Principi di patologia e fisiopatologia - 303 pagine

Antiga Alessia 2017: principi di patologia e fisiopatologia UniPD

Settori di studio della patologia

• Epidemiologia
• Medicina/veterinaria
• Fisiopatologia
• Istopatologia
• Patologia cellulare
• Patologia molecolare
• Patologia genetica

Principi di patologia

Processi patologici elementari:

• Perdita omeostasi lieve o impegnativa → adattamento, danno cellulare, degenerazione e morte cellulare.
• Risposta dell’organismo (multicellulare), danno della singola cellula perturba tutto l’organismo → infiammazione.
• Danni nel controllo del ciclo cellulare, indipendenza da condizioni esterne → proliferazione → sofferenza, diffusione, morte.

Fisiopatologia

Patologie a livello di organo o sistemico:

• Da ridotta disponibilità di ossigeno.
• Da alterata stimolazione ormonale.

Etiologia

Studia le cause che provocano la patologia (motivi per cui compare il processo patologico) → rimozione delle cause per evitare la patologia:

Cause:

• Esogene
• Endogene
  • Genetiche: correzione difetto → no malattia.
  • Non genetiche.
    • Determinanti: responsabili del processo.
    • Coadiuvanti: aiutano la comparsa del processo (soprattutto esogene e non genetiche).

Patologia: localizzata o diffusa

La comparsa della malattia dipende però dallo stato dell’organismo, che può essere:

• Recettivo: l’individuo può essere colpito dalla malattia (anche agenti patogeni e virus).
• Refrattario: il patogeno non può colpire (es. patogeno specie specifico, possibile salto specie, es. prioni).
• Resistente: es. resistenza al tetano, alla varicella, dato dalla vaccinazione.
• Reattivo: capacità di rispondere in modo esagerato, es. reazioni allergiche, risposta dovuta a meccanismi molecolari particolari.

Cause esogene

• Fisiche: energia meccanica (traumi), energia termica (ustioni, colpo di calore, surriscaldamento, congelamento), energia elettrica, radiazioni (UV, ionizzanti), variazioni pressione atmosferica (sommozzatori), accelerazioni gravitazionali (atrofia).
• Chimiche:
  • Diffuse: modificazioni di pH forti o lievi (7,3-7,4), solubilizzazione costituenti cellulari (es. lipidi membrane, per detergenti o tossine), denaturazione proteine (perdita folding, funzione, modifica alone idratazione).
  • Selettive: veleni o tossici, azione mirata (es. cianuro blocca la catena respiratoria, veleni di serpenti sono enzimi).
  • Inquinamento ambientale.
• Errata alimentazione: ipoalimentazione (es. carenze vitamine, cofattori per enzimi), iperalimentazione (obesità, danni da obesità) → disfunzioni metaboliche.
• Infezioni: batteriche, virali, da altri microrganismi, da protozoi, da funghi, da elminti.

Cause endogene

• Malattie ereditarie o genetiche.
• Ridotto apporto ossigeno.
• Aumentata o ridotta richiesta/stimolazione.
• Reazioni immunologiche.

Non sempre è possibile risolvere l’eziologia: es. malattie genetiche (terapia genica/cellulare), tetano prevenzione con vaccini (antibiotici/antivirali), cancro (farmaci antiblastici, non selettivi).

→ Azione a livello diverso:

• Meccanismo patogenesi (eziologia → patologia).
• Meccanismo patologia → malattia.

Risposte cellulari di tipo adattativo

Patogenesi: risposte cellulari al danno.

Corrispondono a diverse espressioni geniche, che modificano alcuni aspetti, ma non hanno un corrispettivo morfologico. Avvengono in modo relativamente rapido (ore/1 giorno).

Risposta allo stress

Gli stimoli stressogeni sono estremamente vari, es. stress da calore, variazioni contenuto di ossigeno (ipossia, iperossia), variazioni pH, modificazioni della nutrizione. Ad esempio, stress da calore ottenuto in laboratorio per caso, a causa del termostato rotto → studio della risposta. Oppure colture cellulari in assenza di glucosio → studio risposta da stress. Stress visibili in modo lieve.

La risposta cellulare allo stress è caratterizzata dall’aumento consistente di espressione di proteine (HSP - heat-shock protein, GRP - glucose response protein) eterogenee per struttura, che in parte costituiscono i sistemi deputati al ripiegamento delle proteine, all’acquisizione della forma nativa (chaperoni) e al controllo qualità. Non tutte le chaperon sono coinvolte nella risposta allo SH.

Queste proteine fanno parte di una grandissima famiglia, di 4 grandi gruppi:

• HSP90
• HSP70
• Chaperonine (multimeriche)
• Small HSP

Stessa famiglia genica: proteine diverse, ma omologia elevata e geni simili, ma diversa espressione; diversità nella localizzazione sub-cellulare:

• La risposta all’heat shock si manifesta nel citosol.
• La risposta alla mancanza di glucosio si manifesta in compartimenti diversi dal citosol (es. RE, mitocondri).

HSP70 è espressa da più geni, nell’uomo 4, alcuni attivi in situazioni diverse.

La risposta allo stress permette l’aumento delle proteine e delle chaperon.

Il danno da calore: enzimi inizialmente lavorano di più, ma con un forte incremento di temperatura vengono denaturati + esposizione domini generalmente idrofobici, che di solito sono nascosti → possibile formazione aggregati casuali e misti tra proteine diverse → perdita funzione anche di altre proteine (magari più resistenti al calore).

L’interazione chaperone-proteina denaturata è essenziale per evitare l’aggregazione e la perdita di funzione, così da mantenere l’attività della cellula. Le chaperon devono essere aumentate (aumento espressione), perché il primo effetto dello shock termico è il blocco della sintesi proteica, ciò diminuirebbe la produzione di chaperon.

Nella sintesi proteica classica, la richiesta di energia è elevata; nel caso delle proteine dello stress, possono essere ugualmente sintetizzate con risparmio di energia, perché i geni sono privi di introni, non è necessaria energia per la maturazione, mancano della metionina iniziale. Nascita e morte di una proteina.

La risposta non causa delle variazioni della morfologia istologica, ma al microscopio elettronico sono visibili delle modifiche, anche dopo poche ore di esposizione allo stress:

• Aggregazioni (es. ribonucleoproteine, microtubuli)
• Sofferenza organelli (es. frammentazione RE)
• Alterazione permeabilità membrana (no rotture)
• Formazione fibre dello stress: filamenti di actina polimerizzata che si aggregano, facilitati dall’interazione con le small heat shock protein, che hanno funzione di mantenere la morfologia della cellula (anche per rischio deformazione a causa del trattenimento di acqua)

L’attivazione di trascrizione richiede un fattore di trascrizione (famiglia di almeno 4): heat shock factor, sempre presente nelle cellule, ma la cui attivazione avviene tramite diversi eventi, ad esempio deve trimerizzare, quindi deve essere resa disponibile (normalmente è legato alle HSP 70): uno stimolo perturba l’omeostasi e aumenta le proteine denaturate → parte della chaperon si stacca e lega le proteine denaturate → HSF viene liberato e può essere attivato.

Altre proteine vengono aumentate: tanti geni risultano attivati da una risposta heat shock (più del 50% riguarda geni del metabolismo, perché deve variare, altri riguardano la degradazione delle proteine cellulari denaturate via proteasoma (non sono destinate al recupero (presenza di HSP 10 in grado di ripiegare le proteine denaturate, solo nel lievito)).

Picco di messaggeri nei primi 20 minuti → proteine in poche ore.

Porzione nera dell’istogramma = numero di geni conosciuti dal punto di vista del prodotto e della funzione del prodotto.

Risposta all’ipossia

L’ipossia può dare anche risposta allo stress, ma dipende da quanto perdura lo stimolo. Risposta all’ipossia generalmente ritardata, ma importante. Il signaling è osservato anche nel differenziamento.

L’iperossia (solo dato sperimentale) e lo stress ossidativo (anche in vivo) sono causati da un’elevata esposizione ai radicali dell’ossigeno, dovuta ad un errato utilizzo dell’ossigeno (vengono prodotti continuamente, ma normalmente sono rimossi da particolari enzimi).

Risposta cellulare, ma anche altre modalità:

• Induce danno cellulare.
• Induce comparsa di angiogenesi: formazione di nuovi vasi.

Spiega alcuni comportamenti delle neoplasie. In particolare caratterizza la malattia “retinopatia del prematuro”: ipossia per fatica a respirare, ora si conoscono le cause ed è risolvibile: somministrazione di elevate quantità di ossigeno → sviluppo dell’organismo in condizioni di ossigeno particolari, diverse dalle normali → quando l’organismo viene reintrodotto nell’ambiente normale, avviene un crollo relativo della concentrazione di ossigeno → ne risente soprattutto la retina (molto sensibile, strato vitale, avente rete vascolare che si sovrappone e ne dà nutrimento, rappresenta una delle ultime parti sviluppate post-natale), a causa dell’incremento dello sviluppo vasi sanguigni, tanto da provocare quasi cecità.

Uno dei geni bersaglio della risposta è quello per VEGF, che viene secreto in grandi quantità e permette la formazione di molti capillari, fitta rete (vasi maturi). Mediata dal fattore di trascrizione HIF, che attiva la trascrizione una volta che dimerizza α-β; solo la porzione α è inducibile → presenza solo in particolari contesti, determinata dalla degradazione (i livelli delle proteine sono generalmente determinati da regolazione o degradazione): viene sintetizzata e immediatamente degradata, regolazione da parte di ossigeno (un eventuale prelievo di campione è da fare molto velocemente perché la proteina viene degradata rapidamente durante il passaggio dall’ambiente ipossico a quello normale).

HIF-α è in grado di regolare la sua stessa trascrizione: quando non viene degradato, potenzia la sua trascrizione, ma questa via è inibita dall’ossigeno:

• L’idrossilazione a livello di residui di prolina di HIF-α, catalizzata dall’enzima PHD (HIF prolyl hydroxylase), provoca la variazione di esposizione sterica, la quale permette la sua interazione con pVHL (ubiquitina ligasi, classe E3) → porzione α idrossilata viene indirizzata al proteasoma.
• Viene attivato l’enzima FIH (HIF asparaginyl hydroxylase), il quale permette l’idrossilazione di un residuo di asparagina di HIF-α, impedisce al cofattore P300 (transferasi) di aumentare la trascrizione della porzione α stessa.

Il ferro bivalente (Fe⁺⁺) è molto importante nella regolazione di questi enzimi: la sua carenza favorisce la stabilizzazione di HIF-α (neoplasie avide di ferro). Il ferro è presente nei mitocondri (citocromo) e guanilatociclasi (bersagli del monossido di azoto). In condizioni di ipossia, PDH e FIH sono inattivi: HIF-α si accumula perché non viene più degradata e viene continuamente sintetizzata. È sufficiente una riduzione di ossigeno per la mancata distruzione di HIF-α, nei tumori avviene anche se la concentrazione di ossigeno è normale, perché manca il ferro (→ si parla di ipossia, non anossia).

Eritropoietina (EPO), ormone che regola la eritropoiesi (produzione di globuli rossi da parte del midollo osseo). Quella che funge realmente da ormone viene sintetizzata nel rene, dalle cellule fibroblasti della midollare. Sintetizzato sotto regolazione di HIF-α: In condizioni di ipossia, quando HIF-α aumenta, aumenta l’espressione del gene per l’eritropoietina (meccanismo feedback molto sensibile). Un sensore a livello del rene percepisce le alterazioni nell’apporto di ossigeno, quando il numero di globuli rossi e la fornitura di ossigeno ritorna all’equilibrio, porta ad interrompere la produzione di EPO. Assicura la produzione adeguata di GR per prevenire l’anemia e l’ipossia tissutale.

→ Irrorazione, ma il rene ha un’altra circolazione, filtrazione → sangue molto ipossico nella regione centrale. Entra nel comparto proliferativo.

Fisiopatologia dell’ipossia (effetti locali e sistemici)

• VEGF
• EPO
• Chemiocettori
• Vascolatura polmonare

VEGF: produzione in tutto l’organismo, in carenza di ossigeno (es. montagna) → problemi, tra cui “mal di montagna”: edema cerebrale = accumulo di liquidi derivante dai vasi, nella matrice interstiziale (che contiene liquido interstiziale, in continuo scambio tra vasi e matrice), causato da aumento di permeabilità dei capillari cerebrali, probabilmente causato da VEGF (o anche da catecolammine), che rende attive le cellule endoteliali → confusione mentale e agitazione, può portare a morte.

EPO: aumenta numero globuli rossi nel sangue (policitemia) → migliora prestazioni per aumento dell’emoglobina, ma rappresenta uno svantaggio fortissimo perché aumenta la viscosità del sangue → problemi di circolazione del sangue, possibilità di ostruzione dei vasi (trombosi).

Stimolazione chemiocettori: periferici, collocati in strutture dette glomi, che si trovano alla biforcazione della carotide comune (glomi carotidei, inviano le proprie afferenze tramite i nervi glossofaringei al gruppo respiratorio dorsale) e presso l’arco aortico (glomi aortici, inviano le proprie afferenze tramite i nervi vaghi al gruppo respiratorio dorsale)). Ciascun glomo è irrorato da una piccola arteria, ne traggono nutrimento e sono esposti al sangue arterioso, così da poterne rilevare le variazioni di PO2. “Sentono” la diminuzione di concentrazione ossigeno nel sangue arterioso → aumento frequenza respiratoria, aumento atti respiratori (adattamento immediato) → affaticamento (importante, può essere doloroso o segno di patologie a livello della muscolatura del torace, o dei polmoni (dispnea) in anziani o malati).

Identificazione canali:

• Canali del potassio (uscita potassio) attivi in condizioni di normossia, mentre in condizioni di ipossia si chiudono → no uscita potassio → potenziale di membrana meno negativo (depolarizzazione) → attivazione canali calcio.
• Canali del calcio si aprono → aumenta concentrazione di calcio interna → induzione nelle cellule di secrezione di dopamina (ammina con funzione di mediatore, neurotrasmettitore) → terminazioni nervose si attivano → stimolo centro respiratorio → aumento attività respiratoria.

Regolazione tono vascolare

• A livello periferico (grande circolo) l’ipossia dilata i vasi → aumento del sangue in periferia, per compensare la diminuzione della carica e del rilascio di ossigeno (effetto Bohr).
• A livello polmonare l’ipossia costringe i vasi (l’ossigenazione dipende dall’aria presente negli alveoli, quindi per risparmiare viene operata una ventilazione minore, utilizzando una minor porzione di polmoni, tramite chiusura delle porzioni meno ventilate) → a lungo andare la vasocostrizione diventa un ostacolo al flusso di sangue nel piccolo circolo → sovraccarico del cuore destro, perché deve sviluppare una pressione maggiore per muovere la stessa quantità di sangue → insufficienza cuore destro.

Canali del potassio (diversi dai precedenti) nella muscolatura delle arteriole → fuoriuscita del potassio → depolarizzazione → attivazione canali calcio → aumento calcio → cellule muscolari lisce si contraggono → vasocostrizione.

Modificazione metabolismo

Evento che non si manifesta sempre (respirazione mitocondriale e glicolisi anaerobia) e non sempre perturba tutto l’organismo, perché è un effetto locale e il flusso di sangue continuo tende a rimuovere l’acido lattico → si osserva in casi di patologie complesse (malattie polmonari e cardiache). Accumulo acido lattico in tutto l’organismo provoca acidosi metabolica (estremamente critica).

Microscopia

Osservazione vetrino M-2015

Descrivere ciò che è stato osservato nel vetrino:

Colorazione con ematossilina (acidi nucleici e ribosomi violacei) e eosina (componenti, fibrina, collagene, rosa). Slaminamenti (sfaldamento, spazi vuoti), artefatti di taglio (non fanno parte del campione naturale, ma sono stati provocati durante la preparazione). Si osservano dei grandi elementi globulari. Ricerca di nuclei → addossati in alcune regioni. Limiti cellulari non ben definiti → si tratta di un tessuto epiteliale.

Alcune cellule sono disposte in modo ordinato e circondano un contenuto (elementi globulari) → si tratta di cellule ghiandolari, con adenomeri, alcuni pieni di materiale amorfo (colorato con eosina) e altri parzialmente pieni (visibile citosol). In alcuni adenomeri si possono osservare accumuli dati da attività di pinocitosi (vescicole all’apice).

Differenziazione di ghiandole endocrine da esocrine (secrezione o riassorbimento?): assenza dotti → ghiandola endocrina. Si tratta di tiroide.

Discussione della patologia adattativa

Cellule appiattite, più piccole (solitamente sono cubiche o cilindriche) → ipotrofia. Presenza tireoglobulina, all’interno dell’adenomero, legata all’attività.