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Patologia Generale Dr. Massimo Nabissi Tel.0737 403306/3312 mail: Libri di testo consigliati: Patologia.

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1 Patologia Generale Dr. Massimo Nabissi Tel /3312 mail: Libri di testo consigliati: Patologia Generale. Rubin. Piccin Eds. Le basi patologiche delle malattie. Vol. I e II. Robbins. Elsevier Eds. Dispense in PDF Nabissi 2014

2 No health without mental health Social Components of Fitness in Primate Groups p53 in health and disease Nabissi 2014

3 Malattia Causa Meccanismi attraverso cui si arriva al danno Processi reattivi con cui l’organismo risponde per ristabilire le condizioni originali o simili Concausa/e Processi reattivi alternativi per ristabilire le condizioni originali o simili Nabissi 2014

4 CONCETTO DI SALUTE Una definizione complessiva dei vari parametri che caratterizzano lo STATO DI SALUTE resta di difficile formulazione, in quanto la stato di salute non rappresenta una condizione statica di benessere psico-fisico. Sollecitazioni provenienti dall’esterno (fattori esogeni) e dall’interno (fattori endogeni) possono modificare la condizione di benessere psico-fisico e di conseguenza la sensazione di “buona salute” senza in realtà influire in senso patologico sulla salute dell’organismo. Nabissi 2014

5 Per definire con maggiore chiarezza la definizione di stato di salute, è stato introdotto il termine di OMEOSTASI, che indica quell’insieme di meccanismi (termoregolazione, equilibrio acido-base, equilibrio idroelettrolitico, ecc..) utilizzati dall’organismo per mantenere sia sotto l’aspetto qualitativo che funzionale la sua composizione. Nabissi 2014 Con il termine ADATTAMENTO s’intende la capacità dell’organismo di rispondere, a stimoli di contenuta intensità, modulando alcune delle proprie funzioni in modo da raggiungere una nuova condizione d’equilibrio (rispetto a quella originaria) pur mantenendo lo stato di salute.

6 Il concetto di BENESSERE, viene inteso come la sensazione soggettiva dell’organismo di essere in uno stato di salute, ma tale sensazione è strettamente collegata a fattori che possono modificare bruscamente tale condizione. Nabissi 2014 CONCETTO DI MALATTIA La condizione patologica più lieve è data dal FENOMENO MORBOSO (morbus = malattia) che consiste nella deviazione minima di un carattere morfologico, biochimico o funzionale di un componente dell’organismo (cellula, tessuto, organo), a cui può non corrispondere una sintomatologia (es. abrasione superficiale).

7 Nel PROCESSO MORBOSO, una condizione patologica maggiore spesso indotta da un meccanismo patogenetico comune, si ha una correlazione di più fenomeni morbosi che inducono eventi degenerativi, reattivi e riparativi (es. infiammazione, febbre). Nabissi 2014 Lo STATO MORBOSO indica una condizione patologica stazionaria, spesso asintomatica, in cui l’equilibrio omeostatico dell’organismo risulta modificato e si ha una reattività dell’organismo stesso. Comunque dato che lo stato morboso è stazionario, questa condizione predispone l’organismo allo stato di malattia.

8 Lo STATO DI MALATTIA corrisponde alla condizione patologica maggiore, ed è una situazione dinamica evolutiva che si manifesta con alterazioni organo- funzionali inducendo una reattività dell’intero organismo. Nella malattia le modificazioni dell’organismo sono tali da richiedere una risposta reattiva complessa verso l’agente patogeno. Nabissi 2014 Tale risposta comporta la neutralizzazione dell’agente patogeno (GUARIGIONE), una modificazione dell’equilibrio tra l’agente e l’organismo (MALATTIA CRONICA) o l’incapacità di una risposta che può culminare con la morte dell’organismo.

9 CRITERIODESCRIZIONEESEMPI TOPOGRAFICO Regione del corpo principalmente interessata Malattie del addome ANATOMICOOrgano prevalentemente interessatoMalattie del fegato FUNZIONALEFunzione maggiormente compromessaMalattie respiratorie PATOLOGICONatura della malattiaMalattie degenerative EZIOLOGICOCausa della malattiaMalattie infettive PATOGENETICOMeccanismo patogenetico prevalenteMalattie infiammatorie EPIDEMIOLOGICOStatistica d’incidenza in determinate categorie lavorative o specifici periodi dell’anno Malattie stagionali o professionali Nabissi 2014 Classificazione delle malattie

10 CAUSE DI MALATTIA Le malattie come conseguenza PREVEDIBILE dell’esposizione all’agente causale, fattori dell’ospite contribuiscono relativamente poco alla prognosi della malattia Le malattie come conseguenza PROBABILE dell’esposizione all’agente causale ma non sono assolutamente inevitabili, la prognosi è influenzata da fattori dell’ospite Alcune malattie hanno un EFFETTO PERMISSIVO rendendo l’organismo suscettibile verso microorganismi solitamente non patogeni Alcune malattie avvengono piu’ frequentemente in individui che mostrano una certa predisposizione congenita Nabissi 2014

11 PATOLOGIA cellulare e molecolare Il termine patologia indica lo studio (logos) della sofferenza (pathos). La patologia è la disciplina che unisce le conoscenze scientifiche di base e la pratica clinica. La patologia studia le modificazioni strutturali e funzionali di cellule, tessuti e organi, che sono alla base della malattia. Attraverso le tecniche a disposizione nei laboratori di ricerca, la patologia cerca di spiegare le origini o la causa primaria di una malattia. Lo studio va dal gene (biologia molecolare, genomica), alla proteina (immunoistochimica, caratterizzazione strutturale) alle modifiche dei percorsi (pathways) biosintetici (biochimica, proteomica, ecc…), al possibile patogeno virale o batterico (virologia, microbiologia). La patologia si suddivide in patologia generale che riguarda le reazioni di base di cellule e tessuti che sono alla base di tutte le patologie, alla patologia sistemica, che studia le risposte dei singoli organi. Nabissi 2014

12 EZIOLOGIA Per eziologia s’intende lo studio delle cause che inducono un cambiamento persistente dell’omeostasi dell’organismo (agenti eziologici). La causa è definita DETERMINANTE quando è in grado, da sola, d’indurre la malattia. La causa viene definita COADIUVANTE quando facilita l’evento primario della malattia, quindi l’agente coadiuvante è meglio definito come CONCAUSA. Nabissi 2014

13 L’ organismo colpito da un agente patogeno puo’ reagire in maniera diversa, in quanto puo’ essere: RECETTIVO: se ne subisce le conseguenze REFRATTARIO: non ne subisce le conseguenze, come per esempio dopo infezione da un virus di cui non si possiede il recettore specifico (quindi i virus non puo’ infettare le cellule). RESISTENTE: possiede meccanismi di difesa particolarmente efficaci (immunita’ naturale aspecifica, meccanismi di difesa batterica efficaci) REATTIVO: se i meccanismi di difesa (immunità specifica) sono particolarmente efficenti. Nabissi 2014

14 FATTORI PATOGENI INTRINSECHI Si identificano con alterazioni primitive del codice genetico ossia in difetti informazionali Possono essere suddivisi in tre categorie: –Malattie causate da alterazioni in una singola unità di trascrizione (malattie monofattoriali) –Malattie che derivano da una eredità poligenica, cioè legata a variazioni in piu’ geni in loci diversi, alla quale possono associarsi a sovrapposti effetti ambientali (malattie multifattoriali) –Malattie derivate da anomalie cariotipiche Nabissi 2014

15 ASSOCIAZIONE CAUSALE Un’associazione causale è un marcatore del rischio di sviluppare una malattia ma non è necessariamente la causa attuale della malattia. Per definire con certezza un agente causale devo essere dimostrato che: –La malattia è associata a preventiva esposizone all’agente causale –Il rischio di sviluppare la malattia è proporzionale al livello di esposizione all’agente causale –La rimozione dell’agente causale diminuisce il rischio di sviluppare la malattia. Nabissi 2014

16 MALATTIA ED AMBIENTE La trasformazione del rapporto fra uomo ed ambiente ha profondamente influenzato la natura, la distribuzione ed importanza delle cause di malattia. Nei paesi industrializzati si ha una diminuzione delle patologie collegate a: –Infezioni batteriche –Infezioni virali –Scarse condizioni igeniche –Malnutrizione Ma un aumento delle patologie: - Cardiovascolari -Gastrointestinali -Respiratorie non infettivi -Neoplasie -Comportamentali Nabissi 2014

17 FATTORI PATOGENI ESTRINSECHI PRESENTI O IMMESSI DALL’UOMO NEL SUO AMBIENTE DI VITA, NUMEROSI FATTORI OD AGENTI ESTRANEI ALL’ORGANISMO SONO CAUSA ATTUALE O POTENZIALE DI MALATTIA. Tradizionalmente sono suddivisi in: –Agenti di natura fisica: Si identificano con il trasferimento di energia (meccanica, termica, nucleare, elettro-magnetica, gravitazionale) tra una sorgente e l’organismo, la cui intensità o durata non è compatibile con la conservazione della coerenza morfo-funzionale –Agenti di natura chimica: Rappresentano attualmente, la piu’ importante causa di malattia nei paesi industrializzati. Una classificazione sulla base del loro effetto biologico principale li suddivide in tossici, mutageni, cancerogeni, teratogeni, flogogeni, ecc.. –Agenti di natura biologica: Comprendono virus, funghi, protozoi, batteri. Nelle interazioni simbiontiche l’uomo e l’organismo ospite collaborano e competono in un equilibrio ecologico che tende alla conservazione di entrambe le specie. Possono comunque crearsi delle situazioni in cui uno dei partern alteri l’equilibrio inducendo nell’altro delle alterazioni e modificazioni incompatibili con il suo stato morfo-funzionale. Nabissi 2014

18 PATOGENESI Il termine patogenesi si riferisce, allo studio, della sequenza di eventi che si verificano nella risposta di cellule o tessuti all’agente eziologico, dallo stimolo iniziale all’espressione ultima della malattia. La conoscenza della causa o dei fattori che inducono la malattia, puo’ permettere d’interrompere o rallentare la sequenzialità degli eventi che caratterizzano la patologia stessa. Nabissi 2014

19 CAMBIAMENTI MORFOLOGICI I cambiamenti morfologici riguardano le alterazioni strutturali di cellule o tessuti che sono caratterizzati dalla patologia, oltre ad essere diagnostici del processo eziologico. La pratica della patologia diagnostica è dedicata all’identificazione della natura e della progressione della malattia, attraverso lo studio delle variazioni morfologiche tissutali ed altre alterazioni biochimiche. Con l’avvento di nuove tecnologie diagnostiche, la patologa diagnostica riesce a discriminare maggiormente fra alterazioni morfologiche simili e prognosi o risposta terapeutica diversa. Nabissi 2014

20 Le alterazioni molecolari, considerano la possibilità ezio-patogenetica legata a modificazioni strutturali o funzionali di una molecola di fondamentale importanza per un processo biologico. Quindi, siccome tutte le forme di danno d’organo iniziano con alterazioni molecolari o strutturali nelle cellule, è di fondamentale importanza lo studio della biologia delle cellule e delle interazione cellula-cellula e cellula-matrice, in quanto, cellule di diverso tipo interagiscono costantemente fra loro (comunicazione autocrina e paracrina) e con il complesso sistema della matrice extracellulare. Nabissi 2014

21 PATOLOGIA MOLECOLARE La patologia molecolare studia le alterazioni di singole molecole biologiche, che possono essere causa o concausa dello sviluppo di una patologia. Le molecole oggetto di studio, sono chiaramente, gli acidi nucleici (componenti del DNA e RNA), le proteine, i lipidi e gli zuccheri e tutti i complessi molecolari (aggregati di molecole biologiche) che possono essere coinvolti con una malattia Nabissi 2014

22 Patologie del DNA Le patologie correlate al DNA riguardano alterazioni della struttura del DNA stesso, che comportano la trasmissione di informazioni errate alle cellule geneticamente alterate. Per alterazioni s’intendono: rottura del DNA con errata riparazione, modificazioni della sequenza nucleotidica, introduzione di nuove sequenze nucleotidiche o alterazioni nella trascrizione genica. La rottura del DNA con errata riparazione può essere causata da fattori esogeni od endogeni, principalmente in regioni nucleotidiche definite siti fragili. Nabissi 2014

23 La rottura puo’ avvenire per idrolisi enzimatica (es. DNA-asi) o per ossidazione (radicali liberi dell’ossigeno), ma solo in caso di mal funzionamento dei sistemi di controllo cellulare (es. il fattore trascrizionale p53), questo danno puo’ causare una riparazione errata e di conseguenza l’inserzione di modificazioni al DNA. Le principali modificazioni del DNA sono indicate come: delezioni (perdita di porzioni geniche), inversioni (cambiamento di direzionalità di porzioni geniche) e traslocazioni semplici (porzioni geniche che traslocano in un altro cromosoma) o reciproche (scambio di porzioni geniche fra cromosomi diversi). Nabissi 2014

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25 Modificazioni delle sequenze nucleotidiche, sono definite come mutazioni puntiformi, causate da errori nella replicazione o nella duplicazione del DNA oppure da agenti esogeni come ad esempio le radiazioni UV. Queste mutazioni, se non corrette, possono comportare la trasmissione di errori genetici alle cellule figlie o causare modificazioni metaboliche nella cellula geneticamente mutata. L’introduzione di nuove sequenze definita come mutagenesi inserzionale ed amplificazione genica, indica errori nel DNA causati dall’inserimento di porzioni geniche (es. DNA virale) o alla duplicazione errata di interi geni, frammenti di geni o di interi cromosomi. Nabissi 2014

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27 In ultimo alterazioni del DNA possono avvenire per fenomeni epigenetici, cioè per modificazioni della cromatina (e non delle basi nucleotidiche) causate da metilazioni di nucleotidi, deacetilazione degli istoni e fosforilazione della cromatina. Queste modificazioni comportano quindi alterazioni dello stato trascrizionale (maggiore, minore o silenziamento dell’espressione di uno o piu’ geni). Nabissi 2014

28 Patologia delle proteine La patologia delle proteine studia le specifiche funzioni delle proteine, il ruolo dei domini funzionali proteici ed i meccanismi per cui le alterazioni di specifiche proteine possono indurre delle specifiche malattie. Chiaramente essendo le proteine prodotte dalla trascrizione del DNA e dalla traduzione del RNA, esistono forti correlazioni fra lo studio del DNA e delle proteine. In linea generale la patologia delle proteine studia cinque tipi di alterazioni proteiche causate: dal gene (mutazioni, delezioni, ecc..), dalla trascrizione (errori o alterazioni), dalla maturazione del RNA (splicing), dalla traduzione (errori, alterazione del secondo codice genetico, alterazione dell’apparato di traduzione) e dagli eventi post-traduzionali (glicosilazione, fosforilazione, localizzazione, ecc…). Nabissi 2014

29 Patologia degli zuccheri Le innumerevoli funzioni biologiche degli zuccheri, i quali costituiscono la principale fonte energetica dell’organismo, sono anche collegate al fatto che gli zuccheri sono componenti essenziali nella formazione degli acidi nucleici, nei glicolipidi e nelle glicoproteine. Gli zuccheri oltre ad essere componenti strutturali di altre macromolecole, svolgono un ruolo anche nella funzionalità proteica (esposizione corretta di proteine sulla membrana cellulare, come per i recettori di membrana), controllano la mobilità proteica (ancoraggio alla membrana) o nel riconoscimento immunitario ( cellula- specificità antigenica, come per gli antigeni dei gruppi sanguigni). Modifiche dei processi di glicosilazione possono quindi comportare alterazioni della funzionalità di specifiche proteine. Nabissi 2014

30 La non corretta glicosilazione puo’ avvenire principalmente per mutazione nella sequenza aminoacidica specifica per il sito di glicosilazione o per inattività od assenza degli enzimi (es. le glicosiltransferasi) coinvolti nel processo di glicosilazione. Un esempio dell’importanza dello studio della patologia degli zuccheri viene dal diabete mellito, in cui si ha un’eccessiva glicosilazione delle proteine plasmatiche con conseguente microangiopatia diabetica (ispessimento della membrana basale sottostante i vasi) che coinvolgere i distretti microvascolari con serie conseguenze cliniche (glomerulosclerosi, neuropatie, trofismo delle estremità degli arti). Inoltre l’iperglicemia porta ad un aumento di glucosio nella cellula con conseguente aumento di proteine glicosilate ed alterazione della loro funzionalità. Nabissi 2014

31 Patologia dei lipidi I lipidi sono l’altro gruppo di macromolecole fondamentali per il metabolismo energetico, per la costituzione delle membrane cellulari (colesterolo, fosfolipidi), per la sintesi di mediatori chimici (ormoni steroidei, mediatori dell’infiammazione) e la funzionalità di specifiche proteine (ancoraggio di recettori alla membrana plasmatica, prenilazione). Inoltre i lipidi sono il bersaglio principale dei radicali liberi dell’ossigeno (lipoperossidazione), con conseguente danno della cellula. Quindi le variazioni dei livelli di lipidi nell’organismo possono influenzare la funzionalità di membrana, con conseguenti alterazioni metaboliche. Un esempio riguarda il colesterolo, costituente principale della membrana plasmatica, il cui aumento induce una maggiore rigidità della membrana stessa con riduzione degli scambi passivi fra l’esterno e l’interno della cellula o riduzione della mobilità cellulare causata da un irrigidimento del citoscheletro. Nabissi 2014

32 TERAPIA FARMACOLOGICA CLINICA NUOVE TERAPIE SPERIMENTALI TERAPIA GENICA (STAMINALI, CELLULE ADULTE EMBRIONALI) FARMACOGENETICA FARMACOGENOMICA Nabissi 2014

33 Differenze interindividuali nella risposta ad uno stesso farmaco Età, razza, sesso, interazioni con altri farmaci, presenza di malattie concomitanti, funzionalità epatica e renale… DIFFERENZE GENETICHE FARMACOGENETICA  studio delle differenze ereditarie nella risposta ad un farmaco, dovute a polimorfismi di particolari geni FARMACOGENOMICA  studio di più geni e/o del genoma per individuare le varianti coinvolte nella risposta ai farmaci. Studio di mRNA e proteine; ruolo nella sintesi di nuovi farmaci Nabissi 2014

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35 Adattamento cellulare Nabissi 2014

36 Quando poi i cambiamenti ambientali superano i limiti di normalità divengono patologici. TipoEsempi GeneticoDifetti genetici, cromosomici NutrizionaleDeficienza o eccesso di sostanze nutritive (vitamine, metalli) ImmunologicoDanni causati dal sistema immunitario, autoimmunità EndocrinoAttività ormonale carente o eccessiva Agenti fisiciTraumi meccanici, termici, radiazioni Agenti chimiciAgenti tossici (metalli pesanti, solventi, farmaci) Agenti infettiviVirus, batteri, parassiti AnossiaSecondaria ad alterazione della funzione respiratoria o circolatoria Cause di stimoli patologici Nabissi 2014

37 Lo stress viene definito come uno stimolo o una successione di stimoli che riescono a modificare l’omeostasi dell’organismo o cellulare. L’allarme viene percepito dall’organismo con l’iperproduzione di ormoni glucocorticoidi e mineralcorticoidi che inducono una fase di resistenza limitando o compensando l’azione dell’agente stressogeno.

38 Nabissi 2014 Se gli stimoli sono prolungati o di forte intensità subentra una fase di esaurimento portando lo stato di malattia. La risposta cellulare comporta una modificazione dell’espressione genica e proteica in modo da produrre proteine necessarie alla resistenza e sopravvivenza cellulare.

39 In risposta a stimoli patologici le cellule mostrano una serie di alterazioni metaboliche note come RISPOSTA CELLULARE DA STRESS che consiste in REPRIMERE geni che codifica per proteine strutturali normali (GENI DI MANTENIMENTO) ed esprimere ad alto livello geni che codificano per proteine dotate di funzioni di organizzazione cellulare protettiva (GENI DELLO STRESS), fra cui il gruppo maggiore comprende le HEAT SHOCK PROTEIN (HSPs). I membri del gruppo HSP sono denominati in base alla grandezza: HSP: piccole proteine che agiscono come chaperon molecolari associandosi transitoriamente a proteine normali o alterate per proteggerle dal danno. Ubiquitina: proteina necessaria a rimuovere le proteine danneggiate o non funzionali mediante il meccanismo del PROTEOSOMA. Nabissi 2014

40 STRESS CELLULARE Stress cellulare: riprogrammazione dell’attività genica. Aumento della trascrizione dei geni delle HSP Chromosome puffing Tutti i membri della famiglia HSP contengono due domini alla loro estremità per associarsi in modo reversibile alle proteine da proteggere durante la condizione di stress cellulare. Sono definite CHAPERON MOLECOLARI in quanto “proteggono” particolari proteine e le rendono disponibili quando la cellula ne necessita ( fattori trascrizionali, chinasi, ecc..). Le HSP mantengono le proteine parzialmente denaturate, con un meccanismo ATP dipendente, in condizioni di danno cellulare, permettendone la rinaturazione quando lo stimolo lesivo è cessato. HSP hanno effetti protettivi contro i processi necrotici e apoptotici, ma la loro alta espressione nelle cellule tumorali rende queste cellule resistenti alla morte cellulare. Nabissi 2014

41 Le HSP vengono attivate dal fattore trascrizonale HSF (Heat Shock Factor) che riconosce sequenze specifiche sui promotori di molte HSP. L’attivazione delle HSP protegge le cellule soprattutto da necrosi e apoptosi inibendo i vari fattori coinvolti (caspasi, APAF-1). Nelle cellule tumorali HSP60, 70, 90 sono altamente espresse e inducono un meccanismo di protezione dal processo apoptotico, facilitando la proliferazione delle cellule tumorali. Nelle cellule, tessuti di organismi ad età avanzata HSP70 viene poco espressa dopo stimoli stressogeni, riducendo il potenziale protettivo della cellula stessa.

42 Il controllo dell’omeostasi proteica (PROTEOSTASI) è fornita grazie a chaperon che assistono i sistemi di maturazione e degradazione proteica (folding, ubiquitina-proteosoma, autofagia). Carenze nella omeostasi facilitano la manifestazione e progressione di patologie come neurodegenerazione (demenza, Parkinson), diabete tipo-2, fibrosi cistica, patologie cardiovascolari e cancro. Nabissi 2014

43 PATOLOGIA D’ORGANO INSULTO ALTERAZIONE MOLECOLARE (Patologia Molecolare) ALTERAZIONE DELL’OMEOSTASI CELLULARE ADATTAMENTOALTERAZIONE DI FUNZIONE Patologia Cellulare Correzione dell’alterazioneNECROSI/APOPTOSI ALTERAZIONI D’ORGANISMO (Alterazionidell’ omeostasid’organismo) FENOMENI REATTIVI (Rigenerazione e Riparazione) IPERPLASIA IPERTROFIA IPOPLASIA IPOTROFIA Nabissi 2014

44 SISTEMI OMEOSTATICI Nabissi 2014

45 Equilibrio acido-base Nabissi 2014 alti livelli di CO 2 rendono il pH acido mentre bassi livelli lo rendono basico.

46 Nella regolazione renale, i reni intervengono nell’eliminazione degli acidi o basi in eccesso attraverso la formazione dell’urina. Mediante uno scambio di ioni bicarbonato e idrogeno tra il lume tubulare, le cellule tubulari ed i capillari peritubulari si ha un recupero dello ione bicarbonato ed un’escrezione nell’urina degli ioni idrogeno in eccesso. Inoltre all’acidificazione dell’urina contribuisce l’escrezione di NH 3, formatasi dalla glutammina. Quando nel sangue è presente un eccesso di bicarbonato, si ha una maggiore escrezione di questo ione rispetto allo ione idrogeno con conseguente formazione di urina alcalina. Nabissi 2014

47 L’acidosi respiratoria si ha con un aumento della CO 2 e con conseguente abbassamento del pH, nel sangue causata da una ridotta eliminazione di CO 2 da parte dei polmoni (es. insufficiente ventilazione polmonare). La produzione di ioni carbonato ed idrogeno e l’aumento di CO 2, stimolano una iperventilazione con conseguente aumento del pH nel sangue, ma nei processi in cui la funzionalità polmonare è compromessa (broncopatie ostruttive, asma bronchiale, versamenti pleurici, ecc..), si puo’ arrivare ad una ulteriore riduzione dell’eliminazione di CO 2 che puo’ causare coma e morte. Nabissi 2014

48 L’acidosi metabolica si ha quando un’alterazione dell’equilibrio acido-base è provocato da cause che non sono determinate da variazioni di CO 2 nel sangue. In questa situazione si ha un aumento dell’acidità fissa, causata da ingestione di acidi o da un’eccessiva produzione di metaboliti acidi causata da danno renale o diabete. Altre cause possono essere un digiuno prolungato, shock che causa ipossia con attivazione del glicolisi anaerobica e produzione di acido lattico, insufficienza renale, diarrea profusa con perdita di ioni bicarbonato e conseguente abbassamento del pH nei liquidi biologici. Nabissi 2014

49 ACIDOSI METABOLICA Condizione caratterizzata da pH arterioso al di sotto della norma (pH arterioso < 7,35), riduzione della concentrazione plasmatica di HCO3- e solitamente iperventilazione alveolare compensatoria cui consegue diminuzione della Pco2. Terapia Quando l'acidosi metabolica è causata da acidi inorganici (cioè è un'acidosi ipercloremica o con gap anionico normale), per correggere il disturbo dell'equilibrio acido-base è necessario il HCO3. Tuttavia, quando l'acidosi è conseguente all'accumulo di acidi organici (cioè è un'acidosi con gap anionico aumentato), come nell'acidosi lattica, nella chetoacidosi o nelle sindromi da intossicazione il ruolo del NaHCO3 è controverso

50 L’alcalosi respiratoria si presenta in condizioni di eccessiva eliminazione di CO 2 data da iperventilazione (patologie cardio-respiratorie, iperventilazione emotiva, ecc..). Nell’alcalosi metabolica, l’aumento di pH è causato da vomito incoercibile (eccessiva perdita di HCl), abuso di diuretici (perdita di ioni idrogeno nell’urina) od eccessiva ingestione di alcali (es. bicarbonato di sodio). Nabissi 2014 Condizione caratterizzata da innalzamento del pH arterioso (pH arterioso > 7,45), aumento della concentrazione plasmatica del HCO3- e solitamente ipoventilazione alveolare compensatoria, cui consegue un aumento della PCO2 il pattern elettrolitico che si verifica solitamente nell'alcalosi metabolica comprende ipocloruremia, ipokaliemia e occasionalmente ipomagnesiemia.

51 Nabissi 2014 Sintomi, segni e diagnosi Le più comuni manifestazioni cliniche dell'alcalosi metabolica sono l'irritabilità e l'ipereccitabilità neuromuscolare, forse dovute all'ipossia secondaria (aumento della dissociazione dell'ossiemoglobina). L'alcalosi provoca un aumento del legame proteico del Ca ionizzato, nonostante il Ca totale plasmatico rimanga immodificato; l'alcalosi grave può determinare una riduzione del Ca ionizzato così marcata da provocare tetania. L’alcalosi presso presenta anche ipokaliemia con conseguente debolezza muscolare, crampi, poliuria. Terapia: L'alcalosi metabolica abitualmente si risolve quando il deficit di cloruri (e di volume) del ECF (extracellular fluid) viene reintegrato con la somministrazione orale o EV di soluzione salina

52 Adattamento cellulare Nabissi 2014

53 IPERTROFIA Quindi l’organo ipertrofico non ha cellule nuove ma solo cellule piu’ grandi, dovuto alla sintesi di maggiori quantità di proteine e altri componenti strutturali. Aumento del volume nucleare, dei polisomi, dei mitocondri, del volume delle creste mitocondriali Ipertrofia della muscolatura liscia: negli organi cavi (stomaco, cuore, intestino, vasi, ecc) a monte di una stenosi (riduzione dell'orifizio) sopravvenuta per deformazione, cicatrizzazione della parete dell’organo. La difficoltà di passaggio del contenuto provoca una distensione a monte del restringimento e quindi ipertrofia del segmento muscolare corrispondente. “Ipertrofia” renale: l’organo controlaterale è parzialmente o completamente distrutto, i nefroni dell’organo sano aumentano di volume, ed aumenta il numero di cellule dei tubuli contorti dove si osservano numerose figure mitotiche. Nabissi 2014

54 Ipertrofia epatica da somministrazione di barbiturici, che nelle cellule epatiche fanno aumentare il volume cellulare per aumento del reticolo endoplasmatico liscio dove vengono prodotti gli enzimi del metabolismo per questi farmaci. Cellule binucleate Ipertrofia dell’apparato del Golgi Ipertrofia del reticolo endoplasmatico Nabissi 2014

55 L’ipertrofia è in genere causata da una aumentata richiesta funzionale, come nell’ipertrofia delle masse muscolari con conseguente ipertrofia cardiaca, o nell’ipertrofia cardiaca indotta da infarto del miocardio, ipertensione o fattori ormonali (che causano aumento di specifiche zone del muscolo cardiaco). In condizioni patologiche l’ipertrofia cardiaca puo’ essere definita ECCENTRICA quando si ha un’aggiunta di sarcomeri in serie (es. nel sovraccarico da aumento di volume) o CONCENTRICA per espansione laterale dei miociti (aggiunta di nuovi sarcomeri in parallelo) che è presente nel sovraccarico pressorio. Nabissi 2014

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57 dissociazione fra consumo cellulare e possibilità di fornitura dei relativi substrati, trasporto dei nutrienti è piu’ lento per le parti piu’ interne del tessuto ipertrofico. l’apporto sanguigno (in particolare nell’ipertrofia cardiaca) aumentato Ridotta neoformazione di capillari, Rischio d’ ischemia (danno reversibile) e/o morte cellulare (necrosi, apoptosi). Le cellule morte vengono sostituite da tessuto fibroso, perdendo funzionalità ed elasticità. Nabissi 2014

58 TERAPIA Valutazione della causa a)Ipertensione diuretici b)Inibitori recettoriali: angiotensin-converting enzyme (ACE) iniibitori, angiotensin II receptor blocker (ARB), or calcium channel blocker (CCB) c) Inibitori dell’aldosterone d)Beta-bloccanti per ridurre la pressione arteriosa

59 Iperplasie Alcuni organi o tessuti, soggetti a particolari sollecitazioni, possono aumentare di volume, aumentando il numero delle cellule (iperplasia). La capacità iperplasica, per un tessuto, dipende dalla capacità delle cellule di dividersi, permettendo così la classificazione dei tessuti ad elementi labili, stabili e perenni. LABILI: alta capacità mitotica (epiteli di rivestimento – tessuto emopoietico) STABILI: capacità mitotica limitata (fegato – tubuli renali) PERENNI: non hanno capacità mitotica (sistema nervoso centrale – cuore) Nabissi 2014

60 L’iperplasia puo’ quindi avvenire solo nei tessuti che contengono cellule capaci di dividersi. Iperplasia tiroidea: la tiroide si accresce in gravidanza a seguito della stimolazione delle cellule tioidee da parte del TSH Ciclo mestruale: le ghiandole dell’endometrio aumentano per effetto della proliferazione indotta da stimolazione endocrina ovarica normale iperplasia Nabissi 2014

61 Sintomi, segni e diagnosi Pollachiuria progressiva, minzione imperiosa e nicturia sono dovuti allo svuotamento incompleto e al rapido riempimento della vescica. Ne possono derivare sensazioni di svuotamento incompleto, sgocciolamento finale, incontinenza da rigurgito (iscuria paradossa) quasi continua o ritenzione urinaria completa All'esplorazione rettale la prostata generalmente è ingrandita. L'antigene prostatico specifico (PSA) sierico è lievemente aumentato nel 30-50% dei pazienti con IBP, in rapporto alla grandezza della prostata e al grado di ostruzione

62 Midollo osseo Iperplasia rigenerativa nel midollo osseo: quando il numero di eritrociti diminuisce per emorragia o emolisi. L’iperplasia del midollo osseo non ha un senso rigenerativo ma risponde ad un’aumentata esigenza funzionale da parte del tessuto differenziato (sangue) Nabissi 2014

63 Iperplasia rigenerativa dell’epidermide: in seguito a perdita di parte del tessuto (es. guarigioni da ferite o traumi ripetuti) si ha l’attivazione di un processo protettivo che comporta l’aumento di spessore. cicatrice ipertrofica, il tessuto si forma in grande quantità rimanendo poi sempre rilevato e dolente La cicatrice è un tessuto fibroso che si forma per riparare una lesione, (patologica o traumatica) ed è dovuta alla proliferazione del derma e dell’epidermide Nabissi 2014

64 Un tipo di iperplasia che si accompagna ad una vera malattia è la PSORIASI che è definita come una malattia cronica infiammatoria e iperproliferativa della pelle, del cuoio capelluto, delle unghie e delle articolazioni. A livello cellulare si ha: 1.Aumento della proliferazione ed incompleto differenziamento delle cellule dell’epidermide 2.Allungamento, dilatazione e permeabilizzazione dei capillari del plesso superficiale del derma 3.Infiltrato infiammatorio-immunitario nell’epidermide e nelle papille dermiche Nabissi 2014

65 Meccanismi di iperplasia Nabissi 2014

66 A livello biochimico sia l’ipertrofia che l’iperplasia comportano un aumento del contenuto proteico cellulare, aumento dell’RNA ribosomiale, diminuzione della degradazione proteica e della degradazione autofagica. Inoltre, a livello energetico, l’aumento ponderale dell’organo o tessuto richiede energia che è soprattutto ottenuta dai processi d’ossidazione cellulare, morfologicamente evidenziabile dall’aumento di volume dei mitocondri con ispessimento delle creste mitocondriali. Nabissi 2014

67 Il processo dell’ipotrofia/ipoplasia consiste in una riduzione del volume o del numero di cellule di un organo o tessuto mentre per ipoplasia si indica in genere la terminazione del processo di crescita di un organo o tessuto. Le principali cause di ipotrofia o atrofia sono legate a diminuzione del carico funzionale, mancanza di nutrienti o di apporto sanguigno, compressione locale, occlusione di dotti escretori ghiandolari, denervazione di un muscolo, invecchiamento cellulare, deficit ormonale o nei casi piu’ gravi per riduzione delle masse muscolari (sepsi, tumore maligno). Queste cause comportano una diminuzione del numero di cellule per inibizione dello stimolo proliferativo, per aumentata apoptosi o per diminuzione del volume cellulare. Nabissi 2014

68 MECCANISMI DELL’ATROFIA I meccanismi d’attivazione dell’atrofia comprendono l’attivazione di lisosomi, che degradano le proteine internalizzate per endocitosi, ed altri componenti cellulari. La via dell’ubiquitina-proteosoma responsabile della degradazione di proteine, che vengono catabolizzate e legate all’ubiquitina e poi degradate all’interno di proteosomi (organelli citoplasmatici responsabili della degradazione di proteine citosoliche e nucleari). An incidental renal cell carcinoma is visible near the pole of the atrophic kidney (arrow). Nabissi 2014

69 osteoporosi Nabissi 2014

70 METAPLASIA La metaplasia è una modificazione reversibile in cui un tipo cellulare differenziato viene sostituito da un altro tipo differenziato. Questa modificazione puo’ rappresentare una sostituzione adattativa per resistere maggiormente a condizioni di stress. La metaplasia piu’ comune è quella da epitelio cilindrico a squamoso. (fumatori). L’epitelio squamoso è piu’ resistente ma non produce muco. Nabissi 2014

71 Puo’ anche verificarsi una metaplasia inversa con passaggio da metaplasia squamosa a cilindrica (esofago di Barrett) in cui l’epitelio squamoso viene sostituito sotto l’influenza di un influsso gastrico. Se lo stimolo che produce metaplasia permane questo puo’ indurre a trasformazione neoplastica nell’epitelio metaplastico. Nabissi 2014

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73 La metaplasia del connettivo consiste nella formazione di cartilagine, osso o tessuto adiposo in tessuti che normalmente non contengono questi elementi. I meccanismi della metaplasia: non deriva dal cambiamento fenotipico di un tipo differenziato in un altro ma è una riprogrammazione di cellule staminali presenti in tessuti normali o di cellule mesenchimali indifferenziate presenti nel tessuto connettivo. Il differenziamento di cellule staminali è prodotto da una serie di segnali generati da citochine, fattori di crescita e componenti della ECM. Proteina morfogenetica dell’osso (BMP) Farmaci citostatici modificano il DNA modificando il fenotipo della cellula. Nabissi 2014

74 Leucoplachia La leucoplachia è una caratteristica placca bianca che si forma soprattutto nella cavità orale a causa di una eccessiva ed anomala cheratinizzazione dell’epitelio. È classificata tra le lesioni precancerose ovvero tra le anomalie di crescita cellulare che possono evolvere in neoplasie maligne. La leucoplachia è considerata una lesione precancerosa intesa come una alterazione epiteliale pre-maligna nella quale e' piu probabile lo sviluppo di una neoplasia maligna rispetto ala controparte tissutale indenne. Nabissi 2014

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76 DANNO CELLULARE Nabissi 2014

77 DANNO CELLULARE Danno cellulare reversibile: modificazioni funzionali e morfologiche, che sono reversibili se lo stimolo dannnoso viene rimosso. Riduzione della fosforilazione ossidativa, deplezione di ATP, rigonfiamento cellulare causato da variazioni della concentrazione ionica ed ingresso di acqua. Danno irreversibile e morte cellulare: la lesione diventa irreversibile perchè la cellula ha terminato la capacità di recupero. Le cellule vanno incontro a cambiamenti morfologici che sono conosciuti come morte cellulare NECROSI O APOPTOSI Nabissi 2014

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79 Degenerazione idropica

80 Il metabolismo energetico cellulare è alterato, in quanto la carenza di ATP viene sopperita dalla produzione di energia dalla via glicolitica, utilizzando i depositi di glicogeno. Questo processo che avviene in assenza o carenza di O 2 porta all’accumulo di acido lattico che abbassa il pH cellulare, inattivando diversi enzimi. Una deplezione di ATP porta alla distruzione dell’apparato di sintesi proteica determinato dal distacco dei ribosomi dal reticolo endoplasmatico. L’insufficenza della pompa dello ione Ca 2+ determina un ingresso di Ca 2+ che puo’ causare fenomeni di morte cellulare. Nelle cellule private di O 2 o glucosio le proteine possono assumere conformazioni alterate, generando una risposta da proteine non ripiegate, che puo’ indurre danno cellulare. Nabissi 2014

81 GLICOLISIGLICOLISI Carenza di O 2 Ciclo di Krebs

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84 Figure mieliniche Le membrane degli organelli necrotici formano strutture polistratificate formate da foglietti intensamente osmiofili (perché ricchi di lipidi), simili alla mielina.

85 PERDITA DELL’OMEOSTASI DEL CALCIO Il Ca 2+ intracellulare è mantenuto ad una concentrazione molto bassa rispetto ai livelli extracellulari, e la maggior parte del Ca 2+ è sequestrato nei mitocondri e nel reticolo endoplasmatico. Un aumento del Ca 2+ intracellulare, causato da un danno come l’ischemia, porta all’attivazione di enzimi con potenziali effetti deleteri per la cellula, come ATPasi ( che degradano ATP), fosfolipasi (che promuovono il danno di membrana), endonucleasi (frammentano il DNA) L’aumento di Ca2+ intracellulare induce anche permeabiltà mitocondriale ed apoptosi Nabissi 2014

86 MECCANISMI DI DANNO CELLULARE La risposta cellulare agli stimoli lesivi dipende dal tipo di danno, dalla sua durata e dalla sua gravità Le conseguenze del danno dipendono dal tipo di cellula, dallo stato e dalla capacità di adattamento Il danno deriva da alterazioni funzionali e biochimiche in uno o diversi componenti cellulari essenziali Nabissi 2014

87 Anossia ed Ipossia Per anossia s’intende la mancanza totale di ossigeno, mentre comunemente si ha una carenza parziale di ossigeno (ipossia). L’ipossia viene classificata come ipossica, stagnante, anemica ed istotossica; Ipossica: causata dalla diminuzione della pressione parziale di ossigeno nel sangue arterioso, Stagnante: dovuta al ristagno di sangue nei tessuti causato da rallentamento del circolo sanguigno, Anemica: causata da difetti nel trasporto di ossigeno Istotossica: causata da inibitori della respirazione cellulare. Nabissi 2014

88 Nel caso, piu’ comune di avvelenamento da ossido di carbonio, oltre alla maggiore affinità del CO al ferro dell’emoglobina (a scapito dell’ossigeno), il CO blocca la respirazione cellulare inibendo la citocromo ossidasi. Altre condizioni di ipossia si hanno in condizioni di patologie respiratorie, come nell’insufficienza respiratoria ipossica in cui si ha una riduzione dello scambio di gas a livello alveolare a causa di alterazioni della membrana alveolo capillare dovute da aumento dello spessore della membrana, da diminuzione della superficie e da riduzione del microcircolo. Nel’insufficienza respiratoria ipoventilatoria (ipercapnico-ipossica), il polmone non è in grado di eliminare correttamente la CO 2 che aumenta la sua concentrazione plasmatica a scapito dell’ossigeno. Nabissi 2014

89 Gli effetti dell’ipossia, oltre al danno respiratorio cellulare, comportano anche danni ad altre vie metaboliche (come il ciclo di Krebs) portando ad un accumulo intracellulare di metaboliti acidi (acido lattico, acetone) con conseguente acidosi. Inoltre sono estremamente importanti i danni neurologici che conseguono a pochi minuti di stato ipossico, con conseguenze a volte irreversibili o la cianosi, cioè il colorito bluastro della cute e delle mucose visibili causato da un’eccessiva concentrazione di emoglobina non ossigenata nel sangue capillare. White splenic infarct. This spleen has a white (“anemic”) infarct (arrowhead). White infarcts often occur in solid organs with a single blood supply, such as the spleen. Nabissi 2014

90 Nell’obesità lo sbilanciamento tra il rifornimento e la domanda di ossigeno causa ipossia del tessuto adiposo, stimolando il rilascio di citochine e inducendo infiammazione. L’ infiltrato infiammatorio (macrofagi) e lo stato di infiammazione cronica promuove l’insulino resistenza L’ipossia stimola la produzione e rilascio di citochine infiammatorie e proteina C-reattiva Le lesioni infiammatorie diventano spesso fortemente ipossiche. Le cellule intestinali, sono normalmente ipossiche (proliferano batteri anaerobici). Nelle infiammazioni intestinali l’intera mucosa diventa fortemente ipossica. Alti livelli di HIF-1  e2  sono riscontrati nelle biopsie intestinali.

91 Nabissi 2014 HIFα and HIF-β traslocano nel nucleo, si legano a hypoxia response promoter element (HRE), inducendo la trascrizione di diversi geni, come NF-κB e toll-like receptors (TLRs). NF-  B induce la trascrizione di geni pro-infiammatori

92 Nelle cellule tumorali, oncogeni, segnali infiammatori (mediati in parte dai TLRs), NF-κB e HIF-1α inducono un programma genico che attiva e richiama i leucociti che rilasciano citochine e chemochine, stimolano l’angiogenesi e incrementano l’invasione cellulare, metastasi, sopravvivenza cellulare e proliferazione. Nabissi 2014

93 Acute hypoxia can increase reactive oxygen species and metastasis in vivo Differenti pathways molecolari e risposte tissutali nell’ipossia acuta e cronica

94 ISCHEMIA L’ischemia è una condizione che si verifica in conseguenza di una riduzione o interruzione di apporto sanguigno ad un’area piu’ o meno vasta di tessuto causata da fattori estrinsechi (compressione) o intrinsechi (occlusione) di un vaso arterioso o come risultato di una drastica caduta della pressione arteriosa dovuta ad una emorragia. Gli effetti dell’ischemia dipendono dalla sua durata, dalla gravità, dalle caratteristiche dei singoli tessuti e dalle condizioni cellulari nel momento in cui si verifica l’ischemia (contenuto in glicogeno, attività e stato dei mitocondri). L’ischemia impedisce l’arrivo, nei tessuti, di ossigeno e di sostanze nutritizie compromettendo la produzione di energia (ATP) attraverso la glicolisi, a differenza dello stato di ipossia. Nabissi 2014

95 Quindi nei tessuti ischemici la produzione di energia si arresta con l’esaurimento dei substrati della glicolisi o nel momento in cui la glicolisi viene inibita dall’accumulo dei metaboliti che in condizioni normali vengono eliminati dal flusso sanguigno. La conseguenza biochimica dell’arresto della glicolisi, cioè della scomparsa del glicogeno e del mancato apporto sanguigno di glucosio, comporta un aumento di acido lattico nei tessuti con conseguente acidificazione dell’ambiente cellulare. Per questo motivo il danno ischemico è maggiore del danno ipossico. Shock-induced injury of the stomach. hemorrhages of the gastric mucosa (red- black spots) are due to shock. Nabissi 2014

96 Il danno ischemico, come quello ipossico induce: difetto nella regolazione del volume cellulare causato dal blocco della pompa sodio-potassio ATP dipendente (con aumento dell’entrata di acqua e perdita di potassio), accumulo di acido lattico (ed altri metaboliti) con conseguente aumento del carico osmotico intracellulare aumento del calcio intracellulare dovuto al rilascio dello stesso dal reticolo endoplasmatico e dall’ingresso di calcio extracellulare. L’intervento terapeutico, piu’ ovvio, per evitare i danni causati da una condizione ischemica prolungata, è il ripristino del flusso sanguigno che comporta comunque (dipende dall’intensità e dalla durata dell’insulto ischemico) la morte di una parte delle cellule del tessuto ischemico. Questo fenomeno viene indicato come danno ischemico da riperfusione. Nabissi 2014

97 Il danno da riperfusione avviene principalmente per la formazione di radicali liberi dell’ossigeno, che si originano per opera dell’enzima xantina ossidasi che, con il ripristino del flusso sanguigno e della portata di ossigeno, trasforma l’ipoxantina (derivata dalla formazione di AMP durante il danno ischemico che viene convertito in inosina ed ipoxantina) in acido urico e formando contemporaneamente anione superossido. La superossido dismutasi converte l’anione in H 2 O 2 dalla quale si puo’ formare OH -, creando un danno da stress ossidativo. Nabissi 2014

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99 Il danno ischemico si associa, spesso, a flogosi con produzione di citochine infiammatorie e molecole d’adesione leucocitarie ed endoteliali. La riperfusione comporta l’arrivo dei leucociti, presenti nel circolo sanguigno, nel tessuti ischemico con conseguente aumento dell’adesione leucocitaria. I leucociti adesi alle cellule endoteliali del tessuto ischemici producono ROS e tendono a formare dei tappi ostruenti che ostacolano il ripristino del flusso sanguigno. In ultimo, anticorpi IgG tendono a depositarsi nei tessuti ischemici e quando il flusso sanguigno viene ripristinato, la frazione del sistema del complemento si legano agli anticorpi attivando un danno cellulare ed una reazione infiammatoria. Nabissi 2014

100 Danno mitocondriale I mitocondri sono i bersagli principali di molti tipi di danni cellulari, sia di natura endogena che esogena, che interferiscono con la respirazione cellulare, provocando alterazioni morfo-funzionali che coinvolgono la fosforilazione ossidativa e la produzione di ATP. Le forme primarie di lesione sono quelle causate da difetti genetici che comportano patologie mitocondriali (citopatie) con evidenti manifestazioni cliniche. Le lesioni si definiscono secondarie, quando dipendono da fattori esterni che impediscono il metabolismo dei mitocondri, bloccano reazioni specifiche, riducono fattori essenziali per le funzioni mitocondriali o perché comportano l’accumulo di metaboliti che interferiscono con il metabolismo mitocondriale. Nabissi 2014

101 Per quanto riguarda le lesioni primarie, bisogna ricordare che i mitocondri dello zigote derivano dall’ovocita e quindi il DNA mitocondriale (mtDNA) è di derivazione materna. Il mtDNA è di forma circolare, di piccole dimensioni e codifica per 13 proteine tutte coinvolte nella fosforilazione ossidativa. Inoltre il mtDNA è privo di istoni e molto suscettibile ai danni provocati dalle specie reattive dell’ossigeno (ROS) generate all’interno dei mitocondri, quindi il mtDNA è soggetto ad un elevato numero di mutazioni. Siccome le mutazioni coinvolgono solo alcuni mitocondri, nella stessa cellula possono essere presenti mitocondri mutati e sani (eteroplasmia), fenomeno che comporta lo sviluppo di una patologia mitocondriale solo quando il fenotipo mutato supera il fenotipo normale. Nabissi 2014

102 Comunque la maggior parte delle mutazioni interessano il processo della fosforilazione ossidativa che comportano patologie di tre tipi: Deficit di produzione di energia, con dissesto energetico che colpisce principalmente il tessuto nervoso e muscolare. Eccessiva generazione di ROS, causato da un accumulo di elettroni che reagendo con l’ossigeneo comportano la produzione di ROS Innesco dell’apoptosi, che mediante una eccesiva produzione di ROS induce un ingresso di calcio che permette l’apertura di canali aspecifici nella membrana mitocondriale (poro di transizione di membrana) con conseguente rilascio di fattori apoptotici Nabissi 2014

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