazione dei monociti/macrofagi

I Toll-Like Receptor TLR sono una classe di proteine che hanno un ruolo chiave nella difesa dell'organismo, in particolar...