Patologia, Fisiopatologia e Malattie Infettive PDF

PATOLOGIA, FISIOPATOLOGIA E MALATTIE INFETTIVE Cellula eucariota: La cellula animale eucariote è l'unità fondamentale degli organismi animali ed è composta da vari organelli specializzati che lavorano insieme per svolgere diverse funzioni: membrana cellulare – nucleo – mitocondri – reticolo endoplasmatico – apparato di golgi – citoscheletro. CELLULAR CLITICAL POINTS: punti critici dove i patogeni (noxe) che interagendo con la cellula posso andare ad alterare questi critical point i quali innescano un meccanismo patologico sulla cellula. In ogni attimo abbiamo che le cellule del nostro organismo ingaggiano una lotta di resistenza contro le noxe, agenti patologici, che ci circondano; noi organismi terrestri siamo immersi in una situazione terrestre già di per sé piena di organismi patogeni e la cellula è in continuo pericolo à infatti la cellula deve ogni momento organizzarsi e combattere per andare a ristabilire quella che è l’omeostasi della cellula = condizione di equilibrio dinamico che cambia momento per momento, la cellula ha forti capacità adattative ,si adatta alle mutate condizioni ambientali, per consentire la sua sopravvivenza. Quando la cellula perde adattabilità o quando le noxe ne hanno alterato i punti critici, in maniera tale da fargli raggiungere i punti critici di non ritorno, la cellula non riesce più a far fronte alle situazioni patologiche e va incontro a morte. La cellula ha un nucleo e all’interno di esso è contenuto il materiale genomico, il programma che guida la cellula in tutte le sue funzioni e all’interno del citoplasma si trovano molti organuli cellulari, tra cui i mitocondri = organuli che hanno una funzione fondamentale e tramite la fosforilazione ossidativa hanno il compito di produrre ATP = molecola energetica più importante e che fa fare alla cellula qualsiasi cosa. Con l’ATP la cellula può adattarsi, rigenerarsi, combattere contro l’attività delle noxe e quando questa energia viene meno la cellula entra in uno stato di avaria. In precedenza, i mitocondri erano considerati degli organuli come tanti altri mentre oggi sono molto importanti, ci sono migliaia di studi, sono un punto fondamentale per la sopravvivenza e adattamento cellulare. All’origine erano dei batteri che, nell’atmosfera primordiale terrestre, utilizzavano l’atmosfera ricca di metano e riuscivano a vivere una vita indipendente, ma ad un certo punto, nell’evoluzione della cellula, si mettono insieme ad altri organismi primordiali primitivi come alghe verdi o strutture batteriche più complesse o protisti, entrano in simbiosi all’interno di esse perdendo la loro indipendenza ma mantenendo una loro identità, che a tutt’oggi si mantiene distinta dalla cellula, il mitocondrio ha un suo dna e quindi una sua identità e rimangono all’interno della cellula come strutture indipendenti. Oggi perché sono molto importanti e gli diamo molto peso? Perché i mitocondri, essendo batteri ancestrali, hanno mantenuto la capacità di capire il linguaggio di altri batteri o altri microrganismi, prima ancora che la cellula risenta di una determinata condizione patologica. I mitocondri sono i primi che la avvertono, perché hanno proprio un linguaggio simile a quello dei batteri e riescono a percepire che costa sta succedendo nell’intorno della cellula. In più a livello di mitocondrio avviene la fosforilazione ossidativa à cioè, in presenza di ossigeno, da una mole di glucosio abbiamo la formazione di 36 molecole di atp + produzione di CO2 e alcune molecole di acqua. Queste 38 molecole di ATP sono importantissime perché permettono alle cellule di poter adattarsi e continuare ad esistere. Tra le strutture cellulari, importanti sono anche i Lisosomi = strutture circondati da membrana, che per molti hanno sono stati considerati come lo “stomaco della cellula” e che quando la cellula ha qualcosa da digerire o da bittar via la manda nei lisosomi che sono organuli circondati da membrana citoplasmatica contenente un pool molto elevato di enzimi = enzimi idrolasi, che per funzionare hanno bisogno dell’acqua e che funzionano in presenza di essa + una funzione autodigestiva molto importante. La cellula digerisce tutto quello che non gli serve più o elementi che derivano dal suo catabolismo = la cellula, infatti, è caratterizzata da due processi importanti che sono il catabolismo e catabolismo. Con l’anabolismo la cellula sintetizza, a partire da strutture primitive primordiali, da elementi semplici, per esempio amminoacidi, sintetizza proteine, enzimi oppure zuccheri semplici quindi monosaccaridi, sintetizza polisaccaridi eccetera. Da molecole semplici, come possono essere per esempio acidi grassi, sintetizza grassi a media, lunga o lunghissima catena. Mentre la cellula invece fa catabolismo tutte le volte che scinde queste sostanze per utilizzarne l’energia che si libera dalla loro distruzione o dal loro metabolismo e da questi diciamo processi catabolici si liberano dei prodotti di scarto ﬁnali che la cellula o elimina attraverso la membrana oppure che in qualche modo, ad esempio alcuni residui di proteine oppure di glucidi che non e digerisce oltre, li rimanda nei lisosomi dove vengono sciolte ed eliminate. Altra struttura importante il reticolo endoplasmatico liscio REL, che è una struttura formata da tubuli e membrane che normalmente, quando la cellula entra in sintesi proteica, viene a essere caratterizzata dal fatto che i ribosomi, che sono costituiti da RNA ribosomiale (cioè dove vengono prodotti a livello del nucleo) e migrano attraverso i pori nucleari nel citoplasma e vanno a posizionarsi lungo il REL che diventa reticolo endoplasmatico rugoso REG = rugoso perché questi pallini che sono il ribosomi, (che possono essere anche liberi nella cellula sotto forma di polisomi, ma solitamente sono associati al reticolo endoplasmatico rugoso) sono fondamentali per il processo di traduzione dell’RNA messaggero e poi appunto per il montaggio delle proteine nella sintesi proteica. Altra struttura è il sistema di vescicole dell’apparato, del REL che si modiﬁcano e che vanno a costituire il cosiddetto apparato del Golgi = è un insieme di membrane che si trova di solito a un polo della cellula, dove vengono stoccati prodotti di secrezione della cellula, per esempio le proteine che sono state sintetizzate nel reticolo endoplasmatico rugoso vengono poi stoccate a livello dell’apparato del Golgi. Tant’è vero che l’apparato del Golgi nelle cellule secernenti tende a dilatarsi, si gonﬁa, perché quando la cellula sta stoccando materiale proteico o materiale secretivo, lo ritroviamo proprio all’interno del Golgi. La cellula, che è un'unità funzionale perfetta è delimitata dal suo intorno, (con “intorno” intendiamo la l'ambiente che circonda la cellula stessa), da una membrana che ha una struttura molto particolare; secondo appunto lo schema di Davson-Danieli: La membrana è un bilayer fosfolipidico caratterizzato da fosfolipidi dove la parte del pallino è la testa idroﬁla della molecola lipidica mentre la parte che sta nella porzione centrale del bilayer è costituita da code idrofobiche + nel mezzo del bilayer le proteine = sono proteine transmembrana che passano attraverso la membrana e presentano un dominio endocitoplasmatico e un dominio extracellulare. Quindi la proteina può avere due funzioni: può essere una proteina recettore, quindi si lega nella sua parte extracellulare a un elemento che può essere, per esempio, una molecola che non riesce ad attraversare la membrana citoplasmatica e che agirà secondo un meccanismo a secondo messaggero à è un meccanismo per cui una molecola arriva, si attacca al recettore, il recettore trasduce il segnale alla parte endocitoplasmatica à qui c'è un secondo messaggero che si trova già nella cellula che si attiva e che riporta il messaggio, per esempio, al nucleo o ai vari organuli. Un'altra cosa che la proteina può fare: può essere cava nel suo interno e avere un polo apicale e uno ventrale e può essere la cosiddetta proteina canale = sono delle proteine che vengono ad essere attraversate dagli ioni o da sostanze nutritive che non potrebbero passare attraverso il bilayer fosfolipidico ma che passano attraverso la proteina, perché eaettivamente la proteina ha questo tunnel, questo canale interno, che passa attraverso la membrata. Le proteine ricordano un po’ gli iceberg sulla superﬁcie del mare perché la struttura a mosaico ﬂuido della membrana fa sì che queste proteine si possano spostare, quindi la membrana è molto plastica, è molto dinamica. La membrana è molto importante perché segna quello che è l'ambiente endocellulare a quello che è l'ambiente extracellulare e questo è molto importante perché la cellula, abbiamo detto che si trova in un equilibrio dinamico con il suo ambiente esterno, però conserva delle caratteristiche endocellulari che sono molto diaerenti, per esempio, la concentrazione di alcuni ioni rispetto all'ambiente extracellulare, e quindi la membrana è fondamentale per mantenere ben distinto quello che è il mondo endocellulare a quello che è il mondo extracellulare. Il mondo extracellulare = è fatto da una struttura che noi chiamiamo interstizio à è tutto quello che sta fuori dalla cellula e che è compreso fra la cellula e una struttura vascolare. La triade su cui si formano ogni organo, ogni apparato, è formata dalla cellula - l'interstizio – struttura vascolare e il sistema di funzionamento di ogni organo e apparato avviene in maniera molto semplice: cioè abbiamo che dal vaso si crea un ﬂusso di sostanze e di ossigeno che va nell'interstizio e passa alla cellula à con questo permette alla cellula di attuare la sua fase anabolica. La cellula, viceversa, viene ad emettere una serie di sostanze che sono sostanze, di natura catabolica, che entrano nell'interstizio e vanno nel vaso. Perché la cellula stia bene e stia in un equilibrio dinamico occorre che tutto funzioni alla perfezione, cioè che il vaso faccia la sua parte, l’interstizio sia strutturalmente perfetto (poiché basta una minima variazione della composizione dell'interstizio che questo ﬂusso si può modiﬁcare, ad esempio, il ﬂusso di sostanze nutritive di ossigeno e dal vaso esce normalmente ma si incaglia perché è cambiato l’interstizio e non c'è la fa arrivare alla cellula e la cellula va in carenza di sostanze nutritive e di ossigeno e va in ipossia, cioè in carenza di ossigeno). Viceversa, la cellula ha mangiato, ha bevuto, ha respirato, ora deve scaricare: se ovviamente l'interstizio modiﬁcato e non ce la fa a scaricare le sostanze cataboliche queste mi rimangono tutti all'interno e questo ovviamente comporta una sua progressiva modiﬁcazione di un suo progressivo deterioramento. Quindi perché tutto il sistema funzioni bene oppure che il sistema sia calibrato nella migliore delle maniere. I punti critici della cellula, cioè quelli su cui ci si accaniscono più le noxe sono i seguenti: - nucleo e materiale genetico - il sistema della respirazione cellulare, costituito da mitocondri - il sistema della sintesi proteica, perché la cellula funziona grazie all'attività di una miriade di enzimi che sono delle proteine, per cui la sintesi proteica equivale per la cellula a dotarsi di tutti quegli enzimi che gli servono per fare di tutta una serie di reazioni biologiche che gli permettono di mangiare, respirare, vivere ed eliminare le sostanze che non gli servono più. - il sistema delle membrane Quindi questi quattro sono i punti critici della cellula e tutte le malattie nascono perché si alterano alcuni di questi punti. Abbiamo detto che la cellula è in equilibrio dinamico con l’ambiente che gli sta intorno e in ogni momento tende ad adattarsi per rimanere n una situazione omeostatica. Questo perché? Perché la cellula, in virtù del fatto che ha questa membrana che la separa dall’ambiente circostante, alcune sostanze hanno nel loro citoplasma una condizione diaerente rispetto all’ambiente esterno. Uno di questi elementi e che si trova fortemente diversiﬁcato tra l’ambiente extracellulare e quello endocellulare è il CALCIO. Il calcio ha una concentrazione extracellulare di 1.3 millimolare mentre il calcio a livello endocellulare ha una concentrazione di 0.1 micromolare, fra questi due c’è una diaerenza di circa 10 mila volte. Non è che nella cellula il calcio ce n’è poco, NELLA CELLULA IL CALCIO E’ COMPARTIMENTALIZZATO = cioè è contenuto all’interno di organuli, come i mitocondri, lisosomi (in questo caso è un cofattore che permette alle idrolasi lisosomiali di funzionare meglio), nel reticolo endoplasmatico liscio e rugoso. Quindi essendo compartimentalizzato e contenuto nei vari organuli, libero nel citoplasma ne abbiamo molto poco e la sua concentrazione è molto bassa, rispetto alla concentrazione del calcio libero nell’interstizio che invece è molto alta. Un’altra cosa per cui l’ambiente endocellulare diaerisce dall’ambiente extracellulare è la concentrazione del sodio e del potassio à nella cellula tutti i processi catabolici (quei processi che derivano dalla scomposizione dei vari metaboliti e sostanze nutritive) producono sodio; quindi, nella cellula abbiamo sodio in grande quantità mentre fuori abbuiamo in piccola quantità, viceversa la cellula è molto povera di potassio rispetto a fuori alla cellula. Il sodio è un elemento molto pericoloso per la cellula quando si accumula al suo interno: perché è una molecola osmoticamente attiva e cioè che il sodio è una molecola che tira l’acqua, quindi quando il sodio si concentra in grande quantità all’interno del citoplasma è pericoloso perché la membrana citoplasmatica funziona come una membrana semipermeabile o semi-selettiva, cioè alcune sostanze la possono attraversare passivamente senza bisogno che la cellula faccia niente, mentre altre sostanze vengono fatte passare grazie al dispendio di energia della cellula. Quindi l’acqua è una sostanza che circola liberamente da fuori a dentro la cellula e diaonde passivamente à mentre il sodio, essendo che non passa passivamente nella membrana, se non venisse eliminato dalla cellula continuamente, esso farebbe si che l’acqua verrebbe tirata dall’esterno verso l’interno della cellula attuando un rigonﬁamento cellulare, la cellula potrebbe scoppiare per eccesso di acqua. Tanto che la cellula ha permesso la formazione di un sistema = Pompa sodio potassio: che funziona buttando fuori uno ione sodio e facendo entrare all’interno della cellula uno ione potassio. Abbiamo detto che il potassio è molto concentrato fuori dalla cellula e lo è molto poco all’interno della cellula; quindi, questa pompa è un primo elemento che la cellula deve far rimanere attiva per tutta la durata della sua vita perché se non funziona, succede che il sodio aumenta all’interno della cellula e comincia a tirare acqua e far gonﬁare la cellula. Viceversa, il potassio rimane fuori dalla cellula e provoca gravissime condizioni soprattutto nei potenziali di depolarizzazione della membrana cellulare. Per far funzionare la pompa, la cellula spende molta energia sottoforma di ATP à gran parte di atp che la cellula produce deve spenderlo per mantenere in equilibrio la pompa sodio-potassio. Un’altra forte spesa energetica della cellula è la pompa del calcio à il calcio a livello extracellulare è molto concentrato fuori mentre nella cellula è molto basso, è quasi tutto compartimentalizzato dentro gli organuli. Per mantenere questa diaerenza di concentrazione la cellula impiega una quantità di energia alta perché il dislivello è altissimo e se non viene mantenuta questa energia crerebbe a livello cellulare un grosso danno. Quindi: La pompa del calcio e la pompa sodio potassio sono tra le perdite, in termine di energia da parte della cellula, più cospicue e spende per farle funzionare una quantità di atp notevole à primo concetto di eq. dinamico, per mantenere questo, deve lavorare e deve spendere un sacco di energia e deve essere metabolicamente sempre attiva. Per produrre tutta questa energia ha bisogno di molecole energicamente molto utili, primo tra tutti il glucosio = fonte di energia principale delle cellule e quando scarseggia la cellula può fare neoglucogenesi, cioè prendere gli amminoacidi e trasformarli in glucosio, ma questo ha un costo. Oppure può utilizzare i grassi facendo una beta ossidazione e produrre poi atp, ma anche questo è un metodo poco pulito di produrre energia, poiché con questo metodo va a produrre corpi chetonici = corpi che quando si accumulano nella cellula la intossicano. Quindi il metodo migliore rimane la respirazione aerobica = utilizza l’ossigeno come fonte principale di combustione e quindi la fosforilazione ossidativa è il processo energetico più ﬁsiologico e pulito che esiste e permette alla cellula di mantenere un rapporto di equilibrio con il suo intorno. Ogni organismo deve lottare sempre per la sopravvivenza, perché il mondo in cui viviamo è pieno di noxe = sono delle cause che interagendo con la cellula e con i suoi critical points possono generare un danno cellulare che può essere reversibile o irreversibile. Le noxe, a loro volta, devono sopravvivere e la loro sopravvivenza deriva dalla morte della cellula. Ovviamente il metodo con cui le noxe agiscono sulla cellula e vanno a impattare sui punti critici della cellula è vario e dipende dalla noxa stessa, tant’è vero che vengono ad essere suddivise in agenti ﬁsici, agenti chimici, agenti biologici, agenti di tipo genetico, di tipo immunologico, di tipo metabolico o nutrizionale. Generano un’alterazione dello stato di equilibrio dinamico della cellula e generare uno stato patologico à rottura o fuoriuscita dallo stato di equilibrio dinamico. Le noxe interagiscono sui punti critici della cellula generando un danno: le cause e i meccanismi che inducono una risposta cellulare si dicono che sono stereotipati cioè che una cellula tende a reagire sempre alla stessa maniera, e alla ﬁne utilizza sempre le stesse vie per causare il danno cellulare. Quali sono queste cause? Abbiamo detto che il nostro mondo è ricco di ossigeno che è fondamentale per le nostre azioni metaboliche, come la produzione di atp, ma l’ossigeno può essere anche molto pericoloso, quindi abbiamo che le noxe agiscono in maniera stereotipata mediante questi 3 grossi metodi: - Danno da carenza di ossigeno - Danno da eccesso di ossigeno - Danno di natura chimica Tre meccanismi fondamentali attraverso i quali le noxe, di qualsiasi natura, possono generare un danno a livello dei punti critici cellulari, quando essi entrano in uno stato di avaria la cellula entra in uno stato patologico. Da cosa dipende lo stato patologico e quindi l’eaetto che una noxa può generare ad una cellula? DIPENDE DALLA TIPOLIOGIA DEL DANNO, DAL TEMPO E DALLA TIPOLOGIA DELLA CELLULA STESSA. La noxa attraverso uno di questi tre meccanismi induce un danno cellulare che può essere più o meno gravi in dipendenza del tempo di azione della noxa; ad esempio, questo è importante perché se una noxa agisce in un tempo limitato molto spesso non riesce a causare un danno permanente e quindi la cellula riesce in qualche modo a recuperare. Quindi anche il danno con una noxa grave, se agisce in un tempo relativamente breve può in qualche modo dare alla cellula una situazione di recupero. Poi dipende anche dal tipo della noxa perché non tutte hanno lo stesso impatto o portata, poiché, ad esempio, una noxa di tipo chimico o ﬁsico ha un impatto molto più grave rispetto a una noxa di natura biologica o immunomediata. Inﬁne, dipende anche dal tipo di cellula: però le cellule non sono tutte uguali, ce ne sono di molto resistenti ma anche di molto sensibili, per cui il tempo di azione della noxa per indurre il danno e l’entità della noxa che inducono il danno sono strettamente dipendenti anche dal tipo di cellula. Ad. Esempio una cellula dell’osso (osteoblasto o osteocita) è molto più resistente di un miocardiocita, cellula miocardica, o di un neurone. In più le cellule e i tessuti si dividono in tre grandi categorie: - Labili: tessuto labile è quando si rigenera continuamente (es. epidermide, mucosa orale, mucosa gastroenterica e tipo nell’epidermide una cellula vive in media 24-48h) sono cellule che si ricambiano sempre; quindi, anche una noxa che induce un danno molto grave e impattante che causa la morte delle cellule avrà un eaetto limitato sull’organo perché si rigenereranno velocemente. - Stabili: tessuto le cui cellule sono in fase post mitotica, cioè si sono divise e sono quiescenti, ma al bisogno possono ritornare a moltiplicarsi e rigenerarsi à es. tessuto epatico, il fegato è un organo le cui cellule, se non c’è niente che le turba o le altera, hanno una vita abbastanza lunga. Se una noxa interagisce con gli epatociti e ne determina la morte di alcuni, quelli che sono accanto perdendo il contatto con essi riprendono a moltiplicarsi e nel giro di 24h ritornano a generare altre cellule, sostituendo le cellule che si sono danneggiate o morte. - Perenni: tessuti post mitotici, cioè dopo la nascita questi tessuti sono costituiti da cellule che non riescono più a moltiplicarsi, quindi ad esempio il miocardio, SNC, SNP quindi neuroni e miocardiociti à queste cellule nella fase post-embrionale non riescono più a moltiplicarsi, per cui io muoio con gli stessi neuroni e gli stessi miocardiociti con cui sono nato. Quindi mentre le cellule dell’intestino di una persona di 90anni sono vecchie massimo di 48h, le cellule epatiche possono essere vecchie di qualche mese, i neuroni e miocardiociti hanno 90anni, la stessa età. Questo è molto importante perché se pensiamo alla funzionalità del cuore e del cervello, questo è un forte limite per la vita e sopravvivenza dell’organismo. Es. infarto miocardico – ictus – infarto a livello acuto celebrale à in questo caso la causa che ha scatenato questi eventi porta alla morte di un numero cospicuo di miocardiociti o neuroni, i quali non si rigenereranno più e il danno sarà permanente. Le noxe attaccano continuamente la cellula in base ai tre meccanismi: danno da carenza di ossigeno, da eccesso di ossigeno, da natura chimica. 1)DANNO DA CARENZA DI OSSIGENO: abbiamo detto che la cellula per restare in equilibrio dinamico ha bisogno di produrre una grossa quantità di energia sotto forna di atp, che deriva dalla fosfrorilazione ossidativa mitocondriale, quindi energia prodotta dall’azione respiratoria cellulare. Se diminuisce la quantità di ossigeno che arriva alla cellula = provoca una riduzione della fosforilazione ossidativa e man mano che cala ossigeno, la cellula, che ha a disposizione glucosio o glicogeno, comincia ad utilizzarlo attraverso la glicolisi anaerobia = altra via che può essere utilizzata a livello mitocondriale per utilizzare glucosio per la produzione di atp. La glicolisi, che si genera tutte le volte che abbiamo un processo ossidativo in carenza di ossigeno, è un processo che porta ad un parziale utilizzo del glucosio. à una mole di glucosio iniziale viene ad essere trasformata, alla ﬁne della glicolisi, in due molecole di ATP + la molecola di glucosio fermentata viene ad essere trasformata in acido lattico Acido lattico è un acido organico che si accumula a livello del citoplasma della cellula à si concentra a livello della cellula e riduce il ph cellulare. La cellula per vivere deve avere un ph che è intorno a 6.9\7.2, quindi molto vicino alla neutralità; man mano che la cellula eaettua la glicolisi anaerobia abbiamo che il ph scende a 6.8\6.6 + l’aumento dell’acido lattico causa due fenomeni importanti: si riduce la quantità di ATP che è a disposizione delle pompe sodio-potassi e quella del calcio quindi la cellula ha una minore funzionalità della pompa sodio-potassio à ovvero ritiene più sodio e mantiene il potassio più esterno e anche il calcio endocellulare tende a crescere (da 0,1 micromolari il calcio comincia ad uscire nel citoplasma e aumenta la sua concentrazione nella cellula mandandola in avaria, si gonﬁa e il suo ph scende). Se la condizione ipossica si risolve nel giro di poco la cellula ritorna perfettamente a riprendere la sua attività à questo in dipendenza del tipo cellulare, ad esempio, una cellula muscolare o una cellula ossea può resistere alla ipossia anche alcuni giorni senza essere perfuse. Viceversa, mi si occlude una coronaria oppure ho un’embolia e una zona miocardica va incontro a ischemia, già dopo 4-5 minuti dalla causa che ha scatenato ipossia i miocardiociti che si trovano nella parte più centrale del cuore vanno a morte, quindi vanno incontro ad alterazioni irreversibili che le portano alla morte e, facendo parte di un tessuto perenne, non avremo più la rigenerazione di quelle cellule = zona che diventerà cicatrice di connettivo che non si contrae e non ha più funzionalità. Se il miocardiocita resiste all’ipossia ﬁno a dieci\quindici minuti il neurone non resiste più di 1\2 minuti, quindi dal momento che io ho un danno di tipo ischemico celebrale la morte dei neuroni avviene dopo qualche minuto e anche in questo caso sarà irreversibile. Quindi abbiamo detto che l’ipossia provoca un abbassamento del ph e aumento dell’acido lattico, un edema cellulare perché il sodio tende ad essere ritenuto nella cellula e cosi anche il calcio, e la cellula comincia a gonﬁarsi. Se il meccanismo si interrompe e ridò ossigeno al sistema in tempo utile può essere reversibile, mentre se il processo ipossico continua la cellula va avanti nella sua alterazione, continua ad essere prodotto più acido lattico, il ph scende ancora di più, la cellula va in catabolismo e all’interno della cellula su producono fosfati che derivano dalla degradazione dell’ATP, si produce acido lattico che si accumula nel citoplasma con anche l’accumulo di ioni sodio e calcio. Nella fase terminale abbiamo che il citoplasma diventa iperosmotico, cioè tutte queste sostanze che si accumulano nel citoplasma richiamano acqua e tende a gonﬁarsi. Quando arriviamo ad un ph di circa 6.5, è punto di non ritorno per la cellula, perché a questo ph si attiva un enzima cellulare che è la fosfofruttochinasi, essa attiva in maniera selettiva la glicolisi anaerobia, cioè blocca la fosforilazione ossidativa per cui la cellula non riesce più ad utilizzare il glucosio ossidandolo, ma lo utilizza solo fermentandolo + producendo ulteriore acido lattico e quindi portando rapidamente a morte la cellula. Quando la concentrazione di calcio cellulare e ph hanno raggiunto valori critici si attivano enzimi di nome CASPASI, fatti come delle forbici, e quando si attivano è come se tagliano tutto, chiamati anche come DNAsi o endonucleasi, ATPasi, fosfolipasi, proteasi. Questi 4 tipi di enzimi: quando la concentrazione di calcio e il ph raggiungono livelli critici, si attivano e tagliano tutto quello che trovano e in particolar modo: - Le ATPasi cominciano a tagliare ATP rimasto nella cellula riducendolo e producendo fosfati che sono osmotici e che aumentano ancora di più il danno cellulare - Le fosfolipasi cominciano a tagliare i fosfolipidi della membrana citoplasmatica, quindi tagliano questo bilayer fosfolipidico e cominciano a rompere l’integrtità della membrana - Le DNAsi o endonucleasi entrano nel nucleo e cominciano a tagliare il DNA della cellula sempre in pezzetti più piccoli, ﬁno ad arrivare ad un punto critico di 200 paia di basi (frammentino molto piccolo detto anche non-sense perché non riesce più a esprimere una proteina o un polipeptide funzionale). A questo punto la cellula attiva un meccanismo di autodistruzione e si autodistrugge, si disgrega e scoppia e va incontro a morte. Riassunto: Quindi il meccanismo del danno da carenza di ossigeno è quello più comune ed è caratterizzato da una riduzione di ossigeno nella cellula, che inizialmente attiva la glicolisi anaerobia, aumenta la concentrazione endocellulare di ioni sodio e calcio, va ad attivare meccanismi di degenerazione a livello cellulare + accumulo di acqua e quando il ph raggiunge un livello di 6.5 si attiva la fosfofruttochinasi che blocca la fosforilazione ossidativa + abbiamo un aumento di acido lattico, la cellula tende a gonﬁarsi e tutti gli enzimi caspasi detti in precedenza, agiscono in successione distruggendo la cellula ed eliminandola. Quindi la noxa che ha agito tramite un meccanismo da danno ipossico, genera un danno cellulare, ﬁno ad certo punto reversibile poi oltre il critical and point irreversibile e porta la cellula a morte. L’Ipossia è forse il meccanismo più comune e semplice attraverso cui si genera un danno cellulare e può essere legata a tanti fattori: ﬁsici, chimici, biologici ecc… Chimici o ﬁsici = es. se io vado in una zona dove la concentrazione di ossigeno è molto bassa, come in alta montagna, ad un certo punto la concentrazione di ossigeno sarà bassa e vado in ipossia oppure in mare andando a profondità molto notevoli avrò che l’ossigeno non sarà più disponibile in maniera normale. Per causa chimica, ad esempio, avvelenamento con cianuro, esso come altri tipi di sostanze tossiche, va a legarsi all’emoglobina, la satura, impedisce all’ossigeno di legarsi all’emoglobina e in sostanza impedisce ai globuli rossi di trasportare l’ossigeno ai tessuti e alle cellule e quindi avremo un danno ipossico anche qui. Il danno ipossico può essere anche di natura anatomica, ad esempio, con cappio al collo mi bloccano il passaggio di aria alla trachea, oppure mi trovo in un incendio dove l’aria è ricchissima di CO2 e altri gas vado incontro ad ipossia che porta le cellule a morte. Da un punto di vista medico a noi interessa il danno da carenza di ossigeno perché ci sono una serie di patologie che sono le cosiddette ANEMIE = Sono condizioni patologiche in cui l’ossigeno arriva in minore quantità al tessuto, perché i globuli rossi (cellule deputate al trasporto dell’ossigeno) sono meno del normale. Sono delle cause di danno ipossico cellulare legate ad una riduzione del numero di globuli rossi circolanti. Anemie classiﬁcate in base alla dimensione media dei globuli rossi, se si rigenerano o no, o alla minore\maggiore concentrazione di emoglobina nei globuli rossi. Il globulo rosso è una cellula anucleata, che contiene nel suo interno delle molecole di emoglobina, essa è una proteina costituita da una struttura interna (nella sua “tasca idrofobica”) c’è l’anello tetrapirrolico dell’eme, nel mezzo di questo anello troviamo l’ossigeno legato al ferro grazie alla presenza di 4 atomi di azoto di cui due azoti sono saturati completamente dai legami con il carbonio che si trova all’apice di questo anello mentre gli altri due azoti permettono, avendo carica negativa, di legare il ferro bivalente che si trova nella parte centrale della molecola. Il ferro lega l’ossigeno, che ha due cariche negative, per cui ferro + ossigeno nell’emoglobina ed essa va in circolo per l’organismo. L’emoglobina ha un colore rosso per cui tanto più concentrata è nel globulo rosso tanto più quest’ultimo è rosso e viceversa. Se mi trovo in un ambiente ricco di monossido di carbonio e due molecole di monossido possono saturare il ferro bivalente che si trova nella parte centrale dell’emoglobina ed essa non riesce più a legare l’ossigeno. Il legame del monossido di carbonio con il ferro è molto più solido e tenace rispetto a quello dell’ossigeno per cui ho una progressiva saturazione dell’emoglobina con il monossido di carbonio, non mi accorgo che sto respirando aria ricca di monossido, i neuroni cominciano a funzionare peggio entro in uno stato di torpore e di sonno, con conseguenza di come che da reversibile diventa irreversibile + morte. Questo è un danno da mancanza di ossigeno. Il cianuro, ai tempi, ha la stessa funzionalità del monossido di carbonio legandosi all’ossigeno nell’emoglobina. L’anemia può essere: - Normocitica = quando i globuli rossi sono di forma e di volume normale; quindi, un’anemia normocitica è caratterizzata da riduzione dei globuli rossi ma rimangono normali per forma e dimensioni. - Normocitica normocromica = caratterizzata da una riduzione dei globuli rossi che però hanno un colore rosso normale e volume e forma normale; quindi, è semplicemente una riduzione dei globuli rossi. - Normocitica ipocromica = quando i globuli rossi sono normali come forma e dimensioni, ridotti come numero ma hanno una colorazione che è più bassa. L’anemia inoltre può essere in base alla grandezza normocitica - microcitica – macrocitica: la normocitica abbiamo forma e volume normale dei globuli rossi – microcitica i globuli rossi sono più piccoli del normale – macrocitica ho meno globuli rossi ma sono di dimensione + grossa. Quindi la dimensione del globulo rosso mi caratterizza la tipologia di anemia. Inoltre, l’anemia in base al colore può essere: normocromica – ipocromica – ipercromica: È normocromica quando la concentrazione media dell’emoglobina nei globuli rossi è normale, cioè il colore del globulo rosso è normale. Ipocromica è quando l’emoglobina è più bassa, quindi i globuli rossi sono più bassi di numero ma anche più scoloriti e avranno meno pigmento. Ipercromica quando i globuli rossi sono meno di numero ma sono più colorati, hanno più molecole di emoglobina nel loro interno. L’anemia può essere anche di tipo: - Rigenerativo = quando i globuli rossi sono meno ma ci sono tanti reticolociti (cioè globuli rossi immaturi che ancora hanno un po’ di nucleo all’interno) - Arigenerativo = quando non presentano reticolociti Quindi la diaerenza sta a seconda che i globuli rossi presentino una reticolocitosi evidente o meno e l’anemia di tipo rigenerativo o arigenerativo è importante perché ci fa capire meglio quale può essere stata la causa che ha rigenerato l’anemia stessa. Una delle cause patologiche più comuni da danno ipossico = può essere una condizione anemica. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Danni dei punti critici = può essere di vario grado: abbiamo detto che il danno può generare una grave alterazione cellulare che però, ﬁn tanto che non si supera il punto critico, può essere recuperata. Es. Un danno ipossico provoca nella cellula un grave problema di natura metabolica, che comporta una riduzione della fosforilazione ossidativa e glicolisi anaerobia, la cellula non avendo più a disposizione ossigeno, invece di ossidare zucchero, viene fermentato, si producono solo 2 molecole di ATP e il resto è acido lattico. L’ Acido lattico quando accumulata in eccesso è tossica, perché abbassa il ph e per la cellula il ph è importante poiché la cellula lavora a ph più o meno neutro. Sotto a 6.5ph si attiva la fosfofruttochinasi, enzima che peggiora fortemente la situazione cellulare perché blocca la fosforilazione ossidativa e attiva come via esclusiva metabolica cellulare la glicolisi anaerobia e acido lattico se ne produce ancora di più, cala ancora di più il ph, provocando danni cellulari importanti, avviandosi verso la fase di morte. La fase di morte arriva quando, in virtù del ph acido e della non produzione idonea di atp, la cellula comincia a bloccare i sistemi pompa sodio-potassio e calcio, essi aumentano la loro concentrazione endocellulare, la cellula assorbe acqua, si gonﬁa, e quando il calcio raggiunge una concentrazione molto elevata à attiva una serie di enzimi (DNAsi – ATPasi – fosfolipasi – proteasi) che tagliano le proteine (nel caso delle proteasi), le fosfolipasi agiscono sulla membrana andando a tagliarne la sua struttura creando dei buchi e peggiorando lo stato di osmosi, le atpasi agiscono sull’atp e lo distruggono, e inﬁne le sostanze enzimatiche entrano anche nel nucleo tagliando il DNA. I frammenti che si formano sono frammenti no-sense (sotto le 200 paia di basi, non si riesce più a trascrivere una proteina enzima che abbia una funzione ﬁnita) a questo punto la cellula arriva ad uno stato di morte esplicando nessuna funzione, si spacca in mille pezzi, come dei frammenti o blebs, pezzi della cellula che verranno poi mangiati e asportati dalle cellule del sistema immunitario che fanno pulizia dalle cellule morte. La determinazione e caratterizzazione dei critical and point dipendono da 3 fattori: - il tipo di noxa - il tempo della noxa - il tipo cellulare le noxe non sono tutte attive e fortemente nocive per la cellula tutte allo stesso modo, molto dipende da quanto agisce una noxa, se agisce per poco tempo la cellula ha tempo di riprendersi e ritornare ad uno stato di normalità e il critical and point non viene raggiunto. Anche la tipologia della cellula è legata all’azione nociva della noxa: le cellule derivano da tre grandi tipologie di tessuti: labili, stabili, perenni; le cellule labili sono in grado di combattere la noxa rispetto ai tessuti stabili e ancor di più perenni. Le cellule labili, si trovano perennemente in mitosi e si rigenerano sempre, una cellula che deriva da un tessuto stabile può ritornare a dividersi quando c’è bisogno, mentre le cellule dei tessuti perenni sono cellule che una volta colpite dalla noxa non si rigenerano più e vanno incontro a morte. Ripetizione: il danno ipossico può essere anche caratterizzato da situazioni organiche = per esempio, anemia: visto che i globuli rossi trasportano l’emoglobina e quindi l’ossigeno arriva ai vari tessuti e cellule con questo sistema, se io ho una riduzione dei globuli rossi oppure se l’emoglobina dei globuli rossi è in quantità troppo bassa à avrò una condizione di ipossia legata all’anemia, che può portare anche alla morte cellulare. L’ANEMIA È L’ESPRESSIONE DI UN PROCESSO PATOLOGICO = capire cos’è che provoca l’anemia. L’anemia è deﬁnita da importanti parametri che sono: il numero e volume dei globuli rossi – la concentrazione dell’emoglobina nei globuli rossi (colore). Io posso avere anche un numero di globuli rossi normale ma se la concentrazione di molecole di emoglobina nei globuli rossi è molto bassa, i globuli rossi non riusciranno a portare una quantità adeguata di ossigeno al tessuto. Viceversa, se i globuli rossi hanno una concentrazione di emoglobina normale ma ne sono troppo pochi, la quantità ﬁnale di ossigeno che arriva alle cellule sarà troppo bassa. Ogni specie animale ha un suo range di anemia e se i globuli rossi sono sotto al minimo di specie si dice che il soggetto è anemico, mentre se i globuli rossi sono più del numero tipico di specie si parla di una policitemia. Quali sono gli elementi che deﬁniscono questi concetti in un esame del sangue? Emocromo citometrico = esame che misura tutte le cellule che ci sono nel sangue e la prima parte è caratterizzata dai globuli rossi. Sono deﬁniti da questa sigla RBC (red blood cells) con valore del campione esaminato accanto, accanto a quest’ultimo abbiamo il minimo e il massimo range. Poi sotto troviamo valori che sono MCV – MCH – MCHC: L’MCV o volume corpuscolare medio, ovvero ci dice se il volume medio dei globuli rossi è più grande\piccolo\normale e ci deﬁnisce se l’anemia è macrocitica, microcitica o normocitica. L’MCH o concentrazione media corpuscolare di emoglobina, in questo caso se questo valore è più basso del normale la nostra anemia sarà ipocromica cioè la concentrazione di emoglobina media dei globuli rossi è più bassa del normale; viceversa, se l’MCH è normale l’anemia sarà normocromica e se alta sarà ipercromica. L’MCHC o concentrazione media di emoglobina nel globulo rosso (mch e mchc vanno visti insieme per capire che tipo di anemia abbiamo di fronte). Subito sotto a questi parametri ne abbiamo altri: Ret = reticolociti Ret index = indice reticolocitario Grazie a questi due parametri io capisco se l’anemia è rigenerativa o non rigenerativa, perché se i reticolociti sono zero o sono molto bassi vuol dire che la macchina non ha letto nel sangue queste cellule e il soggetto, se non ci sono, avrà un’anemia non rigenerativa e non si andranno a riformare altri globuli rossi che sta perdendo. Ase invece i reticolociti e l’indice di reticolocitosi sono presenti ed elevati vuol dire che il soggetto sta rigenerando in maniera normale. Tutto questo è importante da sapere perché ci permette di capire se questa anemia si metterà a posto da sola o se bisognerà attuare maggiori pratiche; se l’animale non rigenera, anemia arigenerativa, vuol dire che c’è un problema al midollo (fonte di produzione delle cellule del sangue) e dovrò fare un prelievo midollare per capire come mai questo midollo non svolge la sua attività funzionale. Qui ci potrebbero essere due situazioni: o il midollo è ATROFICO o è bloccato da un farmaco o sostanza chimica oppure il midollo può essere invaso da una neoplasia. Ad esempio, nelle leucemie, abbiamo che le cellule tumorali della linea bianca che sopraaà e si mangia la linea rossa; quindi, il midollo viene totalmente occupato dalle cellule tumorali e le cellule della linea rossa piano piano vengono schiacciate ed eliminate e il soggetto va in anemia. Quindi una causa può essere midollare. Un’altra causa potrebbe essere un problema legato al ferro nell’emoglobina: abbiamo detto che l’emoglobina funziona quando l’anello tetrapirrolico nella parte centrale ha il ferro che lega l’ossigeno; se il ferro non c’è, l’emoglobina non viene sintetizzata in maniera corretta. Ad esempio, in questo caso abbiamo le cosiddette anemie ferroprive legate a difetti di concentrazione del ferro. Le cause di questo possono essere date o da un problema dietetico (noxa-nutrizionale) con una dieta povera di ferro, oppure il ferro c’è nell’alimentazione ma l’animale non riesce ad assimilarlo (ad esempio con diarrea cronica abbiamo una perdita del ferro tramite feci). L’anemia ferropriva è un’anemia di tipo arigenerativo microcitica ipocromica, quindi è importante avere questi parametri perché ogni tipologia di anemia ha una sua combinazione = anemia con numero di globuli rossi più bassi, ipocromica perché l’emoglobina si sintetizza in base a quanto ferro c’è e se è ferropriva di emoglobina ce n’è poca e sarà ipocromica e inﬁne microcitica perché i globuli rossi diventano più piccoli con la minor presenza di emoglobina nel globulo rosso. Un’anemia normocromica, normocitica con elevato valore rigenerativo = anemia da perdita ematica o emorragia. E’ importante sapere il tipo di anemia poiché in base a questo può richiedere da una trasfusione di sangue poiché l’animale non sopravvivrebbe, non avendo abbastanza quantità ossigeno portata da quei pochi globuli rossi che ci sono, risulta insuaiciente. à Anemie di tipo cronico = es. un gatto con la Felv o leucemia felina o con la FIV sindrome da immunodeﬁcienza felina, di solito è ammalato perché ha contratto un retrovirus e questo può colpire anche le cellule del midollo e può ridurre la eritropoiesi; per cui è un soggetto che a lungo andare può diventare anche anemico e in questo caso sarà un’anemia arigenerativa, leggermente ipocromica legata anche al fatto che l’animale assorbe meno ferro e quindi in questo caso dovrò anche con la terapia cercare di arginare questo fenomeno irreversibile. L’ipossia viene anche divisa in due tipologie: - ipossia anossica = è iperacuta e legata ad un’improvvisa interruzione di ossigeno nei vari tessuti legata ad un evento iperacuto come un annegamento, strozzamento, polmonite ab ingestis bloccando le vie respiratorie - ipossia istotossica = l’animale respira normalmente, ma a livello di tessuti si accumulano sostanze tossiche, che a lungo andare saturano l’emoglobina e non permettono una normale ossigenazione dei tessuti. 2)DANNO DA ECCESSO DI OSSIGENO: danno cosiddetto ossidativo o perossidativo. L’ossigeno tende a ossidare tutti i vari tipi di substrati con il quale si lega. Uno dei danni più importanti è il danno da radicali liberi à un radicale libero è un elettrone che viaggia libero, all’interno dei tessuti tra le cellule, e si lega a sostanze che sono a loro volta instabili e che possono facilmente accettare e legarsi a questo elettrone. Una molecola è stabile o instabile = quando gli atomi che la formano presentano, nell’ultimo livello energetico dell’atomo, una coppia di elettroni, e questo fa si che ci sia una stabilità. Mentre quando invece l’elettrone è spagliato, cioè uno solo, l’atomo diventa instabile à a questo punto l’atomo o può acquistare un elettrone dall’esterno o perde un elettrone spagliato che ha, cambiando anche la sua struttura atomica, e si trasforma in un'altra tipologia di atomo, ma comunque stabile. A livello terrestre, tutte le molecole tendono alla stabilità, ovviamente questo tramite o l’acquisizione di un elettrone o la perdita di esso. Il danno da radicali liberi si genera quando una sostanza instabile acquisisce un elettrone e questo, a sua volta, fa si che questa sostanza cambi la sua struttura e ceda a sua volta elettroni ad una sostanza che gli sta vicino e si genera un ﬂusso di elettroni che rappresentano radicali liberi. Un radicale libero può essere un atomo, una molecola o struttura complessa, basta che abbia nella sua formula cariche negative date da elettroni spagliati negli ultimi livelli. Perché si creano nel mondo terrestre tutte queste condizioni per cui i radicali liberi si creano con facilita? Il mondo è ricco di ossigeno, sotto forma di ossigeno molecolare O2 o O2-, per cui abbiamo che l’ossigeno si può trovare in condizioni diaerenti di maggiore o minore stabilita + il nostro mondo è caratterizzato da fenomeni ondulatori di natura energetica, cioè ﬂussi elettronici (onde elettromagnetiche, onde luminose, onde sonore) che attraversano il nostro corpo. Un fenomeno ondulatorio è caratterizzato: lunghezza d’onda e frequenza: la lunghezza d’onda è data dall’ampiezza che c’è tra le due parti che caratterizzano l’onda stessa; quindi, ci da la larghezza o la minor ampiezza dell’onda con cui abbiamo questo fenomeno e l’onda è inversamente proporzionale alla frequenza (tanto maggiore è la lunghezza d’onda e tanto minore è la frequenza). Quando, invece, la lunghezza d’onda è molto corta e stretta, il fenomeno ondulatorio è molto più veloce: l’energia di un fenomeno ondulatorio, dipende dal rapporto che c’è tra lunghezza d’onda e frequenza, cioè tanto più un’onda è a frequenza elevata e lunghezza d’onda corta, tanto maggiore è la sua energia, ovvero il suo potere penetrante all’interno delle varie sostanze o corpi o cellule o tessuti. I raggi X sono un fenomeno ondulatorio caratterizzato da un ﬂusso elettronico che ha una lunghezza d’onda molto corta e una frequenza molto elevata. I raggi gamma, quando si fa la roentgenterapia, si colpisce un tumore con i raggi gamma, essi sono ancora più potenti da un punto di vista energetico perché la lunghezza d’onda è ancora più corta e la frequenza è ancora più alta. Le onde sonore sono ancora più lunghe e hanno una frequenza molto bassa, così bassa a volte che il nostro orecchio nemmeno la percepisce mentre magari il pipistrello o il delﬁno, perché loro riescono anche a sentire gli ultrasuoni = dati da onde che sono molto lente e molto larghe con frequenza bassa e quindi potere energetico molto basso. Quando faccio un’ecograﬁa, utilizzo delle onde sonore e queste sono così poco penetranti che, a seconda di che tessuto incontrano, vengono rimbalzate e non lo attraversano. Quindi la mia sonda ecograﬁca recepisce queste onde in ritorno e mi costruisce un’immagine di grigi e di neri che è data in base a che il tessuto sia più ecogeno o anecogeno, cioè produca un eco. Di contro abbiamo le onde elettromagnetiche, che sono ad elevatissima frequenza, ma anche i raggi infrarossi o ultravioletti riescono a penetrare alcuni centimetri sotto la nostra epidermide perché hanno una frequenza maggiore. Il nostro corpo è attraversato, come tutti gli elementi che si trovano sulla terra, da queste onde, in particolare dalle onde elettromagnetiche, luminose ma anche da alcune radiazioni particolari: es. se sono vicino ad una zona vulcanica o vicino ad una centrale atomica o in una zona dove c’è stata un’esplosione nucleare à il livello di raggi gamma e delta sarà molto più elevato e il mio corpo sarà attraversato da questo tipo di raggi. Di solito la maggior parte delle radiazioni possono essere schermate da alcuni elementi: es. il piombo riesce a schermare la maggior parte delle radiazioni (radiograﬁe con indosso camici di piombo). Come esseri terrestri però non siamo in grado di proteggerci dalla radiazione cosmica = radiazione che proviene dall’universo, ad elevatissima frequenza ed energia ed attraversa tutto il cosmo attraversando qualsiasi cosa. Anche in una condizione di estrema protezione la radiazione cosmica la assumo sempre e non è possibile schermarsi da questa. Tutti questi fenomeni ondulatori creano radicali liberi: perché? Quando un fenomeno ondulatorio incontra il protoplasma, cioè il materiale vivente, succede che l’acqua, molecola che è presente in maggior quantità nella nostra struttura, quando viene colpita dalla radiazione, essa si scinde in due radicali che sono: radicale anionico oh- e idrogenionico oh+ e da questa scissione abbiamo che questo radicale oh- o anionico viene a formarsi in grande quantità nei tessuti e comincia a interagire con i tessuti stessi creando quel sistema di radicali liberi che vanno ad alterare i tessuti. Nei tessuti abbiamo ossigeno e abbiamo che dalla scissione dell’acqua si forma h+ o oh- à l’oh- legandosi con l’ossigeno possono generare h2o2 perossido di idrogeno o Acqua ossigenata che si genera continuamente nei nostri tessuti ad opera di queste radiazioni che è estremamente reattiva e interattiva con le molecole che costituiscono i tessuti stessi. Quindi il danno da radicali liberi è veramente diaicile da poter prevenire, anche se ci si ritrova in una condizione di estrema protezione dai fenomeni ondulatori che sono presenti nella nostra atmosfera. Un minimo di radicali liberi si producono comunque e sono l’origine di un danno cellulare che può essere sempre più pericoloso per la cellula stessa. PERCHE’ QUESTI RADICALI LIBERI SONO COSÌ PERICOLOSI PER LA CELLULA? Perché la cellula abbiamo detto presenta i 4 punti critici (nucleo e materiale genomico – respirazione cellulare – sistema della sintesi proteica – sistema delle membrane) + presentano la loro membrana citoplasmatica che le circoscrive e le separa dall’ambiente esterno. La membrana, fatta da bilayer fosfolipidico, e composta da fosfolipidi, essi sono delle molecole estremamente sensibili all’azione dei radicali liberi ed essi stessi possono trasformarsi in radicali liberi. Come è fatto un fosfolipide? E’ un trigliceride che ha perso una porzione sul carbonio tre ed ha acquisito una molecola particolare che lo trasforma in fosfolipide. La sua struttura è la seguente: CH2 – COOR -CHCOOR – CH2COO ??? è una molecola di glicerolo legata a 3 radicali liberi ??? Il fosfolipide è una molecola che ha perso uno di questi radicali ed ha acquisito questa molecola che è la COLINA: quindi un trigliceride + la colina forma un fosfolipide. La colina è una molecola molto importante dal punto di vista nutrizionale perché, se ho una carenza di colina ho una carenza nella sintesi dei fosfolipidi, quindi è un fattore funzionale molto importante. Se invece della colina, il trigliceride si lega ad un altro tipo di sostanza la SERINA che è molto simile alla colina, si formano le cefaline o quei fosfolipidi particolari che si ritrovano nel sistema nervoso centrale e nei nervi: la serina e la colina sono due sostanze molto importanti. Quando la colina si lega a un trigliceride si forma un fosfolipide o la LECITINA (es. la lecitina di soia è un fosfolipide molto particolare che deriva da una sostanza vegetale che è la soia, molto ricca di sostanza grassa e utile da un punto di vista nutrizionale perché apporta all’organismo una grande quantità di colina). I fosfolipidi sono i principali costituenti di tutte le membrane cellulari, più fosfolipidi ho più ho un turn over delle membrane cellulari, potendo poi riparare le membrane cellulari; se hoi pochi fosfolipidi le membrane alterate non si riparano e le cellule vanno a morte più facilmente. Però allo stesso tempo i fosfolipidi hanno una molecola molto particolare: la colina presenta un fosfato con ossigeno che è spaiato e presenta un elettrone nell’ultimo livello. Quando arriva una radiazione ionizzante, ad esempio quella cosmica in quanto non c’è niente che mi schermi da questa radiazione, ai fosfolipidi di membrana….. Il sistema dei radicali liberi, in questo caso, si dice che è auto catalitico… ….. Quindi i radicali liberi principalmente attaccano le membrane fosfolipidiche della cellula, attaccano i fosfolipidi che li rende più sottoposti a un danno da radicali liberi, quindi ad un danno autocatalitico = cioè un fosfolipide colpito da radicale libero a sua volta diventa un radicale e va a colpire, cedendo un elettrone al fosfolipide che gli sta accanto, pian piano dilata e crea dei danni alla membrana più o meno rilevanti, può determinare anche l’avvio di un processo di danno cellulare. Questo processo non lo posso eliminare ma lo posso attenuare à tenendo alte il pool delle sostanze antiossidanti, cioè quelle sostanze che si ossidano al posto dei fosfolipidi o delle altre molecole e intercettando i radicali liberi proteggono la cellula dalla perossidazione. - Un’antiossidante è una molecola che viene sintetizzata dall’organismo e si ossida al posto di un fosfolipide, si piazza lungo la catena progressiva a cascata di formazione di perossidi e si ossida per conto proprio bloccando questa catena di autoformazione di radicali liberi. Le sostanze antiossidanti dell’organismo: la più importante è il glucatione peroddidasi. Il glutatione è una molecola che si ossida in maniera molto più facile e maggiore rispetto ai fosfolipidi, per cui se io ho tanto glutatione a livello dei tessuti, intercetta ﬁno al 90% dei fenomeni radioattivi e preserva le cellule in uno stato di benessere e non danno ossidativo. E’ un sistema enzimatico che si forma durante vari tipi di metabolismo che avvengono a livello cellulare ma la cosa importante è che il glutatione rimane in uno stato ridotto, cioè non ossidato se è associato a due cofattori che ne determinano la corretta funzionalità e che sono la vitamina E) ed il selenio. Il selenio è un oligoelemento e la vitamina e è liposolubile che assumiamo con gli alimenti ricchi si acidi grassi polinsaturi, anche alimenti di origine animale e se io ho una grande quantità di selenio e vitamina E avrò un pool che mi permette di avere un sistema di glucatione perossidasi molto funzionante e quindi avere una riduzione del danno perossidativo sulle varie parti della cellula. Questo spiega perché normalmente nelle diete uno degli elementi fondamentali è una corretta integrazione di vitamina E e selenio à il selenio, che normalmente va integrato con l’alimentazione (patate Serenella). Assumendolo mantengo il sistema glucatione ridotto, in modo tale che si ossida al posto dei fosfolipidi e in questa maniera schermo gran parte del danno da radicali liberi. Ovvio che se io ho un’alimentazione povera di vitamina E e selenio, quella è una noxa di tipo nutrizionale = cioè ho delle carenze che mi espongono maggiormente al danno da radicali liberi. In questo caso una carenza nutrizionale diventa una causa di malattia, una noxa, perché le mie cellule saranno più sottoposte al danno da radicali liberi. Chi per lavoro sarà un formulatore di mangimi e formule integrative per gli animali sarà molto importanti che si ricordi di questi principi nutrizionali per ridurre al massimo il danno da radicali liberi negli animali da produzione à un tempo, per aver maggior proﬁtto economico, si cercava di alimentarli con scarti e sottoprodotti che derivavano da processi agricoli e questo provocava avere delle materie prime di scarsa qualità quando si facevano mangimi. Questo scarso proﬁlo delle materie prime provocava una serie di malattie che oggi vengono conosciute come “tecnopatie” che non sono date da agenti patogeni ma bensì data dal processo sbagliato\errori durante la fase di allevamento poco corretta. Gli animali si trovavano in condizioni di stress tali da abbassare le varie difese immunitarie e quindi più soggetti ad ammalarsi o sviluppare patologie condizionate (quelle che vengono indotte da una cattiva prassi di allevamento). Negli anni 70-80’ quando l’unico elemento di un allevatore era il proﬁtto si stava molto poco attenti alla qualità degli alimenti e al benessere animale a cui oggi invece si fa molta attenzione, anche perché ci sono sanzioni a livello nazionale ed europeo. Una malattia generalmente, nasce da un processo patologico cellulare, quindi oltre a curare la malattia bisogna anche avere un approccio e interesse alle cellule del paziente. Perché se facciamo un antibiotico e ha un forte stress ossidativo cellulare e danno legato a carenze nutrizionali la sua risposta all’antibiotico sarà molto ridotta. 2 livelli di terapia: farmacologico e basale sulle cellule del paziente. Se ho un animale che ha una determinata patologia e lo sto curando per quella patologia, ma non mi pongo il problema se, ad esempio, la quantità di colina che sta assumendo con l’alimento è corretta, magari non ha abbastanza colina per sintetizzare nuovi fosfolipidi e ricambiare il sistema delle membrane, le sue cellule saranno in forte crisi. Quindi io lo devo curare da un punto di vista alimentare\integrativo per far si che la colina faccia la sua funzionalità. L’80% del benessere del paziente, ad oggi, deriva da una corretta alimentazione e integrazione delle sostanze. Quindi oggi c’è una grande attenzione alla nutraceutica agli alimenti funzionali e integrazione di quelli che sono i sistemi cellulari complessi, perché se un organismo lo curiamo da un punto di vista cellulare poi avremo anche un miglioramento da un punto di vista terapeutico. Ritornando agli antiossidanti: Altro elemento fondamentale è la vitamina C, si ossida facilmente e va a proteggere dall’ossidazione le membrane e la cellula. Purtroppo, la vitamina C, la vitamina E e selenio sono facilmente deperibili: cioè che se l’alimento, non è conservato in maniera corretta, abbiamo che già dopo 3 giorni, sul sacco del mangime, ad esempio, quell’alimento ha ossidato e perso tutte le capacità antiossidanti e protettive che aveva e diamo all’animale un alimento che non ha più nessun eaetto integrativo. Quindi è importante anche considerare come l’alimento viene conservato e preservato perché essendo sostanze antiossidanti, cioè che si ossidano al posto di varie molecole e fattori cellulari, queste sostanze si ossidano anche all’aria. Ad esempio, l’olio d’oliva se io lo conservo in modo sbagliato perde la sua funzionalità, andrebbero tenuti in frigo al buio, cosa che non fa nessuno. Se li tengo a temperatura ambiente esposti alla luce, già dopo una settimana ho dimezzato il loro potere antiossidante. È importante che tutto si conservi nella migliore modalità e che la funzione degli antiossidanti sia buona. Gli agenti ossidanti interagiscono con le membrane citoplasmatiche, ricche di fosfolipidi che si ossidano facilmente, ma ci sono anche altre molecole cellulari che possono risentire degli agenti antiossidanti: per esempio, a livello nucleare, nel dna, le basi azotate, sono abbastanza sensibili all’azione degli antiossidanti e la timina è più sensibili rispetto a tutte le altre basi. Questa base azotata presenza un gruppo solﬁdrilico SH, è un gruppo funzionale che le molecole proteiche hanno e che ha un azione molto positiva da un punto di vista strutturale e funzionale, per cui i radicali liberi quando attraversano il nucleo colpiscono in maniera importante la timina à è stato stimato, in una cellula animale, avvengono circa 10 mila mutazioni legate al fatto che l’esposizione ai radicali liberi, alterano la struttura della timina e a livello di dna si generano quelle che prendono il nome di mutazioni a SNPs (mutazioni puntiformi a singolo nucleotide) à se la timina viene ossidata, cioè il suo gruppo SH intercetta una radiazione ionizzante ed eliminata, in quel punto del dna si crea una mutazione puntiforme e la timina perde la sua funzione. Le mutazioni puntiformi possono anche essere totalmente ineaicaci però una somma di mutazioni puntiformi, se avvengono in regioni trascriventi esoniche che magari trascrivono per proteine importanti, può provocare una mutazione proteica enzimatica e funzionale che ha una sua ripercussione sulla cellula. Quindi in diecimila mutazioni puntiformi che avvengono in una giornata à Si pensa che il 99.9% sia ineaicace, però vedremo che basta una che abbia una conseguenza, che prende avvio un sistema mutazionale della cellula che può portare anche a neoplasia. Molte neoplasie prendono proprio avvio da mutazioni strutturali a livello di dna che modiﬁcano la struttura del gene e quindi poi di una proteina. Ci sono un sacco di proteine che sono anche dette proteine tioliche o tioproteine = proteine che hanno anche loro un gruppo SH funzionale; quindi, tutte le proteine che contengono questo gruppo viene ad ossidarsi facilmente e le proteine si ossidano facilmente. Alcuni elementi che sono ricchi di solfati sono particolarmente utili perché cedendo il loro gruppo SH rimpiazzano il loro gruppo di proteine che si sono alterati. Es. brassicaceae (cavoletti) quando si cucinano hanno un odore forte, legato al fatto che sprigionano questi solfuri, contengono zolfo, e queste brassicaceae sono, da un punto di vista alimentare, molto utili perché essendo ricche di gruppi SH, quando vengono forniti all’animale, questi vanno a ricostituire e rifornire la timina e proteine che si erano ossidati, oppure queste sostanze si ossidano (fanno da schermo) impedendo che si vadano ad ossidare i gruppi SH della timina e delle proteine = eaetto protettivo molto importante Altro punto critico della cellula: RESPIRAZIONE CELLULARE = mitocondri Il mitocondrio è un batterio che si è ormai naturalizzato all’interno della cellula, è formato da creste mitocondriali e in cima alle creste abbiamo un complesso enzimatico della catena redox (catena di ossidoriduzione) à la molecola del glucosio che entra all’interno del mitocondrio, attraverso un processo di ossido riduzione, si formano delle catene elettroniche che passano da un enzima all’altro. Si crea un ﬂusso energetico che permette l’introdursi della reazione di ossidoriduzione e quindi di fosforilazione ossidativa, che porta poi alla formazione dell’energia contenuta nella molecola di glucosio, in energia sottoforma di legami chimici, che viene ad essere caratterizzato dalla produzione di adenosintrifosfato (ATP). Il sistema mitocondriale è un sistema ossidativo e ci sono dei complessi enzimatici come il Citocromo C450 o altri tipi che sono estremamente sensibili ai radicali liberi. Quindi se una cellula è attraversata da un fenomeno di natura ossidativa il citocromo c450 e gli enzimi della catena respiratoria mitocondriale, andranno per primi ad ossidarsi e legarsi a questi elettroni che arrivano attraverso il fenomeno ondulatorio. Questo bloccherà in parte la fosforilazione ossidativa e ridurrà il potenziale di produzione di ATP da parte dei mitocondri. Quindi il danno da radicali liberi, in deﬁnitiva a questo discorso, è un danno molto grave e complesso che colpisce tutti e quattro i punti critici della cellula e che può portare essa a morte. Per prevenirlo, occorre cercare di schermare il più possibile la cellula dai danni legati dalla formazione dei radicali e utilizzare e tenere molto alti i sistemi antiossidanti che schermano la cellula dal danno da radicali liberi. La cellula può andare incontro ad un fenomeno che porta alla morte della cellula stessa e può essere irreversibile quando la cellula raggiunge il critical and point. Abbiamo parlato del danno ipossico dicendo che un tessuto va incontro ad una riduzione di ossigeno va incontro a diminuzione dei processi metabolici e quindi morte cellulare. Da qui, l’idea che venne ad alcuni medici, è quella di cercare di combattere i danni da ipossia riperfondendo o riossigenando rapidamente un tessuto à se mi viene un infarto e il miocardiocita va a morte nel giro di 10 minuti, se io riesco a ridare ossigeno al miocardiocita in tempi molto rapidi, vengo a bloccare il processo di aggravamento prevenendo il critical and point e riporto il tessuto alla normale funzionalità. Ci fu uno studio fatto molti anni fa su un gruppo di pazienti cardiopatici che furono divisi in due gruppi: un gruppo veniva messo in terapia intensiva con le varie cure mentre l’altro gruppo, oltre a fare la terapia, si procedeva con la cateterizzazione delle coronarie, le coronarie venivano ridilatatate rapidamente e al paziente veniva data una concentrazione di ossigeno molto superiore. In questa maniera, riossigenando il sistema, si pensava di ridurre la mortalità à ma alla ﬁne dello studio si vide che i pazienti che venivano riossigenati morivano anche di più. Da qui si capì che c’è un danno da riperfusione legata al fatto che, quando noi abbiamo una cellula andata incontro ad ipossia, quindi una cellula che è in uno stato non di totale benessere, ridare immediatamente ossigeno a questa cellula può essere controproducente perché la cellula in uno stato di ipossia, consuma gran parte dei fattori antiossidanti. Quindi se io gli ridò ossigeno, faccio peggio perché creo un danno acuto da radicali liberi che uccidono la cellula. Per cui in certi casi la riperfusione o la faccio immediatamente, nei primi due\tre minuti, oppure se dopo è meglio non riossigenare il tessuto in maniera forte, perché in quel caso si crea un danno maggiore che è il danno perossidativo. Il tessuto ha già ridotto le sue riserve di antiossidante e se io gli do troppo ossigeno, gli causo un danno acuto da radicali liberi che aumenta la mortalità cellulare. 3) DANNO CHIMICO: Altro meccanismo stereotipato attraverso cui le cellule possono morire è legato al danno chimico. Qualsiasi sostanza chimica, se presa in quantità eccessiva, può essere tossica per la cellula, lo stesso glucosio, cellula fondamentale per la vita cellulare ma se io alla cellula gliene do troppo può diventare estremamente tossico perché è una molecola osmoticamente attiva; quindi, se ne abbiamo troppo all’interno della cellula essa tira acqua, si gonﬁa andando anche a scoppiare. Oppure il sale o cloruro di sodio, molecola fondamentale per la vita ma se ce né troppo diventa mortale per la cellula, ha un eaetto osmotico molto importante e quindi anche sostanze chimiche che normalmente sono presenti in tutti gli alimenti e che normalmente arrivano alle cellule, se in concentrazione alterata, possono essere tossiche o mortali per la cellula. Quindi è importante nelle sostanze chimiche la concentrazione, l’esposizione e corretta capacità di assorbimento. Es. se io do una quantità di molecole di glucosio normale, ma il soggetto è diabetico, cioè ha una carenza di insulina, pertanto lo zucchero non riesce a penetrare nelle cellule perché è l’insulina che ce lo fa entrare à quindi si crea un danno cellulare da carenza di zucchero e invece lo zucchero che rimane concentrato in maniera elevata a livello del sangue da un’iperglicemia, anch’essa tossica, perché porta alla formazione di prodotti del glucosio tossici per l’organismo, le cosiddette proteine glicate (es. emoglobina glicata). La presenza di questi danni a livello cellulare che possono essere acuti o che si sommano nel corso del tempo, va a conﬂuire nel concetto di invecchiamento cellulare: quindi tutte le cellule viventi hanno un periodo di vita, che può essere anche modiﬁcato e modulato, però inevitabilmente muoiono. Fin dagli albori della storia dell’uomo, esso è stato sempre aaasciano ma anche ﬂesciato da questa idea della nascita e della morte, in tutte le società una delle principali cose in cui è appeso l’uomo è l’immortalità à nella scienza moderna ci sono scienziati che studiano i processi vitali della cellula per cercare di allungarli e di arrivare a questa immortalità. Anzi per meglio dire, la scienza si divide in due grandi ﬁloni: ci sono i cosiddetti scienziati che sostengono che se, teoricamente, si raggiungesse una condizione di tale controllo delle cause che determinano il danno cellulare, l’immortalità potrebbe essere raggiunta; per questa teoria, prendono come esempio più eclatante la Teoria dell’invecchiamento o danno estrinseco: dicono che l’invecchiamento è legato al fatto che tutta una serie di ambienti esterni agendo sulla cellula, portano la cellula a invecchiare e morire à tolti questi agenti esterni la cellula potrebbe continuare a vivere ed essere immortale. Tant’è vero che dicono che un uomo, circa 150 anni fa, aveva una vita media di circa 37-38 anni, mentre oggi si ha un’aspettativa di vita di circa 80anni, quindi abbiamo più che triplicato l’aspettativa media di vita umana à questo è stato possibile migliorando le condizioni di vita, l’alimentazione, migliori condizioni abitative, materiali migliori, migliori condizioni igienico sanitarie ecc.., questo perché si è ridotto l’esposizione da parte delle cellule a quei fattori noxe che possono causare la loro morte. Altri scienziati dicono, opponendosi al ﬁlone precedente, che vede l’invecchiamento cellulare come l’ineruttabile espressione di un danno intrinseco. Quindi se la teoria dell’invecchiamento del danno estrinseco (quella sopra) dice che eliminando tutti gli elementi esterni di danno o interferenza con la cellula si potrebbe raggiungere l’immortalità cellulare, la teoria del danno intrinseco all’invecchiamento cellulare aaerma invece che anche eliminando tutti gli elementi esterni e la loro azione sulla cellula, la cellula comunque ha un orologio interno ben determinato e che ad un certo punto portano la cellula a morte. Da qui nascono le due teorie dell’invecchiamento: - Teoria del danno estrinseco = evidenza della problematica del danno da noxe - Teoria del danno intrinseco = conosciuta come teoria di Hayﬂick, scienziato svizzero à dice che all’interno di ogni cellula c’è un orologio biologico che porta la cellula a morte. Oggi questa teoria, alla revisione della scienza moderna, viene detta anche teoria delle telomerasi. Hayﬂick fece un esperimento molto semplice: fece delle colture cellulari primarie, cioè delle colture dove io prendo le cellule da un tessuto, le metto “in coltura” con ﬁasca e un terreno idoneo. Dopodiché le cellule cominciano a moltiplicarsi, occupano tutto il terreno possibile e quando sono arrivate “a conﬂuenza” o le travaso in più ﬁasche oppure le cellule cominciano a montare l’una sull’altra, si consumano l’alimento, producono cataboliti e ﬁniscono per morire. Le colture cellulari si possono dividere in Colture primarie e colture in linea continua: Le prime sono quelle che io ottengo prendendo delle cellule da un tessuto e viene detta primaria perché le cellule che vengono coltivate mantengono le caratteristiche del tessuto di origine e le funzionalità. La coltura di linea continua, invece, è una coltura che parte da un tessuto preciso che però durante le fasi di passaggio le cellule perdono le caratteristiche del tessuto primario originario e si dice che sono cellule immortalizzate e tutte le volte continueranno a crescere e ottengo una linea continua immortale. Es. le cellule HELA, sono presenti in tutti i laboratori e sono una coltura cellulare che ha quasi un centinaio di anni. La sigla deriva dalle iniziali del nome di una signora americana che fu colpita da un cancro alla cervice uterina; nell’ospedale in cui è stata ricoverata i medici presero le cellule del tessuto uterino, le misero in coltura e ottennero una linea cellulare particolarmente resistente e immortale, una linea che oggi è in tutti i laboratori del mondo, tant’è vero che anni fa è stato festeggiato in tutto il mondo il compleanno di questa donna per festeggiare questa linea cellulare. Quando mi serve la scongelo, la rimetto in coltura, le cellule tendono a moltiplicarsi e quando non ne ho più bisogno le ricongelo. Queste cellule non hanno più nessuna caratteristica delle cellule originarie e il fatto che sono così immortali deriva dal fatto che sono cellule neoplastiche = sono cellule che perdono totalmente le caratteristiche diaerenziative e caratteristiche di controllo del ciclo cellulare per cui sono cellule immortali, sono cellule che hanno avuto delle modiﬁcazioni tali per cui questo orologio biologico interno non c’è più. Ma le cellule primarie dei vari tessuti e non quelle neoplastiche, secondo Hayﬂick, hanno questo orologio interno; quindi, le colture cellulari primarie (quelle che conservano esattamente le caratteristiche del tessuto di origine) HANNO UNA CAPACITA’ DI PROPAGAZIONE CHE E’ DI n PASSAGGI (n = circa 50). Se io prendo le cellule, le metto in coltura, ottengo una coltura primaria ad esempio di condrociti, quest’ultimi posso passarli circa una 50ina di volte à man mano che li passo, questi condrociti perdono sempre di più la capacità di moltiplicarsi, la coltura stenta sempre di più a crescere ﬁno a che non si arriva verso il 50esimo passaggio che questi condrociti muoiono tutti. COME MAI SONO MORTI? Come diceva Hayﬂick, è come se le cellule avessero un orologio interno che dopo n passaggi, le blocca e le uccide. Per molti anni si è cercato quali fossero questi elementi dell’orologio interno che bloccano la moltiplicazione cellulare. Li abbiamo scoperti quando abbiamo scoperto i TELOMERI (ecco perché la teoria del danno intrinseco dell’invecchiamento è anche chiamata teoria delle telomerasi) = che cosa sono? A livello delle cellule, o meglio a livello del nucleo cellulare, abbiamo che la cromatina, costituita da dna, si organizza in cromosomi à quando la cellula si arriva a dividere i cromosomi vengono a dividersi in due cromatidi, uniti attraverso il centromero, e si dispongono o sul fuso equatoriale al momento terminale della mitosi. Ad un certo punto vengono a dividersi e migrano ciascuno ad un polo della cellula, per cui quando la cellula si divide questi cromatidi (dati da duplicazione del materiale genomico cellulare) migrano dalla cellula madre alle due cellule ﬁglie che avranno lo stesso patrimonio genetico della madre. Studiando i cromatidi si è visto che hanno un pezzettino apicale dato dalla presenza di regioni che sono dette = Regioni telomeriche o telomeri: i telomeri sono l’ultimo tratto o pezzettino del dna che costituisce il cromatide (che abbiamo detto essere costituito da dna raggomitolato su se stesso) e l’ultimo tratto del dna è di natura telomerica e caratterizzato da regioni no senso o non terminal repeat e sono delle sequenze ripetitive di alcune triplette di basi azotate, che si trovano a formare un cappuccio alla ﬁne e all’inizio di ogni cromatide. Questi telomeri hanno una funzionalità molto importante perché quando la cellula si divide; quindi, i cromatidi si mettono sul piano equatoriale della cellula, grazie alla presenza dei telomeri essi guidano l’esatta divisione del cromosoma nei cromatidi e stabilizzano i cromatidi sul fuso equatoriale; quindi, fanno si che migrino verso i poli del fuso e quindi che la divisione cellulare avvenga in maniera corretta. Poi si è visto anche che, ad ogni divisione cellulare, i telomeri perdono alcune basi azotate e diventano più corti e quando la cellula si è divisa una 50ina di volte questi telomeri sono diventati talmente corti che non permettono un’ulteriore divisione di un cromosoma in due cromatidi. Quindi Hayﬂick aveva ragionato correttamente, quando parlava di un orologio interno alla cellula, perché aveva capito che c’era un meccanismo interno alla divisione del materiale genetico cellulare che condizionava e bloccava la divisione della cellula stessa. Esistono degli enzimi all’interno dei cromatidi che sono dette telomerasi e riescono a rigenerare i telomeri; ma dopo la nascita, questi enzimi telomerasi vengono bloccati, cioè agiscono durante la fase embrionale, nel mentre che l’embrione si sviluppa e livello uterino, perché le cellule embrionali sono molto simili alle cellule staminali cioè si moltiplicano in maniera continua. Quando è avvenuta l’organogenesi e le cellule si sono diaerenziate e specializzati questi cromatidi e le varie telomerasi si bloccano e i telomeri, a questo punto, vengono sottoposti a divisione cellulare e a diventare più corti e condizionare la divisione cellulare. A quel punto se io riesco a sbloccare le telomerasi, sblocco dopo n divisioni la moltiplicazione cellulare e questo comporta una eternalizazione della cellula. Cosi hanno fatto gli scienziati, hanno iniziato con alcune sostanze chimiche ad interagire con la cellula per cercare di sbloccare queste telomerasi à è successo che quando provavano a sbloccare queste telomerasi, è vero che danno origine ad una moltiplicazione continuativa delle cellule, ma il più delle volte questo sblocco porta a tumore, quindi probabilmente la natura e l’evoluzione hanno fatto si che le cellule si blocchino ad un certo punto nella loro moltiplicazione, proprio per evitare una serie di mutazioni che stravolgono la regolazione del ciclo cellulare e dare origine a cloni di cellule impazzite. Oggi la ricerca è ferma a questo livello, cioè pone una forte resistenza dal punto di vista etico a lavorare su queste telomerasi, perché è vero che potrebbero ringiovanire tessuti o permettere la rigenerazione di qualsiasi tipo di tessuto ma potrebbero far sviluppare anche tumori nei vari tessuti trattati da queste sostanze. In ogni caso, la teoria di Hayﬂick ci spiega che le cellule hanno un meccanismo interno che ne regola la moltiplicazione mentre la teoria del danno estrinseco dice che la cellula, nonostante forniamo nel terreno colturale tutte le sostanze possibili e le mettiamo in condizioni ottimali, non scappa dal danno ossidativo, per cui i danni che ogni giorno si vengono a produrre sulla cellula, hanno un eaetto sommatorio e ad un certo punto creano un danno cellulare irreversibile. Quindi la teoria del danno estrinseco dell’invecchiamento dice che: noi possiamo allungare la vita di una cellula o tessuto ma non possiamo mai raggiungere l’immortalità perché, in questo caso, ci sono sempre dei danni alla cellula che vanno a generare un processo patologico e la morte della cellula stessa. Entrambe le teorie ad oggi sono considerate valide. TEORIA ESTRINSECA: ci sono una serie di danni esterni cumulativi per cui la cellula, giorno dopo giorno, accumulando questi danni, ﬁnisce per andare incontro a un blocco funzionale. Questa teoria del danno estrinseco o mutazione genomica dice che fra le varie cause che possono determinare il danno, c’è quella che la timina, essendo una base azotata che presenta un gruppo SH nella sua molecola, è una base che viene colpita da radicali liberi almeno 10mila volte al giorno e subiscono mutazione puntiforme. Queste mutazioni, secondo la teoria, sono sommatorie, si sommano giorno per giorno ﬁno a che non si crea un danno irreparabile e la cellula si blocca. A favore di questa teoria, c’è la teoria degli ages\ales e dei rages = i primi sono degli aploidi che stanno per Advanced Glycation Endproducts e Advanced Lipoxydation Endproducts, cioè prodotti avanzati della glicosilazione o liposilazione, cioè del legame con sostanze lipidiche, mentre i rages sono i recettori degli ales e ages. I rages si trovano sulla superﬁcie cellulare mentre i ages vengono prodotte nell’interstizio o all’interno della cellula e interagiscono con il recettore cellulare formando dei segnali molto negativi per la cellula. Ci sono delle reazioni biochimiche che avvengono all’interno della cellula che sono delle reazioni di glicosilazione = quando una proteina o sostanza lipidica vengono legate ad uno zucchero o glucide, perché ci sono degli enzimi chiamati glicosidasi che legano gli zuccheri alle proteine e creano le glicoproteine e va a produrre molecole molto importanti (ad esempio le immunoglobuline sono glicoproteine, anche il glicocalice delle cellule è formato da glicoproteine). Quando però abbiamo che nell’ambiente interstiziale o a livello circolatorio i livelli di zucchero sono elevati avviene che molte proteine si legano in maniera non enzimatica, vengono a glicosilarsi in maniera non enzimatica à Questi troppi zuccheri si attaccano alle proteine in maniera aspeciﬁca e producono quelle che prendono il nome di BASI DI SCHIFF, sono il prodotto della reazione di Maillard (zuccheri a temperatura elevata che si legano alla proteine e generano un odore e colore particolare es. pane o briosche appena sfornati e con colorito aumentato rispetto a quando li mettiamo appena nel forno à in questo caso non abbiamo eaetto di glicosilazione ma sono semplicemente in alta concentrazione e si uniscono, favoriti dall’elevata temperatura.) A livello dell’organismo avviene la stessa cosa e cioè, se ho troppi zuccheri a disposizione della cellula, essa li lega in maniera aspeciﬁca alle proteine e si formano le basi di schia o prodotti di maillard, gli americani li chiamano ages = prodotti della glicosilazione avanzata. Questi prodotti della glicosilazione avanzata fanno si che le proteine cambino la loro struttura à questo è un problema perché i sistemi di degradazione proteica nella cellula, riconoscono le proteine quando sono “ben conformate” e deﬁnite con le loro strutture à le proteine quando legano queste sostanze anomale, diventano misfolded, cioè mal piegata. A questo punto i sistemi che erano incaricati di eliminare e digerire la proteina non sono più in grado di riconoscerla perché alterata. La proteina misfolded che non viene degradata si accumula nella cellula e diventano dei prodotti di scarto che la cellula non riesce ad eliminare ma non solo, queste proteine malformate cominciano ad interagire con siti cellulari o recettori rages, si uniscono insieme e inizia un processo patologico della cellula = si formano modiﬁcazioni cellulare di tipo inﬁammatorio cronico. Ad esempio, il tumor necrosis factor alfa, interleuchina 6, interleuchina1.6 che sono delle molecole tipiche di una cellula in uno stato inﬁammatorio. Quindi capiamo bene che un’alimentazione sbagliata o ricca di zuccheri, tipica dell’occidente, abbiamo una quantità di zucchero a livello ematico molto superiore. Di fronte a tutta questa serie di zuccheri la formazione di ages è molto elevata e comporta un segnale negativo per la cellula e fa invecchiare e morire prima la cellula. Se, abbiamo detto il danno estrinseco è un qualcosa inciso nell’orologio biologico della cellula e dopo tot divisioni non riesce a proseguire nella sua moltiplicazione, nel danno estrinseco abbiamo che tutti i fattori esterni (quindi i radicali liberi che vengono ad interagire con le basi azotate, l’alimentazione troppo ricche di zuccheri o sostanze grasse che fanno diventare le cellule come veri e propri antigeni) favorisce l’invecchiamento e quindi la morte cellulare. Alcuni di questi ages oggi sono utilizzati anche a livello diagnostico: es. emoglobina glicata. Normalmente un paziente diabetico non produce a suaicienza insulina, ormone che permette alle cellule di far entrare lo zucchero, (questo avviene eccetto nei neuroni che il glucosio entra anche se l’insulina non c’è perché il neurone è una cellula che fa parte della centralina controllando tutte le nostre funzioni e quindi deve essere in grado di funzionare anche senza insulina e introducendo comunque glucosio, mentre tutte le altre cellule del corpo funzionano tramite insulina). L’insulina è un ormone peptidico ma l’emoglobina è una glicoproteina; quando io ho un’iperglicemia il paziente più volte al giorno, si fa un buchino sul dito, prende il sangue e si misura la glicemia à se il livello di glicemia è normale vuol dire che l’insulina che il paziente prende è suaiciente perché il glucosio che il paziente assume entri nelle cellule e la glicemia è in un range di valore normale. Se invece abbiamo livelli di glucosio troppo alti, per l’insulina che prende lo zucchero che assume è troppo quindi deve ridurre il contenuto di zucchero o aumentare il quantitativo di insulina. La glicemia varia molto nel corso della giornata, non è detto che nel corso delle 24ore la mia glicemia sia sempre costante. Il misurare e il mantenere sotto controllo la glicemia semplicemente misurandola si è visto che non è suaiciente a garantire che il livello di glicemia nelle 24ore sia costante; si è trovato un altro market che è l’emoglobina glicata à quando il paziente nel corso della giornata ha uno sbalzo di glicemia, cioè si alza, le particelle di zucchero in eccesso si legano all’emoglobina e formano quella che prende il nome di emoglobina glicata, che è un ages. Essendo un ages, per essere metabolizzata dalle cellule e la sua eliminazione ci vuole circa un mese mentre l’emoglobina normale per eliminarla ci vogliono circa poche ore. Se ho un paziente diabetico con glicemia normale, misurandogli però l’emoglobina glicata, è un market molto utile perché, avendo emivita molto lungo ﬁno oltre due settimane, se la trovo elevata, anche se la mia glicemia giornaliera è normale, vuol dire che ci sono dei momenti in cui sicuramente ho un’iperglicemia e lo zucchero in eccesso si lega all’emoglobina, glicandola e generando questo ages. A lungo andare, se non mettessi a posto il mio tasso glicemico e rivedessi la mia curva di insulina, potrei andare incontro a gravi problemi vascolari o nervosi, quindi anche problemi mortali. Oggi se ne stanno studiando molto di questi market tra cui anche la Carbossimetillisina: si è visto che quando ho una forte sarcopenìa, es. nei soggetti anziani che non assorbono bene l’alimento, molto spesso autodigerisocno il muscolo per mantenere un livello energetico tollerabile. In questi soggetti la lisina contenuta nelle ﬁbre del muscolo si libera e si lega agli zuccheri presenti nel sangue e formano la carbossimetillisina che è direttamente proporzionale con il livello di sarcopenia; cioè se trovo livelli di carbossimetillisina elevata vuol dire che anche se apparentemente sembra che tutto vada bene, il paziente sta eaettuando una neoglucogenesi a partire dalle proteine nel muscolo andando in sarcopenìa e devo arrestare in qualche modo questo processo negativo. Quindi il concetto della carbossimetillisina è uguale a quello della glicoproteina glicata, perché è una proteina che diventa un ages quando ci sono condizioni di iperglicemia e si lega in eccesso con gli zuccheri presenti nel sistema circolatorio. Gli ages e ales sono dei prodotti avanzati del catabolismo che indicano e favoriscono, interagendo con la cellula, il suo invecchiamento e l’alterazione dello stato funzionale e ﬁsiologico. La cellula può reagire ad una noxa e produrre una risposta funzionale ( a meno che non sia rrivi a passare il punto critico di non ritorno la cellula ha la possibilità di riprendersi e recuperare la sua attività) , e come fa la cellula a reagire ad una noxa? Lo fa con meccanismi stereotipati: meccanismo di atroﬁa – meccanismo di ipertroﬁa – meccanismo di iperplasia – meccanismo di metaplasia – meccanismo di displasia – meccanismo di neoplasia. La cellula sottoposta ad una noxa prolungata riesce la cellula a riparare i danni provocati e quindi la cellula si adatta, questi sono meccanismi adattativi della cellula. Mentre se si superano i critical and point andiamo incontro alla morte della cellula attraverso modi diversi: per apoptosi o per necrosi = apoptosi è la morte della singola cellula, mentre la morte di più cellule insieme contemporaneamente viene detta nècrosi, creando un danno nel tessuto in cui si trovano. ATROFIA La possiamo suddividere, a seconda della causa prodotta, come una atroﬁa da ipoperfusione, da mancata innervazione, da mancato utilizzo e da causa ormonale. Queste 4 condizioni sono di natura adattativa della cellula. La causa da ipoperfusione = la cellula riceve meno ossigeno e che fa? O si adatta o muore e se si adatta si deve adattare ad un livello funzionale inferiore (ad esempio, un feto durante lo sviluppo presenta una condizione patologica per cui il cordone ombelicale si attorciglia ad un arto, che sia un braccio o una gamba, e questo arto si svilupperà molto meno rispetto ad altre parti del corpo à questo ha fatto si che quell’arto sia ipoperfuso, cioè che c i arrivasse meno sangue rispetto alle altre parti e la cellula, che non voleva morire, si è dovuta adattare ad un livello energetico inferiore) Se arriva meno ossigeno, la cellula si deve programmare e ridurre ad un livello funzionale inferiore, svolge meno attività rispetto ad una cellula iperperfusa; quindi l’atroﬁa si può considerare come ADATTAMENTO CELLULARE A UN LIVELLO FUNZIONALE ED ENERGETICO PIU’ BASSO, la cellula non muore ma si pone in un regime di uso limitato; tant’è vero che l’atroﬁa è una delle cause nei soggetti anziani (in questi soggetti i volumi degli organi e il peso sono ridotti, molto meno ricco d’acqua, e se faccio un’istologia le sue cellule sono circa la metà, come diametro, rispetto ad un soggetto giovane, questo perché la presenza di alterazioni del sistema vascolare e una ridotta ossigenazione ha portato ad un adattamento funzionale dell’organo, che però funziona molto meno). Gli organi che vanno incontro ad atroﬁa spesso cambiano colore, diventano più scuri, e molto spesso si parla di “atroﬁa bruna” à le cellule che vanno incontro ad atroﬁa, quindi con meno ossigeno, riducono anche la loro capacità catabolica. ES. I lipidi per la cellula sono quelli più diaicili da digerire e in un soggetto anziano i lipidi vanno nei lisosomi e rimangono parzialmente indigeriti, si ossidano, diventano scuri e la cellula per questo diventa più bruna. Inoltre, quando la cellula invecchia, i lisosomi perdono la maggior parte degli enzimi digestivi e la cellula ci mette molto più tempo e in parte i lipidi rimangono indigeriti nei lisosomi, dove si perossidano e assumono questo colore giallo brunastro. I pigmenti che si formano nei lisosomi sono le lipofuscine = sono pigmenti giallo bruni che si formano in tessuti vecchi e questo perché i lipidi si perossidano, cambiano colore reagendo con i radicali dell’ossigeno. Detti anche “pigmenti della vecchiaia” o “pigmenti da usura” perché si formano quando un tessuto tende ad invecchiare e questo ci spiega perché gli organi dei soggetti vecchi sono più scuri. Un’altra causa dell’atroﬁa, oltre l’ipoperfusione o minore irrorazione, è la minore innervazione = conosciuto grazie a Rita Levi Montalcin, studiosa americana, e alla sua scoperta del fattore di crescita nervoso o NGF “nerve growth factor”. Studiava cosa erano i fattori che favorivano la crescita e la diaerenziazione dell’embrione e dalle cellule nervose dell’0embrione riuscì ad ottenere un estratto che, se inoculato ad altre uova, favorivano la diaerenziazione delle cellule. I nervi, quindi, non solo sono importanti a livello neuronale ma producono anche un fattore di crescita neurale importantissimo per lo sviluppo neurale e se una parte la denervo, cioè taglio o tolgo la componente nervosa, la parte va in atroﬁa. Questo si vede bene quando un cane, gatto o un grosso animale vengono presi da una macchina à quando viene presa la parte anteriore (zona della spalla), il gatto o cane, spesso presentano un danno sul plesso brachiale e quindi molto spesso la parte lesionata la trascinano, non ha più motilità e perdita di sensibilità. Dopo un mese, che l’animale ha avuto questa lesione, la zampa si atroﬁzza, diventa piccola, anche i cuscinetti plantari diventano più piccoli à manca in questo caso la presenza di questo fattore neurale, che è legato all’innervazione, le cellule reagiscono atroﬁzzandosi. Altro esempio, se un tessuto non viene usato, ovviamente riduce la sua attività funzionale e livello energetico, le cellule diventano più piccole e si atroﬁzzano. Nei cani anziani, la minore mobilità è legata alla progressiva atroﬁa delle mio cellule muscolari, perché l’animale utilizza sempre meno le masse muscolari (che sono naturalmente indotte a diventare ipertroﬁche quando vengono allenate) e vanno incontro ad atroﬁa. Ultimo tipo di atroﬁa: atroﬁa legata a causa ormonale = gli ormoni, come il sistema nervoso, agendo tramite attività diretta (come fanno gli ormoni steroidei) o tramite secondo messaggero (come fanno gli ormoni peptidici), agiscono sulla membrana cellulare stimolando la funzionalità della cellula, quando gli ormoni vengono meno la cellula riduce la sua attività funzionale e si atroﬁzza. Un esempio è quando dopo la menopausa si ha un’involuzione del tessuto uterino, mentre quando al contrario c’è una forte attività ormonale, come durante la gravidanza, il tessuto uterino è un esempio classico di iperplasia. Altro esempio è la castrazione à una conseguenza della castrazione è che l’uretra peniena del gatto diventa sempre più piccola perché sulle cellule ci sono una serie di recettori del testosterone; tant’è vero che una delle tante problematiche quando si castra il maschio è l’ostruzione uretrale da cristalli. Normalmente nel gatto non castrato questi piccoli cristalli che si formano frequentemente nell’urina, passano tranquillamente nell’uretra à una volta castrato, l’uretra diventa sempre più stretta, poiché non c’è più attività androgenica del testosterone ma di altri ormoni con eaetto esogeno per cui l’animale tende ad ingrassare, e si blocca con facilità e l’animale va in blocco urinario. Generalmente disostruzione con il catetere, se non ci si riesce bisogna operarlo d’urgenza poiché sennò insorgono problemi renali e l’animale muore. IPETROFIA La cellula può reagire ad un meccanismo di azione della noxa anche andando incontro all’ipertroﬁa, altro meccanismo adattativo, che può essere di natura funzionale o di natura patologica. L’ipertroﬁa funzionale = in un soggetto che si allena costantemente le ﬁbre muscolari che vanno incontro ad un aumento volumetrico e avrò un’ipertroﬁa del tessuto muscolare. Se l’ipertroﬁa è un aumento del volume delle cellule mentre l’iperplasia è un aumento del volume ma anche del numero delle cellule, il tessuto muscolare può andare in iperplasia? Il tessuto muscolare è un tessuto perenne, quindi non può andare in iperplasia, perché le cui cellule del tessuto dopo la nascita possono si aumentare di volume ma non moltiplicano più. Ipertroﬁa patologica = quando questa ipertroﬁa inizialmente nasce come adattamento funzionale positivo per poi sfociare in un adattamento funzionale patologico: es. ipertroﬁa miocardica del cuore, è un esempio di adattamento funzionale del cuore ad una maggiore richiesta funzionale di ossigeno e sangue a livello periferico, che a lungo andare può portare a gravi problemi. Es. supponiamo che sono un ciclista e per aumentare la mia performance assuma EPO o eritropoietina, ormone stimola il midollo rosso a produrre più globuli rossi (eritropoiesi) e aumenta quindi l’ematocrito (misura in percentuale del volume di sangue occupato da globuli rossi) e questo mi favorisce à aumentando i globuli rossi, quindi anche l’emoglobina che lega l’ossigeno, avrò una riserva di ossigeno molto più elevata. Ma questo fattore ha anche un rovescio della medaglia à aumentando l’ematocrito io aumento la quantità di globuli rossi in circolo, ma normalmente chi mi immette i globuli rossi in circolo è l’attività del cuore, che è una pompa, e cambia sicuramente far circolare una quantità giusta di globuli rossi o una quantità aumentata, il cuore deve lavorare di più. Se ho una capillaropatia o delle varici a livello venoso, il cuore per mantenere una pressione costante dovrà lavorare molto di più à a lungo andare il cuore per mantenere costante il circolo più faticoso va incontro a ipertroﬁa, il ventricolo sinistro per pompare il sangue laddove ci sono resistenze periferiche più alte tende a diventare ipertroﬁco. Questa condizione non porta a nessuna conseguenza patologica del paziente, ﬁnché l’ipertroﬁa miocardica diventa troppo elevata che le coronarie non ce la fanno più a sostenere la molta quantità di ossigeno che devono portare dal cuore alla cellula fa si che la cellula lavori in ipossia. Quindi l’ipertroﬁa miocardica, se nella prima fase è molto positiva poi successivamente ci sarà una fase di scompenso cardiaco dovuta ad un deﬁcit di ossigeno, i miocardiociti cominciano a lavorare in condizioni di ipossia che portano ad un’eccessiva acidosi endocitoplasmatica, rottura delle varie strutture endocitoplasmatiche, liberazione di una grande quantità di calcio che porta la cellula miocardica alla morte. Altre ipertroﬁe patologiche: L’Infarto miocardico: morte di un groppo importante di cellule miocardiche, può essere più o meno grosso; se piccolo non me ne accorgo ma se invece l’aria dell’infarto è grande, talmente grande da ridurre l’attività funzionale cardiaca, si può andare incontro anche ad arresto cardiaco e morte. L’ipertroﬁa prostatica: anche qui abbiamo un’alterata funzionalità ormonale prolungato, porta la ghiandola (poco più grossa di una noce) a diventare sempre più voluminosa; man mano che si ingrossa, siccome avvolge l’uretra, schiaccia l’uretra e quindi l’individuo urina sempre meno. IPERPLASIA Un altro meccanismo è l’iperplasia: dall’ipertroﬁa a iperplasia cambia il concetto di adattamento cellulare, mentre l’atroﬁa e l’ipertroﬁa seguono un adattamento morfologico ma non implicano lo sblocco dell’attività mitotica, l’IPERPLASIA È UNA FASE ADATTATIVA PIU’ SPINTA IN CUI ANCHE L’ATTIVITA’ MITOTICA VIENE RIATTIAVA\RIPRISTINATA, è un aumento del numero e del volume delle cellule. Anche l’iperplasia può essere di diverse tipologie: iperplasia di tipo ormonale e di tipo compensatorio. à La prima vede la causa principale della sua stimolazione e attivazione una causa di natura ormonale, es. la mammella d

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