Corso di Laurea in Odontoiatria e Protesi Dentaria PATOLOGIA GENERALE

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1 Corso di Laurea in Odontoiatria e Protesi Dentaria PATOLOGIA GENERALE Salvatore Meola, S.C. Anestesia e Rianimazione, Azienda Osped.-Univ. OO.RR. di Foggia salvatoremeola@yahoo.it 1

2 Corso di Laurea in Odontoiatria e Protesi Dentaria TESTO CONSIGLIATO Robbins e Cotran. Le basi patologiche delle malattie. Patologia generale, tr. di Saibene A., Elsevier Salvatore Meola, S.C. Anestesia e Rianimazione, Azienda Osped.-Univ. OO.RR. di Foggia salvatoremeola@yahoo.it 2

3 AZIONE PATOGENA DELLE RADIAZIONI 3

4 RADIAZIONE È un fenomeno fisico attraverso il quale, in natura, avviene il trasferimento di energia da un punto all altro dello spazio. Per trasferimento si intende che l energia persa dalla sorgente nell emissione della radiazione si ritrova nel luogo dove si è avuto l assorbimento della radiazione emessa. 4

5 Non o eccitanti RADIAZIONI Ionizzanti 5

6 ECCITAZIONE: Spostamento di elettroni da un orbita verso un altra più esterna ad energia più elevata IONIZZAZIONE: È un eccitazione eccessiva che si traduce nell allontanamento di elettroni dall orbita esterna degli atomi colpiti dalle radiazioni, con conseguente formazione di ioni, cioè di particelle elettricamente cariche. 6

7 RADIAZIONI NON IONIZZANTI: tute le radiazioni fino alla luce visibile RADIAZIONI IONIZZANTI: parte dello spettro dalla luce UV fino ai raggi γ RADIAZIONI NON IONIZZANTI RADIAZIONI IONIZZANTI 7

8 eccitanti INTERAZIONE TRA LE RADIAZIONI NON INONIZZANTI E LA MATERIA RADIAZIONI NON IONIZZANTI o ECCITANTI Qualunque tipo di radiazione elettromagnetica che non trasporta energia sufficiente ad ionizzare atomi o molecole ovvero a rimuovere completamente un elettrone da un atomo. Le radiazioni non generano uno stato di eccitazione capace di promuovere lo spostamento degli elettroni da uno stato energetico inferiore ad uno superiore. Campi elettromagnetici a frequenza molto bassa Radiofrequenze Microonde Infrarosso Luce visibile 8

9 eccitanti 9

10 eccitanti PENETRAZIONE DELLE RADIAZIONI NON IONIZZANTI Radiazioni UV (radiaz. ): Radiazioni visibili (radiaz. non ): hanno scarso potere di penetrazione nella cute e limitano la propria azione ai suoi strati superficiali. penetrano più profondamente Radiazioni infrarosse (radiaz. non ): sono in grado di attraversare spessori considerevoli. Tutte queste radiazioni, UV in primis, sono in grado di svolgere azione lesiva diretta su organismi monocellulari (protozoi, batteri e virus), su cellule animali isolate e su frammenti di tessuti. L effetto patogeno è la conseguenza dell assorbimento di fotoni della successiva produzione di fenomeni di eccitazione direttamente proporzionali all entità dell assorbimento. 10

11 eccitanti Cute uomo bianco Intensa esposizione solare Lesioni ipodermiche (flitteni) Infiammazione cutanea 1. Ossidazione gruppi sulfidrilici 2. > produzione di cistina = > produzione cheratina e melanina 1. > assorbimento radiazioni in superficie 2. Limitazione penetrazione in profondità e limitazione effetti lesivi Ispessimento strato corneo Iperpigmentazione Accumulo melanina nei cromatofori del derma Aumento melanoblasti strato basale (razza bianca) e strato spinoso (razza negra) 11

12 eccitanti Lesioni ipodermiche (flitteni) Cute uomo bianco Eccessiva moltiplicazione cellulare Infiammazione cutanea Eccessiva esposizione solare Ipercheratosi Verruche Neof. precancerose Neof. cancerose 12

13 eccitanti L azione biologica delle radiazioni non può essere esacerbata dall azione di sostanze fotosensibilizzanti o fotodinamiche. Sono sostanze fluorescenti, capaci di potenziare l azione biologica delle radiazioni eccitanti. Queste, dopo essere state colpite da radiazioni monocromatiche dotate di una certa lunghezza d onda, eccitandosi, prima tendono ad accumulare energia, quindi tendono a tornare nella situazione di equilibrio, restituendo energia sotto forma di radiazione dotata di lunghezza d onda superiore a quella assorbita (fenomeno della fosforescenza o fluorescenza). Le radiazioni emesse sono in grado di eccitare le molecole più vicine, inducendo in esse fenomeni di ossidazione, depolimerizzazione, ecc.. 13

14 eccitanti Fluorescenza e fosforescenza Laser Molecola Molecola Molecola Emissione per FLUORESCENZA (o fosforescenza) Eccitazione (Assorbimento) Stato metastabile (Energia accumulata dalla molecola) Diseccitazione (Emissione) 14

15 eccitanti Sost. Fotosensibilizzanti endogene Sost. Fotosensibilizzanti esogene Porfirine Eosina Pigmenti biliari Bleu di metilene 15

16 INTERAZIONE TRA LE RADIAZIONI INONIZZANTI E LA MATERIA RADIAZIONI IONIZZANTI Qualunque tipo di radiazione elettromagnetica che trasporta energia sufficiente ad ionizzare atomi o molecole ovvero a rimuovere completamente un elettrone da un atomo. 16

17 CLASSIFICAZIONE RADIAZIONI IONIZZANTI Radiazioni elettromagnetiche: sono onde magnetiche il cui movimento, ondulatorio, si associa al movimento di uno scarso numero di particelle. Possono essere considerati come un fascio di fotoni, privi di massa e di carica, che investono gli elettroni modificandone variamente il moto Radiazioni corpuscolate: sono costituite da vero e proprio materiale corpuscolato che, talvolta, presenta un comportamento di tipo ondulatorio. Le particelle possono essere costituite da elettroni, protoni, neutroni, particelle alfa e beta, frammenti di fissione nucleare; hanno energia e massa variabile. Poiché generalmente, ogni ionizzazione è accompagnata da 2-3 fenomeni di eccitazione, le radiazioni sono anche chiamate radiazioni eccito.. 17

18 EFFETTI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI Gli effetti delle radiazioni possono essere studiati a diverso livello: 1. Fisico 2. Chimico 3. Cellulare 4. Tessutale 5. Organismo 18

19 EFFETTI FISICI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI 1. Radiazioni corpuscolate dotate di carica elettrica Le radiazioni corpuscolate dotate di carica (particelle alfa, elettroni, positroni), interagiscono con gli atomi in virtù della loro carica e producono fenomeni di eccitazione e ionizzazione. 2. Radiazioni corpuscolate prive di carica elettrica I neutroni, dotati di massa ma privi di carica, agiscono per un processo diretto di collisione con il nucleo. 3. Radiazioni elettromagnetiche: I fotoni generano numerosi fenomeni fra i quali i principali sono: a)- Assorbimento fotoelettrico b)- Effetto Compton c)- Produzione di coppie 19

20 FENOMENO DELL ASSORBIMENTO FOTOELETTRICO Si ha in seguito all assorbimento di fotoni a bassa energia inferiore a 0,5 MeV (*) Il fotone interagisce con l atomo e viene completamente assorbito da un elettrone che viene espulso dalla sua orbita. L atomo che ha perso l elettrone, conterrà un eccesso di energia e risulterà carico positivamente (ione). (*) MeV = Megaelettrovolts 20

21 EFFETTO COMPTON Si ha in seguito all assorbimento di fotoni dotati di energia compresa fra 0,5 e 10 MeV. Il fotone collide con un elettrone e segue il suo percorso, deviato, con minore energia e con una lunghezza d onda maggiore rispetto a quella di partenza. L elettrone viene espulso dall atomo con una cinetica direttamente proporzionale alla quantità di energia assorbita. In pratica, si verifica una parziale trasformazione di energia radiante in energia di particelle cariche. 21

22 PRODUZIONE DI COPPIE Si ha in seguito all assorbimento di fotoni dotati di energia superiore a 10 MeV. Il fotone, attraversando il campo columbiano di un nucleo atomico, perde la sua individualità e si materializza in due particelle (un positrone ed un negatrone) che acquistano una propria energia cinetica. 22

23 EFFETTI CHIMICI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI Gli effetti chimici delle radiazioni possono verificarsi con meccanismo diretto o indiretto. Meccanismo diretto: La molecola viene ionizzata e/o eccitata dall energia ricevuta direttamente dal fotone. Meccanismo indiretto: La molecola viene modificata dall energia proveniente da u altra molecola che, a sua volta, è stata ionizzata da un fotone. L effetto indiretto può verificarsi tanto su materiale allo stato secco, quanto su materiale in soluzione. 23

24 La irradiazione dell acqua e la sua conseguente ionizzazione prende il nome di RADIOLISI È un fenomeno consistente nella produzione di radicali liberi che, essendo frammenti di molecola a valenza anormale (hanno un numero di elettroni dispari), sono altamente instabili e reattivi e tendono ad interagire con altri radicali liberi, ossigeno, altre molecole danneggiate dalle radiazioni o molecole organiche non ancora ionizzate. La loro azione può essere ossidativa o riducente. 24

25 LE REAZIONI DELLA RADIOLISI 1) La radiazione ionizza la molecola di acqua staccando da essa un elettrone H 2 O + radiazione H 2 O + + e - 2) L'elettrone (e - ) procede la sua corsa fino a quando viene catturato da un'altra molecola d'acqua, trasformandola in una molecola a carica negativa. e - + H 2 O H 2 O - 25

26 3) Né l' H 2 O +, né l' H 2 O - sono stabili e ciascuno di esse si dissocia, dando origine ad uno ione e ad un radicale libero. H 2 O + H + + OH * H 2 O - H * + OH - Gli ioni H + e OH - si ricombinano per formare una nuova molecola di acqua, mentre i radicali liberi agiscono sulle altre molecole che si trovano nella soluzione acquosa creando composti chimici non presenti in precedenza. Molti dei composti chimici che si vengono così a creare sono biologicamente dannosi o sono il presupposto di reazioni a catena dannose. La presenza dell'ossigeno potenzia questa serie di fenomeni. Con ione si intende un atomo o una molecola con cariche elettriche non in equilibrio, cioè con un eccesso o un difetto di elettroni. Con radicale libero si intende un atomo o una molecola neutri dal punto di vista elettrico ma con una forte tendenza a formare legami chimici con altri atomi o molecole. 26

27 EFFETTI SULLE MOLECOLE BIOLOGICHE Il trasferimento di energia dalle radiazioni alle cellule, modifica l equilibrio energetico della cellula stessa che può andare incontro ad alterazioni strutturali e funzionali. Queste modificazioni sembrano più importanti quando la ionizzazione avviene con metodo diretto, piuttosto che indiretto. La risposta alla irradiazione non è uguale per tutti i tipi di cellule e dipende soprattutto dal ruolo funzionale della molecola stessa. 27

28 Azione biologica sui tessuti Le cellule Quando l energia trasferita dalle radiazioni raggiunge dosi molto elevate, il brusco arresto del metabolismo cellulare e l arresto delle sue funzioni determina la morte della cellula (morte non mitotica). Dosi di radiazioni molto più basse, sono in grado di bloccare la mitosi cellulare e, successivamente, la loro morte (morte riproduttiva). Ricordando che per radiosensibilità si intende la capacità delle radiazioni di provocare alterazioni biologiche significative nelle cellule, e che essa è 10 volte superiore nelle cellule in divisione rispetto alle cellule a riposo, l effetto di una determinata dose di radiazioni dipende dalla modalità di somministrazione. 28

29 Data una certa dose di radiazioni, la sua somministrazione in dose singola provoca un gran numero di cellule morte indipendentemente dal loro grado di mitosi. La stessa dose, refratta, provoca la morte solamente delle cellule che, in quel momento, si stanno moltiplicando. La presenza di ossigeno rende le cellule più sensibili all effetto delle radiazioni: Effetto O 2 oppure Oxigen Enhancement Ratio (OER) 29

30 Costituenti cellulari Nucleo e citoplasma: L irradiazione di entrambi comporta la morte della cellula. Il nucleo è più radiosensibile del citoplasma. A suo carico si osservano: Effetti primari Effetti intermedi Effetti secondari Effetti primari: Diminuzione del numero delle mitosi Alterazione della forma, colorabilità ed adesività dei cromosomi Successiva frammentazione dei cromosomi Ciò provoca una distribuzione errata del patrimonio genetico nelle cellule figlie. 30

31 Effetti intermedi: Picnosi Vacuolizzazione Carioressi Cariolisi Effetti secondari: Mitosi atipiche e plurinucleate delle cellule residue Rigenerazione dai margini della lesione Riparazione ad opera di tessuto di organizzazione 31

32 Reticolo endoplasmatico: Il danno si manifesta con fenomeni di frammentazione delle membrane, distacco dei ribosomi, ecc. Funzionalmente, si verifica una riduzione della sintesi delle proteine. Lisosomi: Le membrane lisosomiali vengono danneggiate dalle radiazioni, liberando gli enzimi in essi contenuti. Mitocondri: L irradiazione causa rigonfiamento, rottura delle membrane, frammentazione delle creste, ecc., a cui si associano segni di alterazioni biochimiche e funzionali che possono essere indotte anche da dosi di radiazioni modeste. 32

33 Cromosomi: Dopo la fase S ciascun cromosoma si duplica formando 2 cromatidi. Alla divisione cellulare, ciascuna cellula figlia riceverà un cromatide per ciascun cromosoma. Dopo la divisione cellulare, i due cromatidi di ciascuna cellula figlia riprendono il nome di cromosomi. L irradiazione prima della fase S produce frammentazione dei cromosomi; l irradiazione dopo la fase S causa frammentazione dei cromatidi. 33

34 EFFETTI DELLE RAZIAZIONI SU ORGANI ed ORGANISMO Legge di Bergonie e Tribondesu: le cellule sono radiosensibili se sono mitoticamente attive, se vanno incontro normalmente a numerose divisioni e se sono morfologicamente e funzionalmente indifferenziate. Quindi, la radiosensibilità di un tessuto è direttamente proporzionale alla sua attività mitotica ed inversamente proporzionale al grado di differenziazione delle sue cellule. 34

35 La dose radiante necessaria per causare la morte varia a seconda della specie animale rads = morte di topo e ratto in 3 giorni 700 rads = morte dell uomo in 50 giorni rads = morte dell uomo in 6 giorni rads = nell uomo, coma immediato e morte in poche ore La dose letale per il 50% degli animali entro 30 gg. dall irradiazione è espressa come LD 50/30 35

36 La risposta all irradiazione ha un andamento trifasico: Dosi da 200 a rads: risposta dose dipendente (il tempo di sopravvivenza diminuisce da settimane a giorni con l aumento della dose) Dosi da a rads: risposta lineare (sopravvivenza 3-4 giorni) Dosi da in su: risposta dose dipendente (il tempo di sopravvivenza diminuisce da pochi giorni, a poche ore e, infine, a pochi minuti). 36

37 Quantizzazione del grado di sensibilità delle cellule alle radiazioni (Classificazione di Warren) Radiosensibilità: quando occorrono meno di rads per uccidere o danneggiare gravemente molte cellule (linfociti, linfoblasti, cellule midollari, epitelio intestinale e gastrico, cellule germinative) Radiorisposta: Radioresistenza: quando, per causare la morte o un grave danno a mote cellule, occorre una dose di rads (epitelio cute e annessi cutanei, endotelio vasale, gh. salivari, osso e cartilagini di accrescimento, congiuntiva, cornea, cristallino, collageno, tessuto elastico) quando sono necessari oltre rads per causare morte o danno grave di molte cellule ( rene, fegato, gh. endocrine, osso e cartilagini mature, muscoli, tessuto nervoso) 37

38 Sindrome del S.N.C.: detta anche sindrome cerebrale, è dovuta ad alterazioni delle cellule nervose e dei vasi cerebrali per irradiazioni da rads in su. Porta a morte entro 36 h dall esposizione. Sindrome gastrointestinale: interessa l epitelio delle cripte intestinali e le cellule del midollo osseo (6-12 h esposizione da 600 a rads). Il blocco delle mitosi e la picnosi cellulari, causano perdita di fluidi ed elettroliti, alterazione della funzione nutritiva, sovra-infezioni della parete intestinale ed inibizione dell eritropoiesi. Sindrome emopoietica: ha già inizio durante la sindr. Gastro-intestinale della quale costituisce il quadro lesivo preminente (6-12 h esposizione da 600 a 800 rads). È la conseguenza dell alterazione dell architettura e della struttura vascolare del midollo osseo. 38

39 Sindrome acuta da raggi X: dopo esposizione con rads si crea, in 2-6 ore, una sindrome caratterizzata dalla somma delle sindrome precedentemente trattate. Effetti sulle gonadi: dosi di rads, provocano la scomparsa delle mestruazioni per mesi e la comparsa di sterilità temporanea (distruzione oociti secondari). La sterilità definitiva compare dopo esposizione a rads. Cell.germinative tipo A Cell.germinative tipo B Spermatociti Spermatidi Spermatogoni Spermatozoi Dosi modeste di radiazioni vengono uccisi parzialmente gli spermatogoni; dosi eccessive distruggono completamente gli spermatogoni di tipo A. 39

40 Effetti sulla cute: rads in pochi minuti, eritema transitorio dovuto a liberazione di istamina Dopo 2-3 settimane, ricomparsa di eritema da vasodilatazione compensatoria al blocco arteriolare causato dalla irradiazione. 700 rads caduta permanente dei peli per morte cellule germinative dei follicoli piliferi rads quadro simile ad una ustione di II grado (eritema, desquamazione, essudazione, ecc.) > rads grave infiammazione, ulcerazione e necrosi. 40

41 RADIAZIONI E TUMORI Le radiazioni sono un cancerogeno generale, capace di determinare la comparsa di cancro in ogni tessuto. Periodo di latenza: tempo che intercorre tra l irradiazione e la comparsa del tumore e durante il quale il tessuto non appare alterato. Fase dell iniziazione: è la prima fase della trasformazione neoplastica durante la quale la cellula normale si trasforma in cellula tumorale. Fase della promozione: è la seconda fase ed è conseguente all azione di uno stimolo capace di avviare l accrescimento delle cellule tumorali già trasformate. Periodo di quiescenza: intervallo fra le due fasi precedenti. 41