Ogni branca della scienza ha una sua unità elementare; per la fisica è l’atomo, per la chimica è la molecola L’unità elementare per
lo studio delle malattie da parte della medicina è la cellula (modificato da G. Mayno e I. Joris: cellule, tessuti e malattia)
Ogni cellula è composta da diverse unità elementari rappresentate dagli organelli che ne consentono la funzione
Cytoplasm
Lesioni (ereditate o acquisite) di specifiche molecole alterano la funzione di organelli con conseguente danno,
ed eventualmente morte cellulare.
Le malattie non derivano soltanto da alterazioni di funzione di cellule e dei tessuti che queste compongono, ma anche
da modificazioni dell’interstizio.
sangue
interstizio
Accumulo di cellule infiammatorie
Accumulo di acqua
Accumulo di sostanze non degradabili
che determinano danno
alle cellule ed ai tessuti
tessuto
Le cellule danneggiate (o che presentano alterazioni nel loro normale metabolismo) possono rilasciare molecole che
dall’interstizio passano nel circolo ematico e possono essere dosabili
OMEOSTASI: capacità di un sistema di mantenere costanti le proprie
caratteristiche.
IN CAMPO BIOLOGICO: capacità di una funzione di mantenere costanti
i propri valori
0MEOSTATICI si dicono i meccanismi che servono a mantenere l’omeostasi
Malattia
Condizione dinamica nella quale si verifica una
alterazione temporanea o definitiva di uno o più
equilibri
omeostatici,
con
conseguente
modificazione di funzioni, a livelli più o meno
complessi,
e,
di
solito,
rilevabile
sia
soggettivamente che oggettivamente.
focale
disseminata
diffusa
sistemica
generalizzata
localizzata
generalizzata
Una malattia inizialmente localizzata in quanto dovuta a lesioni di cellule di un determinato organo può divenire
generalizzata quando il ridotto funzionamento di quest’organo compromette la funzione degli altri.
INSUFFICIENZA CARDIACA
Stato fisiopatologico nel quale un’anormalità della funzione cardiaca
è responsabile “dell’insufficienza” (incapacità) del cuore di pompare sangue ad una
velocità commisurata alle richieste dei tessuti periferici
L’insufficienza del cuore innesca meccanismI tesi a compensare la ridotta capacità di pompare sangue ad una
velocità commisurata alle richieste dei tessuti periferici e sostanzialmente basati su: 1) riduzione del letto vascolare;
2) riassorbimento di liquidi a livello del rene.
+
-
I meccansimi di compenso inducenti riduzione del letto vascolare si esprimono in modo differenziato in diversi
distretti dell’organismo (“ridistribuzione di flussi”)
cute
t. splancnico
rene
cervello
cuore
Muscolo scheletrico
Cardiac heart failure
L’insufficienza circolatoria causa disfunzioni cellulari e, di conseguenza, d’organo
che possono diventare irreversibili se non corrette prontamente.
Lo stesso tipo di patologia può derivare da gruppi di cause (meccanismi) diverse
SHOCK
Stato nel quale l’insufficienza del sistema circolatorio a mantenere
un’adeguata perfusione tessutale risulta in una riduzione diffusa dell’apporto
di ossigeno e nutrienti ai tessuti.
SHOCK CARDIOGENI
(dovuti a qualsiasi causa che
Riduca la gittata cardiaca)
SHOCK IPOVOLEMICI
(shock emorragico, shock dovuti a
Marcata deplezione di volume)
SHOCK DISTRIBUTIVI
(dovuti ad aumento del letto
Capillare: shock settico, shock
Anafilattico, shock neuropatici)
PATOGENESI EDEMI TRASUDATIZI
GENERALIZZATO
LOCALIZZATO
Trombosi venosa
Ipervolemia: aumentato riassorbimento
Acqua per riduzione della P arteriosa
(insufficienza cardiaca)
AUMENTO DELLA PRESSIONE IDROSTATICA CAPILLARE VENOSA
DIMINUZIONE DELLA PRESSIONE ONCOTICA
DIMINUZIONE DEL DRENAGGIO LINFATICO
Diminuita sintesi (patologia epatica,
Denutrizione) o aumentata perdita
(alterazioni filtrazione glomerulare)
di proteine
LO STUDIO DELLA PATOLOGIA E’ OGGI BASATO SULLA PATOLOGIA MOLECOLARE
ALTERAZIONE GENICA
DIFETTO PRIMARIO
INSULTO
-
+
DIFETTI O RISPOSTE SECONDARI
-
+
DIFETTI O RISPOSTE TERZIARI
INSULTO
ALTERAZIONE MOLECOLARE
(Patologia Molecolare)
ALERAZIONE DELL’OMEOSTASI CELLULARE
IPERPLASIA
IPERTROFIA
IPOPLASIA
IPOTROFIA
ADATTAMENTO
ALTERAZIONE DI FUNZIONE
(Patologia Cellulare)
Correzione dell’alterazione
PATOLOGIA D’ORGANO
ALTERAZIONI D’ORGANISMO
(Alterazioni dell’ omeostasi d’organismo)
NECROSI
FENOMENI REATTIVI
(Rigenerazione e Riparazione)
ADATTAMENTO
A livello di cellula
A livello di tessuto
IPERTROFIA: Aumento del volume di un organo in seguito ad aumento del volume
delle singole cellule
ATROFIA: Dimunuzione del volume di un organo in seguito a diminuzione del volume
delle singole cellule
IPERPLASIA: Aumento del volume di un organo in seguito ad aumento del numero di cellule
che lo compongono
APLASIA: Diminuzione del volume di un organo in seguito a diminuzione del numero di cellule
che lo compongono
Cause di ipertrofia/iperplasia
• Aumentata richiesta funzionale (ipertrofia del
muscolo cardiaco e scheletrico)
• Accumulo di sostanze (lipidi nel fegato
[epatomegalia]; altre in diverse cellule)
• Stimolazione ormonale (ipertrofia muscolare
dell’utero in gravidanza e iperplasia della mucosa uterina
durante il ciclo)
• Aumentata nutrizione (aumento del tessuto adiposo)
• Stimolazione delle difese biologiche (iperplasia di
organi linfoidi, per esempio linfonodi)
Cause di atrofia/aplasia
•
•
•
•
•
•
•
•
Ridotta funzione (ipotrofia muscolare)
Ridotto apporto calorico
Ridotta stimolazione ormonale
Ridotta irrorazione o apporto di ossigeno
Ridotta innervazione
Compressione
Malattie febbrili o autoiimunitarie prolungate
Tumori (cachessia)
Figure 1-2 The relationships between normal, adapted, reversibly injured, and dead myocardial cells. The cellular adaptation depicted here is hypertrophy, and the type
of cell death is ischemic necrosis. In reversibly injured myocardium, generally effects are only functional, without any readily apparent gross or even microscopic changes.
In the example of myocardial hypertrophy, the left ventricular wall is more than 2 cm in thickness (normal is 1 to 1.5 cm). In the specimen showing necrosis, the
transmural light area in the posterolateral left ventricle represents an acute myocardial infarction. All three transverse sections have been stained with triphenyltetrazolium
chloride, an enzyme substrate that colors viable myocardium magenta. Failure to stain is due to enzyme leakage after cell death.
Downloaded from: Robbins & Cotran Pathologic Basis of Disease (on 15 September 2005 04:26 PM)
© 2005 Elsevier
Figure 1-1 Stages in the cellular response to stress and injurious stimuli.
Downloaded from: Robbins & Cotran Pathologic Basis of Disease (on 15 September 2005 04:26 PM)
© 2005 Elsevier
MENTRE LA CELLULA NECROTICA (cellula in necrosi) RILASCIA I SUOI COSTITUENTI ALL’ESTERNO, LA CELLULA
APOPTOTICA (cellula in apoptosi) SI FRAMMENTA E I FRAMMENTI VENGONO RIMOSSI DA CELLULE MACROFAGICHE
In seguito alla necrosi un tessuto può essere RIGENERATO
Per rigenerazione si intende la sostituzione delle cellule andate
perdute con cellule dello stesso tipo
Certi tessuti non possono essere rigenerati e vengono semplicemente
riparati con una cicatrice
La capacità rigenerativa di un tessuto dipende dal suo essere costituito
di cellule perenni, stabili o labili.
In seguito alla necrosi un tessuto può essere RIGENERATO
Per rigenerazione si intende la sostituzione delle cellule andate
perdute con cellule dello stesso tipo
Certi tessuti non possono essere rigenerati e vengono semplicemente
riparati con una cicatrice. La formazione di una cicatrice è uno dei meccanismi
con i quali la “reazione al danno”, innescata dalla necrosi, causa patologia
La rigenerazione e riparazione dei tessuti dipende dalla sviluppo
di una risposta stereotipata che coinvolge componenti cellulari e
Figura 14.5 - Le reazioni a finalità difensiva attivate durante il processo della riparazione delle ferite.
non cellulari implicate anche nelle difese biologiche contro le infezioni
Dal volume: Pontieri “Patologia Generale”
Piccin Nuova Libraria S.p.A.
Il processo riparativo coinvolge elementi cellulari e non che regolano
la formazione di tessuto connettivo che sostituisce il tessuto che non
è stato rigenerato con la formazione di una “cicatrice” (fibrosi o processo
fibrotico)
La capacità rigenerativa di un tessuto dipende dal suo essere costituito
di cellule perenni, stabili o labili.
Fegato normale
Fegato cirrotico in corso di emocromatosi
Secondo la classica definizione di Bizzozzero la capacità rigenerativa
di un tessuto dipende dal suo essere costituito di cellule
perenni, stabili o labili. Tale definizione è in parte imprecisa.
Cellule Perenni
(non hanno capacità mitotica)
neuroni
Cellule muscolari scheletriche e cardiache
adipociti (?)
Cellule Stabili
(hanno una capacità mitotica limitata, in risposta
a stimoli appropriati)
epatociti
cellule muscolari lisce
Fibroblasti ed endoteli
Cellule labili
(hanno capacità mitotica)
Cellule emopoietiche
(del sangue. Però non tutte le differenziate)
cellule epiteliali:
cute, intestino
Figura 14.3 - Rapporti esistenti tra tipo cellulare danneggiato, rigenerazione e “restituito ad integrum”.
Dal volume: Pontieri “Patologia Generale”
Piccin Nuova Libraria S.p.A.
I progressi fatti nella caratterizzazione delle cellule staminali suggeriscono una riclassificazione
Delle capacità rigenerative di un tessuto che tiene conto:
1.
Delle capacità proliferative delle cellule differenziate
2.
Dell’entità del comparto di cellule staminali in grado di differenziare
The extent to which the effects of ageing on the resident stem cells determine the phenotype of an aged tissue is
likely to correlate with the extent to which stem cells are responsible for normal tissue homeostasis and repair.
Along this spectrum, tissues generally fall into one of three categories. First, tissues with high turnover (such as
blood, skin and gut) have a prominent stem-cell compartment and, by definition, have high regenerative capacity.
Second, tissues with low turnover but high regenerative potential might use different strategies to ensure
effective repair in the setting of acute injury. In skeletal muscle, for example, differentiated myofibres are
unable to proliferate to generate new tissue, so muscle must rely on resident stem cells for all turnover and repair.
For the liver, it seems that differentiated hepatocytes can proliferate sufficiently to mediate effective tissue
remodelling, repair and replacement normally, whereas stem cells might be recruited in the setting of severe injury.
Third, tissues with low turnover and low regenerative potential might have stem cells that mediate only limited
tissue repair. Although there is much interest in harnessing the potential of stem cells in the brain and heart for
therapeutic purposes, for example, there is limited endogenous repair capacity of these tissues following acute
injuries.
Nature vol. 441 (29 Giugno 2006), pag. 1080
Nell’organismo esistono – forse per tutta la durata della vita “cellule staminali” (stem cells) che sono in grado di formare cellule
differenziate in grado di svolgere specifiche funzioni
Le cellule staminali possono essere “multipotenti” o “unipotenti”
Il concetto che sta emergendo è che la multipotenzialità delle cellule staminali
rappresenta più la regola che l’eccezione.
La multipotenzialità delle cellule staminali potrebbe consentire:
-di isolarle da un tessuto “accessibile”.
-di poterle espandere in coltura senza che perdano la loro staminalità (capacità di auto-rinnovamento).
-di veicolarle (per esempio attraverso il sangue) al tessuto danneggiato.
Le cellule staminali embrionali sono presenti nella massa cellulare interna
della blastocisti, poco prima dell’impianto nella mucosa uterina.
Le cellule staminali embrionali possono essere coltivate
per lunghi periodi e indotte a differenziare in tutti i tessuti
dell’organismo. Per questa caratteristica vengono anche
definite “totipotenti”.
Sono state ottenute cellule staminali embrionali umane e queste
possono differenziare in cellule di diversi tessuti.
Queste però non potrebbero essere trapiantate in altri pazienti
In quanto immunologicamente diverse e quindi rigettabili
Questo inconveniente puo essere teoricamente
aggirato mediante la “clonazione terapeutica”
Clonazione:
Duplicazione di un animale (o
dell’uomo) mediante trasferimento
del nucleo di una cellula somatica
differenziata in un ovocita
enucleato e successivo impianto
nell’utero della cellula risultante in
modo da determinare lo sviluppo
intrauterino di un organismo
completo e la sua successiva
nascita
Cellule staminali pluripotenti indotte (“iPS cell) potrebbero rappresentare una nuova
strategia per curare diversi tipi di malattia
Problemi attuali
Si usano vettori retrovirali per introdurre stabilmente fattori di trascrizione
La “riprogrammazione” a iPS cell ha finora richiesto l’introduzione di un
oncogene, il Myc
James M. Wilson, A History lesson for stem cells (Science 324:727, 2009):
“Factors that led to the decline of gene therapy at the turn of the century should be
considered by the stem cell community to avoid a similar outcome”