PATOLOGIA GENERALE CLUPS Infermiere Corso B - A.A.2010/11 Aurelia Rughetti Email:aurelia.rughetti@uniroma1.it Dip.Medicina Sperimentale 4°piano - tel 0649973025 Laboratorio DEA - P.S. Tel. 06 49979567

Che Cosa è la Patologia Generale 1: concetti   Eziologia/Patogenesi Cellula vs Tessuto vs Organo vs Organismo Salute e Malattia vs Omeostasi e Alterazione Stimolo lesivo vs Difesa vs Risposta Struttura Condizioni Immunità Adattamento Danno reversibile Danno Irreversibile Morte Infiammazione Trasformazione cellulare

SALUTE MALATTIA OMEOSTASI EZIOLOGIA: Le cause PATOGENESI: i meccanismi

Danno Cellula - Tessuto - Organo Omeostasi Malattia Patologia cellulare (che cosa succede alla cellula si adatta, viene danneggiata, muore) Danno Risposta dell’organismo (la risposta infiammatoria ed immunitaria) Patologia Cellulare (se viene alterato il genoma, ma la cellula sopravvive: TRASFORMAZIONE NEOPLASTICA)

Tessuto epiteliale al microscopio ottico

Questione di dimensioni… 1 mm 100 µm 10 µm 1 µm 100 nm 10 nm 1 nm 1 Å Occhio umano cell. epiteliali globuli rossi batteri Microscopio ottico virus Microscopio elettronico a scansione proteine aminoacidi Microscopio elettronico a trasmissione atomi

Che Cosa è la Patologia Generale 2: La cellula Cosa è la cellula e le strutture intracellulari Costituente fondamentale: Acqua Membrane cellulari Identità genetica di una cellula: DNA, Cromosomi e nucleo Identità proteica: RNA, Ribosomi, proteine Identità funzionale: REL, Golgi, Lisosomi, endosomi, mitocondri, organelli di accumulo

citoscheletro

CITOSCHELETRO NEL CITOPLASMA DELLE CELLULE EUCARIOTE CI SONO STRUTTURE COINVOLTE NELLA MOTILITA’ Microtubuli delle ciglia e dei flagelli Microfilamenti di actina delle fibre muscolari Filamenti intermedi

CELLULA ANIMALE

Il doppio strato fosfolipidico In presenza di acqua i fosfolipidi , a causa della loro natura anfipatica, si dispongono in un doppio strato con le code idrofobiche rivolte all’interno e le teste idrofiliche rivolte verso il mezzo acquoso

Membrana al microscopio elettonico Le membrane che circondano due cellule adiacenti appaiono come bande scure

FUNZIONE DELLE PROTEINE DI MEMBRANA SONO ENZIMI SONO RECETTORI SONO CANALI SONO PROTEINE DI TRASPORTO Trasporto Passivo Attivo: serve energia Cioè ATP

CELLULA ANIMALE

I mitocondri Sono organuli di dimensioni variabili tra 1 a qualche micron, paragonabili per dimensioni alle cellule batteriche. Sono il sito della respirazione cellulare aerobia (ciclo di Krebs: CH2O+O2  ATP+CO2+H2O). La struttura a creste è fondamentale per il corretto funzionamento della catena ossidoriduttiva.

CELLULA ANIMALE

Il reticolo endoplasmatico Rugoso ricoperto da ribosomi che sintetizzano le proteine destinate alle membrane o proteine di secrezione

ribosoma

IL COMPLESSO DI GOLGI Le vescicole che si formano per gemmazione nel reticolo Si fondono con il complesso di Golgi I contenuti rielaborati vanno verso altre parti della cellula sempre per mezzo di vescicole Vescicole di secrezione

Contengono enzimi digestivi che ai chiamano idrolasi LISOSOMI Contengono enzimi digestivi che ai chiamano idrolasi

Perossisomi Vescicole ricche di enzimi ossidoriduttivi Catalasi Sito di smaltimento dei radicali liberi E di tutte le forme chimiche altamente reattive

CELLULA ANIMALE

NUCLEO Avvolto da due membrane Esterna e interna in continuità con il reticolo Pori nucleari Nucleoli strutture responsabili dell’assemblaggio e della sintesi dei ribosomi

NUCLEO Cromatina

CROMOSOMI UMANI

SRTUTTURA DELLA DOPPIA ELICA NELLA CONFORMAZIONE DESTRORSA LE COPPIE DI BASI DISTANO 3,4 A. OGNI GIRO DI ELICA CONTIENE 10 COPPIE DI BASI.

Il ciclo cellulare G1 G2 Mitosi S Costituito da una INTERFASE che rappresenta il 90% di tutto il ciclo Crescita cellulare e duplicazione del DNA Mitosi G1 G2 S interphase L’interfase si divide in: G1- sintesi delle proteine e delle attività metaboliche S - duplicazione del DNA G2 - crescita cellulare e preparazione alla fase M FASE M - divisione mitotica

Geni Importanti per la vita delle cellule: 1 Geni Importanti per la vita delle cellule: 1. Promuovono il ciclo cellulare (Protooncogeni) 2.bloccano il ciclo cellulare (Antioncogeni) 3. Controllano i check point del ciclo cellulare (cicline) 4. Enzimi di riparo del DNA dopo la duplicazione 5. Geni che inducono l’apoptosi quando la cellula ha subito gravi danni al DNA, quando sta “invecchiando”

L’ACQUA E’ il costituente maggiormente rappresentato nella cellula (70-90%) la più importante proprietà dal punto di vista biologico e di essere un solvente polare molecole polari si sciolgono in acqua sono idrofili molecole apolari sono insolubili in acqua sono idrofobi

MALATTIA SALUTE OMEOSTASI EZIOLOGIA PATOGENESI

Danno Cellula - Tessuto - Organo Omeostasi Malattia Patologia cellulare (che cosa succede alla cellula si adatta, viene danneggiata, muore) Danno Risposta dell’organismo (la risposta infiammatoria ed immunitaria) Patologia Cellulare (se viene alterato il genoma, ma la cellula sopravvive: TRASFORMAZIONE NEOPLASTICA)

EZIOLOGIA: Le cause di DANNO Le cause di danno o AGENTI di DANNO CAUSE: CHIMICHE - FISICHE - BIOLOGICHE

RISOLUZIONE DI MALATTIA CAUSA di MALATTIA Agenti Ambientali Agenti fisici (Radiazioni, calore, forze meccaniche) Alterazione del Codice genetico Metabolismo/struttura cellulare Agenti Chimici Agenti Biologici RISOLUZIONE DI MALATTIA

Alterazioni funzione d’organo Se la risoluzione non avviene……. ……..risposte croniche Trasformazione cellulare: Tumore Alterazioni funzione d’organo Risposta infiammatoria cronica

(come gli agenti di danno possono danneggiare la cellula) Meccanismi di Danno (come gli agenti di danno possono danneggiare la cellula) Danno metabolico(interferiscono in una funzione cellulare fondamentale alla vita della cellula. Importanti gli agenti mutageni) 2. Danno ipossico (mancanza di ossigeno e quindi blocco della respirazione) 3. Danno da radicale libero (produzione di radicali liberi che non vengono smaltiti e alterano la struttura/funzione dei componenti cellulari))

AGENTI CHIMICI: Veleni, idrocarburi. COSA: Sostanze chimiche naturali o di sintesi. Veleni, idrocarburi. Molte di queste sostanze sono principi farmacologici COME: Meccanismo con cui agiscono: metabolico, produzione di radicali liberi, mutazione DNA, blocco della respirazione ossidativa

AGENTI FISICI: COSA: Tutte le forze fisiche: energia cinetica -Traumi Calore - Ustione e congelamento Onde sonore Radiazioni - elettromagnetiche, ionizzanti e non ionizzanti. PERCHE’/COME: Meccanismo con cui agiscono: Danno metabolico e strutturale, Produzione di radicali liberi

Alta energia Bassa energia Frequenza e lunghezza d’onda Alta energia Alta Frequenza Corta lunghezza d’onda Bassa energia Bassa Frequenza Ampia lunghezza d’onda

Le radiazioni infrarosse: scarsa azione eccitante, effetto termico Le radiazioni a spettro visibile: solo se associate a fluorescenza (effetto fotodinamico) Le radiazioni ultraviolette: assorbite da proteine e acidi nucleici. reazione infiammatoria a accumulo di mutazioni (dimeri di timina) Le radiazioni ionizzanti: alta energia in grado di espellere elettroni dall’atomo. Nel caso in cui l’elettrone abbia ancora energia la cede agli altri elettroni di altre molecole che trova nel suo percorso. SI FORMANO i RADICALI LIBERI che danneggiano la cellula provocando diverse reazioni chimiche

AGENTI BIOLOGICI: COSA: PERCHE’/COME: Esseri viventi di diversa specie: Batteri, Virus, Protozoi, Funghi, Metazoi PERCHE’/COME: VIRUS: Alterano integrita’ del genoma, la struttura cellulare, il metabolismo Batteri: Alterano il metabolismo cellulare Protozoi/funghi/metazoi

VIRUS Inducono mutazioni Alterazioni cellulari DNA RNA Inducono mutazioni Alterazioni cellulari dovute all’ infezione virale

Virus HIV ( RNA a un filamento)

IL CICLO DEL HIV la trascrittasi inversa converte il genoma virale a RNA in DNA a doppio filamento questo si integra nel dna cromosomico della cellula ospite , viene trascritto dalla dna polimerasi di quest’ultima producendo sia mRNA che verra’ tradotto in proteine virali che RNA virale

Il virus dell’influenza aviaria È un virus ad RNA Se i virus sono specie specifici Come puo’ infettare l’uomo?

are Gram-positive, lancet-shaped cocci (elongated cocci with a slightly pointed outer curvature). Usually they are seen as pairs of cocci (diplococci), but they may also occur singly and in short chains. When cultured on blood agar, they are alpha hemolytic.  Individual cells are between 0.5 and 1.25 micrometers in diameter. They do not form spores, and they are nonmotile. Like other streptococci, they lack catalase and ferment glucose to lactic acid. Unlike other streptococci, they do not display an M protein, they hydrolyze inulin, and their cell wall composition is characteristic both in terms of their peptidoglycan and their teichoic acid). A capsule composed of polysaccharide completely envelops the pneumococcal cells.  During invasion the capsule is an essential determinant of virulence. The capsule interferes with phagocytosis by preventing C3b opsonization of the bacterial cells. 90 different capsule types of pneumococci have been identified and form the basis of antigenic  serotyping of the organism. Anti-pneumococcal vaccines are based on formulations of various capsular (polysaccharide) antigens derived from the highly-prevalent strains. The cell wall of S. pneumoniae is roughly six layers thick and is composed of peptidoglycan with teichoic acid attached to approximately every third N-acetylmuramic acid. Lipoteichoic acid is chemically identical to the teichoic acid but is attached to the cell membrane by a lipid  moiety. Both the teichoic acid and the lipoteichoic acid contain phosphorylcholine; two choline residues may be covalently added to each carbohydrate repeat. This is an essential element in the biology of S. pneumoniae since the choline specifically adheres to choline-binding receptors that are located on virtually all human cells.  

CELLULA BATTERICA

BATTERI come agenti patogeni Producono sostanze tossiche Colpisce specifici tessuti det.ndo l’infiammazione (Lebbra, Tubercolosi….) Insorgono complicanze secondarie all’infezione Febbre reumatica, Glomerulonefrite Acuta, scarlattina

BATTERI  Producono sostanze tossiche

Complesso Lipopolissacaridico EN D O T SS INE G ra m - C o st i tuen t pa r ete b a eric Lip po l is c aridi (+ pr tein ) erm s ili FOSFOL. POLISACC. LIP.A PROT. Complesso Lipopolissacaridico E S O T SSI NE G ra m + nzi i Pr o teine erm l a bi SUB A. SUB B.

Complesso Lipopolissacaridico EN D O T SS INE G ra m - C o st i tuen t pa r ete b a eric Lip po l is c aridi (+ pr tein ) erm s ili FOSFOL. POLISACC. LIP.A PROT. Complesso Lipopolissacaridico Attivazione monociti e macrofagi: infiammazione Febbre:effetto sistemico dell’infiammazione Shock endosettico

Tossina Difterica B A V B A V B A V A EF-2 EF-2 -ADPR NAD

ALCUNE ESOTOSSINE

Y Vaccinazioni Bloccare l’effetto della tossina Somministrazione di contenente immunoglobuline specifiche per la tossina Indurre una risposta immunitaria specifica Vaccinazioni ripetute con porzioni immunogeniche del patogeno

MECCANISMI DI DANNO

(come gli agenti di danno possono danneggiare la cellula) Meccanismi di Danno (come gli agenti di danno possono danneggiare la cellula) Danno metabolico(interferiscono in una funzione cellulare fondamentale alla vita della cellula. Importanti gli agenti mutageni) 2. Danno ipossico (mancanza di ossigeno e quindi blocco della respirazione) 3. Danno da radicale libero (produzione di radicali liberi che non vengono smaltiti e alterano la struttura/funzione dei componenti cellulari))

Meccanismi di danno cellare Danno Ipossico Danno da radicali liberi Danno metabolico

Fattori di sensibilità al danno cellulare Natura, durata ed intensità dello stimolo Tipo di cellula (cellule labili, stabili, perenni), stadio del ciclo cellulare, adattamento cellulare Elementi cellulari coinvolti:membrane, mitocondri RE e apparato genetico sono i più vulnerabili Caratteristiche fisiologiche e metaboliche delle cellule coinvolte

Meccanismi di danno cellare

Prerequisiti Struttura di un atomo: elettroni e nucleo Energia associata agli orbitali Produzione di ATP/NADP/FAD: glicolisi respirazione ossidativa e Ciclo di Krebs

Un elettrone sale di livello quando acquista energia Un elettrone scende di livello quando perde energia Un elettrone spaiato non è stabile

Danno da radicali liberi Radicali Liberi: specie chimiche altamente reattive caratterizzate dalla presenza di elettroni spaiati Quali?: Benzile, fenossile, nitrossido, alcossile, alchile, allile, perossido Come?: Processi metabolici della cellula (respirazione) Durante i processi fisiologici di risposta (infiammazione) Indotti da agenti chimici e fisici

Quale prevenzione per la cellula?

Sistemi di smaltimento dei radicali liberi: Sistemi antiossidanti Danno da radicali liberi Sistemi di smaltimento dei radicali liberi: Sistemi antiossidanti Enzimatico: GSH perossidasi, Catalasi, SuperOxdismutasi Non enzimatico: Vitamina E, Bilirubina, Ac.Urico, a-Tocoferolo

. - Radicali Liberi dell’Ossigeno: i più “popolari” Perché? Danno da radicali liberi Radicali Liberi dell’Ossigeno: i più “popolari” Perché? Quali? O2 , HO, RO, ROO, NO . - Come e quando in condizioni patologiche?

Radiazioni Burst ossidativo Malattie metaboliche: Cu+ Composti chimici

Quali danni indotti dai radicali liberi? PerOx LIPIDICA Alterazione struttura membrane plasmatica e compartimenti intracellulari Cross-Linking e denaturazione delle proteine Mutazioni geniche, genetiche, cromosomiche

Meccanismi di danno cellare Danno Ipossico Danno da radicali liberi Danno metabolico

Prerequisiti Struttura di un atomo: elettroni e nucleo Energia associata agli orbitali Produzione di ATP/NADP/FAD: glicolisi respirazione ossidativa e Ciclo di Krebs

Produzione di ATP (minima) Glicolisi - Citoplasma/anaerobia Produzione di ATP (massiva) Ciclo di Krebs - Mitocondri/aerobia

i processi anabolici sono La cellula va incontro a morte Senza ATP: i processi anabolici sono bloccati (no sintesi proteica) Le pompe di membrana Non funzionano La cellula va incontro a morte

Effetti del danno cellulare da ipossia e ischemia

BURST Ossidativo Stato di ipossia prolungato Improvvisa reossigenazione Incremento respirazione cellulare Produzione di radicali liberi, superiore alla capacità Dei sistemi antiossidanti

Danno cellulare reversibile ed irreversibile Il danno cellulare è un processo continuo, non è possibile identificare il punto esatto in cui diventa irreversibile, Alcune variazioni morfologiche ed ultrastrutturali sono associate alle diverse forme di danno. Una volta iniziato il danno irreversibile la cellula va incontro a morte.

Effetti del danno cellulare Lesione biochimica: es. glicolisi, ciclo dell’acido citrico, fosforilazione Alterazioni morfologiche: es. disgregazione dei ribosomi, aumento della permeabilità delle membrane,dispersione del citoscheletro, rigonfiamento dei mitocondri, del RE o dell’intera cellula: degenerazioni cellulari Rimozione del danno o morte cellulare

(adattamento cellulare, danno, morte cellulare; risposta immunitaria) Prerequisiti per la prossima settimana (adattamento cellulare, danno, morte cellulare; risposta immunitaria) Differenziamento cellulare: morfologia, capacità proliferativa, attività metabolica, modificazioni strutturali Meccanismi di morte cellulare: necrosi ed apoptosi Cellule del sistema immunitario: monociti/macrofagi, mastociti, granulociti, linfociti T e B, cellule dendritiche. Caratteristiche morfologiche e funzionali. Distribuzione nell’organismo. Midollo osseo, linfonodi, sistema linfatico e sistema circolatorio ematico.

aurelia.rughetti@uniroma1.it Lab.Immunologia dei Tumori, Diaprtimento di medicina Sperimentale e Patologia, Viale Regina Elena, 324 - 00161 Roma

CELLULA ANIMALE

O MORTE CELLULARE PROGRAMMATA APOPTOSI O MORTE CELLULARE PROGRAMMATA “DISASSEMBLAGGIO” ordinato della cellula dall’INTERNO - Riduzione del volume cellulare e nucleare - Perdita di adesione alle cellule circostanti - Formazione di “bleb” sulla superficie cellulare - Frammentazione del DNA - Frammentazione della membrana, nucleo e infine della intera cellula con formazione di corpi apoptotici - Fagocitosi dei frammenti cellulari ad opera di macrofagi senza risposta infiammatoria

FISIOLOGICA Morfogenesi e sviluppo Rinnovamento di popolazioni cellulari a rapido ricambio Regolazione del sistema immunitario PATOLOGICA morte cellulare indotta da stimoli termici, radiazioni, farmaci citotossici antiblastici, ipossia morte cellulare indotta da virus Alterazioni delle vie di segnalazione che controllano l’apoptosi possono contribuire alla patogenesi di malattie tra cui il cancro, le malattie autoimmuni, i disordini neurodegenerativi.

APOPTOSI L’apoptosi o MORTE CELLULARE PROGRAMMATA svolge un ruolo importante nello sviluppo di organismi multicellulari

LISOSOMI Le idrolasi sono sintetizzate nel reticolo endoplasmatico ruvido e trasportate al Golgi dove è aggiunta una molecola di mannosio 6- fosfato Endosoma tardivo si fonde con le vescicole che trasportano il materiale da digerire Lisosoma degrada le sostanze in prodotti abbastanza piccoli da passare attraverso la membrana

Struttura cellula: necessaria per sua funzione e sopravvivenza Controllo fasi cellulari: Classi di geni che regolano vita e morte delle cellule Patologia: Alterazione dell’omeostasi in seguito A danno