Patologia II - Fisiopatologia

Sangue ed organi ematopoietici

Il sangue, 5 litri in un soggetto adulto, è composto da una parte liquida (plasma) ed una parte corpuscolata (GR, GB e piastrine).

Plasma

(90% acqua, 8% proteine, 0.9% ioni inorganici) Tra le proteine plasmatiche sono da ricordare l’albumina (6% necessaria al trasporto di ormoni), il fibrinogeno, i fattori della coagulazione, le proteine di fase acuta e le globuline (36%) tra le quali annoveriamo le γglobuline (Ab). Il plasma privato del fibrinogeno viene indicato come siero.

Esame emocromocitometrico

Esame completo del sangue atto a valutarne le sue componenti cellulari.

Eritrociti Forma biconcava privi di nucleo e ricchi di Hb. Nel sangue periferico sono presenti una piccola quota di reticolociti, eritrociti con aspetto reticolare dovuto alla permanenza di ribosomi, mitocondri ed altri organuli: la quota di reticolociti aumenta per fenomeni emorragici, aumentata produzione di EPO e alterazioni midollari.

Leucociti A lato è osservabile la formula leucocitaria. L’ematocrito si riferisce al rapporto tra parte liquida e parte corpuscolata: una sua diminuzione è indice di anemia mentre un aumento è indicato come policitemia.

All’esame emocromocitometrico può essere associato lo striscio di sangue: questo permette di evidenziare alterazioni di volume (anisocitosi), forma (poichilocitosi) e addensamento (ipo-, ipercromia) che si può rilevare anche per mezzo di MCH (quantità media Hb cellulare; 27­-32 pg) ed MCHC ([Hb]; 32­-37).

Emopoiesi

Per emopoiesi si intende il fenomeno per il quale, a partire da una stem cell emopoietica, si ottengono tutte le cellule costituenti la parte corpuscolata del sangue.

• Emopoiesi vitellina - All’inizio si formano isolotti di cellule contenenti, al centro, gli emocitoblasti.
• Emopoiesi epatica - Dalla quinta settimana di gestazione al sesto mese.
• Emopoiesi midollare - Dal quinto mese: in gestazione avviene nel midollo assiale e successivamente avviene nel midollo localizzato nello sterno, nelle pelvi, nelle coste, nel cranio e nelle ossa lunghe (dove poi si accumulano lipidi).

Il midollo risulta compartimentalizzato in “aree” contenenti cellule in via di maturazione: nel corso della maturazione avviene la perdita della capacità di differenziamento e l’acquisizione delle caratteristiche isto-tipiche della singola specie cellulare. Aumento della distruzione periferica delle componenti del sangue o carenza di fattori di crescita necessari all’emopoiesi determinano aumento nella produzione di EPO che si manifesta a livello midollare con iperplasia parziale/globale del midollo.

Nel midollo sono presenti le stem cell ematopoietiche (HSC multipotenti) capaci di differenziare nei diversi sottotipi corpuscolati del sangue, che sono munite del marker CD34: queste si collocano all’interno della nicchia, adese agli osteoblasti, che contiene anche le cellule di supporto le quali, per mezzo della produzione di FDC, determinano il processo di divisione asimmetrica delle HSC. La divisione asimmetrica determina la formazione di un’altra HSC e di una TAC (=cell staminale condizionale) che è progenitrice dei diversi elementi del midollo, ma risulta ancora multipotente, e che prolifera abbondantemente.

Nell’organismo sono disseminate delle cellule mesenchimali adulte, caratterizzata dalla stessa pluripotenzialità delle cell staminali embrionali: hanno la forma di un fibroblasto. Trapianti di stem cell hanno permesso di identificare come stem cell ematopoietica la CFU-S: da questo progenitore originano sia la linea mieloide (CFU-GM CFU-Km per la linea granulocitaria) che la linea eritroide (BFU-E CFU-E). Il processo di differenziazione dipende dalla produzione, da parte delle cellule presenti nella nicchia o da cellule lontane (es. epatociti), di fattori di crescita che aiutano la differenziazione (via JACK/STAT) e la proliferazione (via RAS/RAFMap chinasi).

Fisiopatologia eritrociti

L’eritropoiesi rappresenta il meccanismo deputato alla formazione dell’eritrocita: la fase di maturazione dura 5 giorni al termine dei quali si osserva l’espulsione del nucleo e la formazione del reticolocita che può rimanere nel midollo per 24h quindi viene immesso in circolo dove maturerà in eritrocita quando perde ribosoma e mitocondri.

La regolazione dell’eritropoiesi dipende principalmente dalla produzione di EPO da parte dei fibroblasti peritubulari del rene (nella vita fetale e in corso di abbondanti richieste è sintetizzata anche dagli epatociti) a seguito della percezione di ridotte [O₂] che attivano HIF-1 o della loro attivazione da parte di alcuni ormoni (corticosteroidi, tiroidei, …). L’EPO viene recepita da BFU-E e CFU-E e, in esse, si osserva aumento della sintesi di Hb, aumento della velocità di transito dai precursori vs i reticolociti.

Ferro

Il ferro si trova distribuito nell’eme (Hb, Mb, citocromo) e nei composti non eminici (transferrina, ferritina, emosiderina) che si trovano nel sistema reticolo-endoteliale.

• Assorbimento - Il ferro assunto con la dieta è assorbito al 10%: i composti eminici sono assorbiti direttamente a livello intestinale mentre il ferro dei composti non eminici viene assorbito come Fe²⁺ quindi ossidato a Fe³⁺ per essere portato a:
  • Apoferritina - Molecole di deposito del ferro.
  • Apotransferrina - β-globulina trasportatrice del ferro la cui saturazione determina la quota di ferro assorbito a livello intestinale.
• Utilizzazione - Sui precursori degli eritrociti è presente un recettore per la transferrina che viene internalizzato quando lega il ligando contenente Fe³⁺ che, poi, viene diretto vs la sintesi di Hb o viene conservato sotto forma di ferritina o di granuli di emosiderina (rilascio più lento).

Vitamina B12

La vitamina B12 (cobalamina) viene assunta con la dieta: è formata da un nucleotide associato ad un anello corrinico che contiene, al centro, un atomo di cobalto che può legare diversi composti ma, nella forma classica, lega 5’-desossi-5’-cobalamina. La cobalamina è impiegata, come co-enzima, nelle reazioni di conversione omocisteina-metionina e nell’isomerizzazione del L-metilmalonil-CoA a succinil-CoA: l’assenza di vitB12 determina omocisteinuria e metimalonicaciduria con rispettiva assenza di metionina che determina gravi deficit neurologici e anemia megaloblastica.

Acido folico

Acido folico Molecole composte da acido pteroico e acido L-glutammico: non viene sintetizzato dall’organismo e deve essere assunto con dieta (frutta e verdura). La funzione di queste molecole è quella di trasferire unità mono-carboniose nel metabolismo di aminoacidi, purine e pirimidine.

Acido ascorbico

Acido ascorbico Agente riducente che favorisce l’assorbimento del ferro ed è coinvolto nel rilascio del ferro dal sistema reticolo-endoteliale.

L’eritrocita è una cellula a forma di disco biconcavo privo di nucleo: l’Hb costituisce il 95% del suo peso, ha un’emivita di 120 giorni. La sua membrana plasmatica è ricca di cariche negative tali da impedire all’eritrocita di associarsi all’endotelio, quando la cellula passa all’interno dei piccoli capillari, dove è necessaria la sua deformazione. Gli eritrociti sono privi di mitocondri e generano energia utilizzando glucosio con produzione finale di lattato o per mezzo della via dei pentoso-fosfati: l’energia derivata è necessaria per il mantenimento dell’attività delle pompe (es. Na/K⁺), per il mantenimento dello stato ridotto del glutatione, per il mantenimento del ferro allo stato ridotto (Fe²⁺).

L’Hb è una molecola formata da due diverse catene peptidiche ognuna delle quali lega l’eme (protoporfirina + ferro), il cui compito è quello di legare O₂, e che si trova in una tasca interna alla molecola di Hb. Il legame dell’eme con O₂ è allosterico: dallo stato T (“deossi”) un primo gruppo lega O₂, quando la sua p. parziale è elevata, e induce i restanti quattro gruppi a legare O₂. La capacità di rilasciare O₂ dipende dall’abbassamento del pH dovuto alla liberazione di CO₂ per mezzo del metabolismo tissutale (effetto Bohr).

• Metemoglobina - L’eme contenuto nell’Hb adulta lega Fe²⁺: l’ossidazione a Fe³⁺ o l’assenza dell’enzima metemoglobina reduttasi determina la formazione di metemoglobina.
• Carbossiemoglobina - L’esposizione a CO, che presenta maggiore affinità per Hb rispetto a O₂, determina la formazione di questa forma di Hb che diventa incapace di legare O₂ e questo può determinare ipossia tissutale.

L’emocanteresi (distruzione del globulo rosso) avviene per senescenza quando l’eritrocita perde la capacità di sintetizzare proteine (dato che manca di nucleo e mitocondri): il deficit di energia altera la permeabilità della membrana che determina la frammentazione dell’eritrocita, il suo rigonfiamento a cui segue la fagocitosi da parte dei macrofagi splenici ed epatici.

Anemie

Riduzione della [Hb] o del numero degli eritrociti circolanti: il sangue deve fornire circa 250 ml di O₂ ai tessuti e questo determina il calo di p. parziale dell’O₂ da 90 mmHg nel compartimento arterioso a 40 mmHg nel compartimento venoso ma, nelle anemie, questo range è alterato.

• Anemia lieve Livelli di Hb compresi tra 9,5 e 11 g/dL
• Anemia moderata Livelli di Hb compresi tra 8 – 9,5 g/dL
• Anemia grave Livelli di Hb compresi tra 6,5 – 8 g/dL
• Anemia fatale Livelli di Hb < di 6,5 g/dL

Meccanismi compensatori

• Gittata cardiaca - Quando Hb <8g/dl si osserva aumento proporzionale della gittata cardiaca con conseguente aumento della velocità del circolo (e aumento del flusso nelle arterie coronarie) che determina aumenti della pressione diastolica e NON sistolica.
• Vasocostrizione periferica
• Curva Hb - Spostamento verso destra a causa dell’aumento del 2,3 DPG: l’aumento di deossi-Hb causa un maggiore legame di Hb con 2,3 DPG e un conseguente aumento della sintesi di questa molecola.

Anemie per difetti della maturazione degli eritrociti

Anemia sideropenica (<MCH <MCHC)

Le cause sono differenti a seconda del periodo vitale:

• Neonato - Difetto nell’apporto di nutrienti da allungamento della lattazione, nascita prematura con scarsità di ferritina, emorragie neonatali o carenze di ferro nella madre.
• Adolescente - Scarsità di ferro a fronte dell’aumentata richiesta da parte della crescita.
• Adulto - Micro-emorragie (neoplasie gastriche, ernie iatali, varici esofagee) localizzate per lo più nell’intestino non sufficiente a causare deficit della massa circolante ma sufficiente a ridurre le concentrazioni di ferro.

Causa dell’anemia sideropenica dell’adulto è anche la dieta o mal-assorbimento intestinali. La riduzione del ferro determina inizialmente deplezione delle riserve di ferritina e di emosiderina con aumento della transferrina (trasportatore di sangue nel plasma): gravi defici di ferro causano il blocco dell’emopoiesi che si manifesta con anemia microcitica ed ipocromica.

Anemia megaloblastica

Deficit di vitamina B₁₂ o di folati che determina danno al DNA in tutte le cellule in attiva proliferazione: questo determina la produzione alterata di elementi del sangue (eritrociti, piastrine e leucociti) che, principalmente, si manifesta con arresto della maturazione nucleare e, pertanto, con un rapporto nucleo/citoplasma anomalo. L’anemia megaloblastica è l’esempio caratteristico dell’arresto dell’emopoiesi: questo determina anemia in circolo con una conseguente produzione di EPO che causa l’ipertrofia del midollo con produzione di cell anomale che, per lo più, vengono distrutte a livello midollare causando, quindi, il quadro anemico. Le cause possono essere anemia perniciosa (deficit B₁₂) o deficit di folati:

• Ridotto apporto di B₁₂
• Ridotto assorbimento di B₁₂ (anemia perniciosa) - Riduzione del fattore intrinseco, prodotto dalla mucosa gastrica: sono stati osservati anticorpo anti-fattore intrinseco o, questo quadro, deriva da resezioni gastriche importanti.
• Malattie dell’ileo - Area dove viene assorbita la vitB₁₂: patologie dell’ileo (es. morbo di Chron)
• Deficit trans-cobalamina (B₁₂)
• Deficit folati - Da ridotto assorbimento, apporto o da aumentato fabbisogno (es. gravidanza).

I pazienti con anemia perniciosa presentano anemia e alterazione neurologica per degenerazione delle singole fibre mieliniche: questo si manifesta con alterazioni gusto/olfatto, difetti del sistema visivo, atassia, neuropatia periferica.

Anemie sideroblastiche

I precursori degli eritrociti normali possono presentare, per patologia congenita, accumulo di ferro nel citoplasma che determina alterazione nella funzione dei mitocondri e, quindi, alterazione nella maturazione dell’eritrocita: solitamente i pazienti presentano sia eritrociti normali sia eritrociti ipocromici.

Anemia per difetti genetici

Talassemia

Alterazioni nella sintesi di Hb dovuta a rallentamenti nella sintesi di una delle due catene dell’Hb: la β-talassemia si manifesta SOLO nell’adulto (Hb adulta α₂β₂) mentre l’α-talassemia si manifesta anche nel neonato (Hb fetale α₂γ₂).

I deficit per le β-talassemie sono di natura genetica:

• Delezioni ed inserzioni - Causano uno spostamento del frameshift.
• Mutazioni puntiformi - Determinano la formazione di codoni di stop prematuri o l’assenza di questi codoni. Mutazioni puntiformi possono anche causare variazioni a carico del processamento dell’RNA o alterazioni a promotori con conseguente rallentamento nella codifica di un determinato gene.

I deficit per le α-talassemie sono differenti rispetto ai primi in quanto sono presenti 4 geni per la codifica della catena (2 per ogni allele): possono esistere α₀-talassemie (assenza totale del gene) o α₊-talassemie (eterozigosi). Possono esistere α-talassemie da mutazioni come nel caso dell’assenza del codone di stop che determina la formazione di una catena molto più lunga del normale e, pertanto, instabile. Esistono anche αβ-talassemie: sono causate dall’assenza completa della globina β o dall’associazione della catena α con una catena γ (fusione errata da crossing over) nella cosiddetta Hb di Lepore.

β-Talassemie Nella forma omozigote si manifestano con grave anemia e morte entro la terza decade per accumulo di ferro a causa delle continue trasfusioni. L’anemia è ipocromica associata ad aniso- e poichilocitosi: in periferia si trovano abbondanti quantità di Hb fetale, che ha una maggiore affinità per l’ossigeno e, pertanto, causa ipossia tissutale. L’anemia consegue all’aumento della sintesi delle catene α- che precipitano rendendo il precursore dell’eritrocita particolarmente rigido.

α-Talassemie (Sindrome di Bart) Hb α₀ è composta da 4 catene γ: questa Hb è inutile dato che per l’interazione eme-eme è necessaria l’associazione α non α. Solitamente il feto è abortito o muore poche ore dopo la nascita per carenza di ossigeno nei tessuti. α-Talassemie (Hb H) Hb α₊ è formata da 4 catene β, che, rispetto alle α. non precipitano nel midollo ma rendono comunque l’emopoiesi inefficace e rendono l’eritrocita ricco di ferro che ne comporta la prematura eliminazione.

Talassemie Forme meno gravi per assenza delle catene δ e β: la catena β viene efficacemente sostituita con la catena γ. Tra queste forme di talassemia è nota la talassemia Lepore, dovuta al crossing over ineguale che determina la formazione di un gene chimera con conseguente formazione di un gene βδ-βδ.

Anemie da alterata proliferazione degli eritrociti

Anemia aplastica

Riduzione di tutti gli elementi del sangue (pancitopenia): l’anemia aplastica congenita, anche nota come sindrome di Fanconi, si manifesta solo durante l’adolescenza e sembra dipendere da alterazioni ai meccanismi riparativi del DNA. Le forme acquisite sembrano dipendere da forme autoimmuni, da assunzione di farmaci o da infezioni virali che determinano un’importante eritro-fagocitosi associata a febbre e un’aumentata produzione di IL-6 che causa aumento della [epcidina] che trattiene il ferro assorbito negli enterociti senza renderlo disponibile per l’emopoiesi. Esistono forme di ipoplasie ed aplasia specifiche degli eritrociti e sembrano essere causate da fenomeni autoimmuni.

Anemie emolitiche

Riduzione della vita media degli eritrociti circolanti, per aumento della loro distruzione, che può generare ipossia con conseguente aumento della produzione di EPO: questa riesce a compensare la ridotta vita eritrocitaria se questa non è inferiore a 15gg. L’emolisi è intravascolare quando è mediata dai fattori del complemento mentre è extravascolare (milza e fegato) quando è mediata dalle Ig. L’eme che viene liberato si converte in bilirubina ed urobilinogeno. l’Hb liberata si complessa con l’aptoglobina (α-globuline di origine epatica) che è in grado di legare tra 100-140 mg/100 ml di plasma: il complesso Hb-aptoglobina resta nel compartimento plasmatico pertanto la riduzione della aptoglobina libera è indice di emolisi. Quando l’Hb liberata supera la [aptoglobina] l’eme liberato si lega all’emopessina che porta l’eme nel compartimento epatico dove questo può essere complesso con l’albumina e, in casi gravi, può essere liberato nel plasma (diventa marrone) sino ad essere escreto nel fegato, dove viene riassorbito a livello tubulare dove forma emosiderina o, in casi molto gravi, viene escreto.