Sbob patologia prima parte PDF

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Sbobinature del corso di Patologia clinica tenuto dal professore Caltagirone nell'anno 2018/2019. Si raccomanda lo studio delle sbobinature da affiancare al libro....

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Patologia I del 20/03/2014(parte 2) Prof: Carbone Basi cellulari e molecolari dell’infiammazione

Adesso passiamo dalla semeiotica alla patologia cellulare, cioè quali sono le basi cellulari che portano a queste macromanifestazioni dell’infiammazione acuta come può essere l’essudato. Il processo principale per cui si genera un processo infiammatorio acuto è un sovvertimento della circolazione dell’area interessata dal processo infiammatorio, quindi abbiamo una serie di eventi vascolari che permettono la produzione dell’essudato, e questi coinvolgono le arteriole, i capillari, e le venule e il processo di riarrangiamento vascolare si può dividere in diverse fasi, la prima è dovuta ad un’iniziale vasocostrizione, quindi si ha un’impallidimento dell’area colpita dal trauma, a questa fase di vasocostrizione ne segue un’altra che è di vasodilatazione. La vasodilatazione continuerà fino a quando il processo infiammatorio acuto non è terminato e la vasodilatazione è importante perché provoca un rallentamento del flusso ematico all’interno dell’area interessata dal processo infiammatorio acuto e questo rallentamento del flusso e l’aumento del diametro del calibro del vaso provoca dei cambiamenti reologici, cioè della qualità del flusso ematico all’interno dei vasi che si trovano nell’area interessata dal processo infiammatorio acuto, in genere il flusso ematico è un flusso laminare estremamente ordinato, dove la componente cellulare viene mantenuta costantemente lontana dalle pareti vascolari. Tutte le cellule della serie rossa e della serie bianca del sangue devono essere posizionate al centro del flusso vascolare, lontano dalle pareti, perché si deve sfavorire l’interazione membrana-membrana tra cellula endoteliale e membrana del granulocita, del monocita o anche del globulo rosso.

Questo è il flusso laminare (A), nel processo infiammatorio acuto si ha la vasodilatazione (B), il flusso non è più laminare ma diventa turbolento , quindi perde questa organizzazione del movimento della serie cellulare all’interno dei vasi. Nel moto turbolento le cellule si spostano verso la periferia e quindi viene favorita l’interazione membrana-membrana tra le cellule che si trovano

all’interno dei vaso con la parete endoteliale e questo diciamo è il primo grosso cambiamento alla base del processo di migrazione granulocitaria che è un altro evento citologico fondamentale dell’instaurarsi del processo infiammatorio acuto. Questo è quello che succede valutando oltre alla vasodilatazione valutando anche le pressioni idrostatiche all’interno dei vasi, in alto(A) è riportata la condizione fisiologica. Per lo spostamento dei soluti dall’interno del letto vascolare ai tessuti extravascolari ci sono due pressioni che governano questi scambi e sono la pressione osmotica e la pressione idrostatica, riportate nell’immagine con la freccia rossa la pressione idrostatica, con la freccia verde la pressione colloido-osmotica. La pressione idrostatica è quella prodotta dalla contrazione cardiaca e quindi è quella esercitata dal sangue sulle pareti del vaso, mentre la pressione colloido-osmotica è una pressione di natura chimica, cioè dovuta alla concentrazione dei soluti che si trovano all’interno del sangue, diretta verso l’interno. Vediamo in condizioni fisiologiche come funziona. Dividiamo il letto vascolare in tre compartimenti, quello arteriolare, in rosso, quello capillare, che si riconosce facilmente al centro, con i capillari che poi vanno a confluire nel terzo compartimento, quello venoso. Nella parte arteriolare abbiamo una dominanza chiara della pressione idrostatica, quindi in condizione fisiologiche avremo dei soluti che dalle arteriole si spostano verso i tessuti extravascolari. Nella parte capillare le due pressioni sono compensate, quindi abbiamo uno scambio alla pari, abbiamo dei soluti con un ruolo di supporto metabolico che si spostano dall’interno del sangue verso i tessuti extravascolari, così abbiamo prodotti che derivano dal catabolismo tissutale muoversi dai tessuti extravascolari all’interno del letto capillare che poi li convoglierà a livello venoso e poi arriveranno a livello epatico dove saranno eliminati. La situazione pressoria dal lato venoso è invece dominato dalla pressione osmotica, la pressione idrostatica cala nettamente nei vasi venosi e abbiamo un passaggio netto di soluti dai tessuti extravascolari nel lume e qui abbiamo la raccolta di prodotti catabolici che poi devono essere catabolizzati a livello epatico. Questa è la fisiologia dei processi di scambio vascolare in condizioni omeostatiche. Che cosa succede nell’infiammazione? Nell’infiammazione abbiamo una vasodilatazione, vasodilatazione che si accompagna ad un aumento consistente della pressione idrostatica che possiamo rintracciare lungo tutto il percorso vascolare(B), sia nella parte arteriolare, capillare e venosa, è talmente alta la pressione idrostatica dovuta a questo aumento del volume, aumento del calibro dei vasi che avremo sempre e comunque un passaggio netto di soluti dall’interno del letto vascolare nell’area interessata dall’infiammazione, quindi sarà nostro compito identificare quelle molecole che inducono l’aumento del calibro del letto vascolare, condizione indispensabile del processo infiammatorio, se noi bersagliamo loro spegniamo il processo infiammatorio, se noi le somministriamo potenziamo il processo infiammatorio, quindi è importante sapere quali sono i fattori responsabili di ciò. Questo si chiama meccanismo di angioflogosi, angioflogosi perché è tutto basato su un processo vascolare che poi porterà a formazione di essudato. Quindi con questa considerazione abbiamo trovato una risposta alla domanda come fanno per esempio i fattori solubili prodotti durante il processo infiammatorio o che si trovano preformati nella componente sierosa del sangue a lasciare il letto vascolare ed entrare nella zona infiammata. La spiegazione è dovuta a un cambiamento del diametro delle arteriole , del calibro del letto capillare e ai cambiamenti pressori. Ma le cellule? Abbiamo visto prima l’essudato purulento, l’essudato purulento è caratterizzato da una quantità di granulociti che poi andranno incontro ad apoptosi, formando dei detriti che poi danno una colorazione giallastra, la colorazione giallastra dell’essudato purulento, comunemente detto pus è dovuta ai lipidi che sono i costituenti cellulari dei granulociti sia della membrana cellulare sia delle membrane citoplasmatiche. Le cellule come fanno a passare se abbiamo delle pareti costruite in maniera compatta senza pori? Con un processo

di reclutamento selettivo che ha avuto come primum movens il passaggio dal flusso laminare al flusso turbolento che ha facilitato l’interazione tra granulocita e cellula endoteliale, cellula endoteliale che però ha dovuto cambiare le sue caratteristiche, è dovuta passare da una fase di cellula endoteliale quiescente a una fase di cellula endoteliale attivata. Il passaggio della cellula endoteliale in fase resting , cioè quando la cellula endoteliale non è attivata ovvero si trovano in un tessuto che non ha un danno patologico è completamente differente da una cellula endoteliale che si trova in un vaso che sta attraversando una tumefazione, un arto che è stato ferito da un colpo d’arma da fuoco o che è stato contuso, perché in quel caso abbiamo la cellula endoteliale attivata ed è attivata perché il suo mosaico di molecole di superficie, cioè delle molecole che esprime sulla sua membrana sono differenti. Verranno espresse delle molecole che funzionano da ancoraggio per i granulociti che si sono spostati dal centro del flusso ematico alla periferia in seguito alla vasodilatazione. Il granulocita è equipaggiato con tre famiglie recettoriali: le β2 integrine che sono dei recettori di adesione cellulare, la seconda famiglia è costituita dai recettori per le chemochine e questi saranno i recettori responsabile della migrazione del granulocita che ha abbandonato il letto vascolare guidato esattamente nell’area dove c’è la più alta concentrazione batterica o virale o parassitaria, cioè gli conferirà un movimento chemiotattico direzionale verso l’area in cui si è instaurata la patologia. Terza famiglia di recettori è la famiglia delle selectine, anch’esse come le integrine permettono l’ancoraggio dei granulociti alla parete del torrente vascolare costituita da cellule endoteliali, attivate in quanto attraversano un’area coinvolta dal processo infiammatorio. Nella fase di migrazione del granulocita sono due le famiglie molecolari interessate, integrine e selectine, mentre le chemochine avranno un ruolo dominante una volta che il processo di migrazione è completato. Quindi vediamo cosa succede. Abbiamo prima la marginalizzazione dei leucociti , soprattutto nel caso dell’infiammazione acuta del granulocita, incomincia a toccare la parete del vaso che deve attraversare e questa è la fase definita come rotolamento. A questa fase di rotolamento seguirà una fase di legame stabile tra cellula granulocitaria e cellula endoteliale e a questo punto ci sarà uno scambio di segnali biochimici che vanno all’interno del granulocita e lo portano ad una polarizzazione cellulare, cioè la cellula da sferica diventa una cellula in cui è possibile differenziare una testa e una coda e questa polarizzazione cellulare gli permetterà di subire un riarrangiamento citoscheletrico che sarà il motore che gli permetterà di attraversare la parete vascolare. Attraversarla dove e come? Attraversarla dove si sono aperte delle finestre, la cellula endoteliale attivata ha due caratteristiche che la differenziano da una cellula endoteliale che forma la parete di un vaso che attraversa un’area non infiammata: al prima è di esprimere sulla membrana delle molecole che servono all’adesione del granulocita e cioè le controparti molecolari di quelle tre famiglie che abbiamo detto prima ma l’altra caratteristica importante è la contrazione del suo citoscheletro. La cellula endoteliale si contrae e quindi c’è la perdita di contiguità tra le cellule endoteliali che formano la parete vascolare. L’apertura di queste fenestrature permette all’altra cellula che si è polarizzata, il granulocita di introdurre uno pseudopodo in questa fenestratura e poi trascinare il lume del resto del citoplasma dall’altra parte del vaso e quindi lasciare il flusso ematico per entrare nel tessuto interessato dal processo patologico ed è a questo punto che utilizzerà il recettore per le chemochine per orientarsi e per incominciare a migrare utilizzando il movimento del citoscheletro verso l’area all’interno della quale c’è un’alta concentrazione di fattori chemotattici che tra breve discuteremo; molti di questi fattori chemotattici sono prodotti di degradazione batterica o sono molecole solubili prodotte da altre cellule che sono residenti nei tessuti periferici, nei parenchimi degli organi e hanno la funzione di sentinelle, sentinelle per allertare i granulociti che riescono a “vedere” il messaggio delle molecole solubili con

attività chemiotattica, cioè in grado di legare i recettori presenti sui granulociti e indirizzare il loro movimento verso l’area interessata dal processo infiammatorio. Questa è una serie di fotografie effettuate con la microscopia elettronica che ci permettono di apprezzare quello che abbiamo detto finora

Si vede la sezione trasversale di due vasi, la parte più scura è rappresentata dai granulociti che si trovano nel lume vascolare mentre le cellule in grigio in cui si distingue un nucleo e le propaggini citoplasmatiche sono le cellule endoteliali che formano la parete del vaso. Sulla sinistra abbiamo il vaso in condizioni di resting, non attivato, nella condizione fisiologica, mentre nella parte destra si apprezzano due cose: la fenestratura tra le cellule endoteliali, le cellule endoteliali perdono il contatto tra loro perché il citoscheletro si è contratto e si vede anche lo pseudopodo che il granulocita ha inserito in questa fenestratura per iniziare a lasciare il letto vascolare. Questi eventi sono il risultato delle diverse fasi del processo di diapedesi granulocitaria e sono la marginazione, il rotolamento, l’adesione, la migrazione, la chemiotassi per raggiungere l’obiettivo fondamentale del granulocita che è l’ultimo punto di questa cascata di eventi biologici, la fagocitosi. L’unica cosa che interessa al granulocita è lasciare il letto vascolare, dirigersi dove si trovano batteri, virus e altri parassiti e dare luogo alla fagocitosi perché la fagocitosi è il meccanismo più efficace e più immediato per digerire, degradare e distruggere gli agenti patogeni, cioè eradicare la causa stessa dell’infiammazione. Normalmente il granulocita neutrofilo ha una forma sferica come tutte le cellule bianche del sangue in condizioni di riposo, diventa fortemente polarizzato quando riveve dei segnali di attivazione, per esempio quando comincia ad aderire all’endotelio a sua volta attivato dal processo infiammatorio e già nella fase dell’adesione la morfologia cellulare cambia completamente: abbiamo una forma allungata che ci lascia distinguere una coda e una testa. A questo punto dobbiamo aggiungere che la distribuzione delle tre famiglie recettoriali, i recettori per le molecole di adesione e i recettori per le chemochine non è uguale nel momento in cui la cellula si polarizza, cioè si distribuiscono in aree specializzate della membrana, in particolare tutti i recettori per le chemochine vanno a clusterizzare, vanno a mettersi insieme sulla testa del granulocita mentre la coda sarà lasciata libera per le molecole di adesione e per il citoscheletro. Adesso scendiamo un po’ più nel dettaglio, fino adesso abbiamo parlato delle molecole di adesione, conviene sapere che abbiamo due famiglie di molecole di adesione fondamentalmente, le selectine e le integrine e ciascuna di esse dà un contributo differente al processo di diapedesi del granulocita. Le selectine sono importanti nella primissima fase di interazione tra cellula endoteliale e granulocita e sono quelle che garantiscono il rotolamento, sono le prime ad ingaggiare i recettori

per le selectine presenti sul granulocita che incomincia a rotolare lentamente lungo la parete endoteliale, mentre invece chi dà luogo all’adesione stabile e in grado di avviare dei segnali di attivazione all’interno del granulocita a cui permette di produrre lo pseudopodo che poi permetterà la diapedesi, sono le integrine, che vengono ingaggiate da un recettore che troveremo anche in seguito nelle nostre lezioni, che chiama LFA1. LFA1 espresso sulla membrana del granulocita ha un dominio citoplasmatico che è in grado di mediare dei segnali di attivazione, segnali di attivazione che provocano il riarrangiamento del citoscheletro e contribuiscono alla migrazione dello stesso granulocita. Le selectine a loro volta vanno suddivisi in due tipi: le L-selectine e le Eselectine. Le E-selectine sono quelle che troviamo sulla superficie della cellula endoteliale, per questo vengono dette E-selectine (endothelial selectin), le L-selectine invece (leuocyte selectine) sarebbero i recettori presenti sulle cellule bianche del sangue, le cellule bianche del sangue ricordiamo che sono monociti linfociti e granulociti, le L-selectine sono in grado di ingaggiare la Eselectina e quindi dare luogo a quella adesione tra granulocita e cellula endoteliale, mentre dal punto di vista delle integrine conosciamo diversi tipi di integrine, abbiamo ICAM-1, ICAM-2. Il ligando di LFA1 è ICAM-1. ICAM-2 lega un’altra molecola di superficie che è il CD2 che anch’esso è in grado di mediare dei segnali di attivazione del granulocita quindi di favorirne la diapedesi, la migrazione all’esterno del letto vascolare e alla formazione dell’essudato. Se tutto va bene e il granulocita riesce a lasciare con successo il torrente vascolare, ad entrare nel tessuto infiammato seguendo un gradiente chemiotattico per raggiugere il pavulum batterico, quello che avviene è la fagocitosi. Sono due le cellule del nostro organismo che sono in grado di fagocitare i patogeni: i granulociti e la forma attivata dei monociti che sono i macrofagi. Si tratta di un meccanismo di difesa primitivo, lo troviamo anche in specie di invertebrati, torneremo su questo argomento quando parleremo dei macrofagi.

La cellula fagocitaria che nel caso specifico è il granulocita riconosce il patogeno grazie alla presenza da una parte di molecole che legano prevalentemente il batterio, le opsonine, il processo di fagocitosi viene facilitato e potentemente favorito dalla presenza di sostanze opsonizzanti, sono

delle molecole che legano la cellula batterica o la particella virale. Tra queste sostanze troviamo gli anticorpi, troviamo i fattori del complemento, troviamo le molecole mannosio-lectina-like, quindi degli zuccheri in grado di legarsi col superficie delle cellule batteriche e tutte queste sostanze opsonizzanti che hanno ricoperto la cellula procariota hanno un corrispettivo recettoriale sulla membrana del granulocita o del macrofago, i granulociti e i macrofagi hanno dei recettori per le opsonine, cioè hanno delle molecole che legano le opsonine che “decorano” la superficie della cellula procariota. Questi recettori oltre a formare un ponte molecolare tra la cellula batterica e il fagocita con i loro domini citoplasmatici attivano una cascata di eventi biochimici che attiva il fagocita e lo prepara in termini di sintesi proteica ad equipaggiarsi con quel corredo di enzimi che saranno poi i principali protagonisti della fine degradazione della specie patogena fino a ridurla in piccole sequenze di amminoacidi o di acidi nucleici o in lipidi. Quindi grazie ai recettori per le opsonine si ha il riarrangiamento del citoscheletro grazie ai segnali dei recettori, si ha la produzione di due pseudopodi che si vanno a saldare alle spalle del patogeno che si sta fagocitando creando un’entità biologica che chiameremo fagosoma, il fagosoma è formato dalla membrana cellulare del monocita o del granulocita con all’interno il patogeno del quale ci vogliamo liberare. Il fagosoma entra nel citoplasma, cioè diventa parte integrante del citoplasma e viene avviato in un compartimento citoplasmatico dove incontrerà una seconda entità biologica delle quala sono abbondantemente provviste le cellule fagocitarie, i lisosomi. Si avrà la fusione del fagosoma e del lisosoma per dare luogo al fagolisosoma, all’interno del fagolisosoma si avrà l’attivazione degli enzimi che provvederanno alla degradazione della cellula batterica. A questo punto si ha quello che è definito da alcuni autori il “rigurgito dopo il pasto”, cioè i detriti della cellule batteriche o dei patogeni in generali vengono spostati all’esterno della cellula, questi detriti li ritroveremo ancora una volta nell’essudato ma avranno un ruolo importante per attivare le altre cellule coinvolte nel processo infiammatorio e vedremo tra breve che i monociti che giocano un ruolo importante sia nella terminazione del processo infiammatorio acuto, nell’induzione del processo riparativo o di guarigione, ma sono anche le cellule che nel caso in cui non possono avvenire questi passaggi indirizzeranno l’evolversi della risposta infiammatoria verso una risposta infiammatoria cronica e sono equipaggiati con recettori che riconoscono i detriti che sono stati prodotti dai fagociti dopo che ha avuto luogo il processo di fagocitosi, quindi questi detriti dei batteri sono a loro volta elementi informativi per attivare eventuali successive vie di difesa nel caso in cui la primissima via di difesa non avesse avuto successo, non sia stata in grado di ristabilire le condizioni omeostatiche. Per quanto riguarda i recettori per le opsonine abbiamo a che fare con tre famiglie recettoriali che sono il recettore per il mannosio che in grado di riconoscere quelle sostanze opsonizzanti derivate dagli zuccheri , poi abbiamo il cosiddetto scavenger receptor, questo è il recettore che riconosce i detriti prodotti dalla fagocitosi della cellula batterica, in questo caso i detriti servono ad aumentare il livello di attivazione del fagocita e daranno luogo a successivi cicli di fagocitosi, poi abbiamo le integrine del tipo Mac1, che servono questa volta per legare altre opsonine, a questi tipi di recettori va aggiunto sicuramente il recettore per il frammento cristallizabile delle immunoglobuline (Fc receptor), e impareremo a con...