sistema emopoietico - Dipartimento di Farmacia

Malattie del sangue
(sistema emopoietico)
anemie, leucopenia, leucocitosi
Componenti del sangue
Sviluppo dell’emopoiesi
3a settimana
Sacco vitellino (isolotti emopoietici)
3o mese
9o mese
Adulto
fegato
midollo
MO rosso (vertebre, coste, sterno, ossa
piatte craniche, episifi ossa lunghe)
Schema dell’emopoiesi
1% delle
cellule
mononucleate
del MO
I globuli rossi
Formatisi negli isolotti eritropoietici del midollo, i GR entrano in circolo
attraverso piccole fenestrature dei sinusoidi midollari
GR in un sinusoide (1); adipociti (2);
megacariocita (3).
Adipociti (1); megacariocita (2);
cellula staminale (3).
I globuli rossi
4 - 5 milioni / mm3
5 - 6 milioni / mm3
Hb: 12,0 - 16,0 g/dL per le
donne; 13,2 - 17,5 g/dL per gli
uomini.
Un GR contiene ca 250x106
molecole di Hb; ogni Hb può
legare 4 molecole di O2.
Non hanno mitocondri, e producono ATP mediante glicolisi anaerobia;
l’ATP è usato principalmente per la funzione delle pompe cationiche.
Ca il 10% del glucosio viene utilizzato per produrre GSH (enzima chiave:
G6P-deidrogenasi).
Emocateresi
I GR hanno una vita
media di 120 gg. In
circolo, attraversano la
polpa rossa della milza
(considerato
come
ambiente
extravascolare),
dove
vengono sottoposti a:
1) stress anatomico-metabolico
2) ispezione da parte di macrofagi
3) fagocitosi di GR vecchi o con anomalie di membrana
(emolisi extravascolare, 90%; intravascolare, 10%)
Malattie del sangue
(sistema emopoietico)
Le malattie del sangue riguardano eritrociti, leucociti, e
piastrine, sia isolatamente che in associazione.
Alterazioni più frequenti
Globuli Rossi:
Rossi anemie, riduzione della
concentrazione di emoglobina (Hb) circolante
Leucociti (linfociti e granulociti): malattie
tumorali
Piastrine:
Piastrine disordini della coagulazione
Anemie
1)
Identificazione della condizione
(>10%)
Emoglobina (Hb)
Numero dei globuli rossi
Ematocrito (Hct)
2)
Ricerca della causa
Perdita (emorragia)
Distruzione aumentata (emolisi)
Produzione ridotta o difettosa
Ematocrito
VN = ca. 45%; Hb = 14-16 g/100 ml
Quando il sangue eparinizzato (l’eparina è un
anticoagulante) viene centrifugato, i GR si posizionano sul
fondo della provetta, mentre il plasma si stratifica in alto
(liquido chiaro). Il rapporto fra volume dei GR e volume
totale del sangue viene chiamato ematocrito.
Procedura:
Con una goccia di sangue proveniente dal dito si tocca
l’estremità di una provetta capillare eparinizzata. Per
l’azione capillare, la provetta viene riempita per ¾.
L’estremità contenente il sangue viene sigillata, e il
capillare viene inserito in un’apposita centrifuga.
CLASSIFICAZIONE PATOGENETICA DELLE ANEMIE
1) Perdita di sangue
1.1 Acuta (traumi)
1.2 Cronica (patologie gastrointestinali e ginecologiche)
2) Aumentata distruzione di GR
2.1 Anomalie intraglobulari (ereditarie)
2.1.1 Sferocitosi
2.1.2 Deficit enzimatici (Glicolisi: piruvato-chinasi; Shunt: G6DP, GSH sintetasi)
2.1.3 Alterazioni sintesi Hb: Emoglobinopatie (Sindromi falcemiche)
2.2 Anomalie extraglobulari
2.2.1 Da anticorpi (patologia trasfusionale, MEN)
2.2.2 Da danno meccanico, e in corso di infezioni
3) Insufficiente o difettosa produzione di GR
3.1 Alterazioni delle cellule staminali (a. aplastica)
3.2 Deficit B12 e Ac. Folico (a. macrocitiche megaloblastiche)
3.3 Deficit sintesi emoglobina (eme, Fe; globina, talassemie)
Sintomi comuni in molte forme di anemia
Facile stancabilità
Difficoltà di concentrazione
Vertigini
Tachicardia, in particolare sotto esercizio fisico
Tachipnea e cefalea, in particolare sotto esercizio fisico
Pallore cutaneo
Crampi arti inferiori
Insonnia
Le più frequenti forme di anemia in
patologia umana
• Anemie da carenza di ferro
• Anemie delle malattie croniche
• Anemie macrocitiche megaloblastiche, da carenza
di folato e carenza di vit. B12
• Emoglobinopatie qualitative (sindromi falcemiche),
e quantitative (sindromi talassemiche)
• Anemie emolitiche
Per una corretta biosintesi e funzionalità dell’emoglobina
sono necessarie tre componenti: 1) Fe, 2) biosintesi del
gruppo eme, e 3) presenza di catene globiniche normali.
Qualsiasi alterazione 1-3 determina una ridotta sintesi
di Hb, con un quadro morfologico di anemia ipocromica,
spesso microcitica.
a) anemia ipocromica
b) quadro normale
a
b
Il ferro ha una funzione essenziale nel metabolismo, legata alla capacità di
acquistare e perdere elettroni.
Tale proprietà è utilizzata per il
funzionamento della emoglobina,
mioglobina, citocromi, ed alcuni enzimi.
Per contro, la stessa proprietà può
determinare il trasferimento di
elettroni all’ossigeno, con formazione
di ROS.
a
d
Il controllo dei livelli di ferro è
regolato dall’equilibrio fra assunzione
e deposito, non essendo noti ad oggi
sistemi regolati di escrezione.
Assorbito con la dieta (ca 1
mg/giorno, 10% del Fe presente nel
cibo) nel tratto duodeno-digiunale; la
percentuale di assorbimento può
aumentare fino al 20% quando
diminuisce il Fe corporeo totale e
quando aumenta l’attività
eritropoietica. L’eliminazione del Fe
avviene solo con la perdita di cellule
che lo contengono (cellule della
mucosa, ca. 1 mg/giorno) = Bilancio
all’equilibrio!
Omeostasi sistemica del Fe, ed eccesso di Fe
4
3
1
2
6
5
6
Il Fe della dieta (1-2 mg/die) è
assorbito a livello duodenale (1),
ed esportato nel plasma dove si
lega alla transferrina, Tf (2). Il
complesso Tf-Fe(III) viene
rilasciato ai tessuti,
principalmente ai reticolociti, e il
Fe è incorporato nell’eme (3). I GR
vecchi sono fagocitati dai
macrofagi (4) che degradano Hb e
riciclano il Fe che si associa alla
Tf nel plasma (20-30 mg/die) (5).
Quando il Fe è assorbito o
rilasciato nel plasma in quantità
superiore alla capacità di
trasporto di Tf, l’eccesso di Fe
viene depositato nei tessuti
parenchimali (6).
Trasporto del ferro negli enterociti
- Riduzione del Fe(III) a Fe(II) (ferroreduttasi DCYTB), e trasporto
intracitoplasmatico del Fe(II) (DMT1)
- Associazione del Fe(II) alla ferritina
(deposito)
- Spostamento (ferroportina) sulla
superficie basale, e ossidazione a
Fe(III) da parte di una ossidasi di
membrana.
La Tf è sintetizzata dal fegato, retina, testicolo, e cervello. A pH
neutro (sangue) lega due Fe(III) in presenza di carbonato.
Normalmente, solo il 20-30% della Tf circolante contiene Fe; il
resto (apotransferrina) è disponibile per chelare il Fe(III). Ciò
consente da un lato di indirizzare il Fe alle cellule provviste di
recettori per Tf, e dall’altro di limitare la capacità del Fe di
concorrere alla generazione di specie ossidanti.
Endocitosi del complesso Tf-Fe(III)-TfR
Vescicola di
trasporto formata
con proteine
clathrin
L’endosoma viene acidificato da
una H+-ATPasi (non mostrata),
il Fe(III) viene rilasciato e
ridotto a Fe(II) dalla reduttasi
STEAP3.
Il Fe(II), trasportato
fuori dall’endosoma da
DMT1, viene associato a
Hb nei reticolociti e a
ferritina in altre cellule.
Iron Distribution in Healthy Young Adults (mg)
Pool
Total
Men
Women
3450
2450
Functional
Hemoglobin
2100
(61%)
1750
Myoglobin
300
(8%)
250
Enzymes
50
50
Storage
Ferritin, hemosiderin
1000
(29%)
400
Parametri di valutazione del
metabolismo del ferro
• Sideremia: concentrazione di Fe circolante
(legato a TF), 50-150 µg/dL
• Capacità totale di legare il Fe (TIBC), 230390 µg/dL
• Ferritinemia
Le anemie da carenza di Ferro
La velocità di perdita (o quella di utilizzazione) supera quella
di assimilazione!
Progressivamente, si assiste a:
1) Deplezione delle riserve: (diminuisce la ferritina circolante,
la sideremia e la TIBC sono normali)
2) Fase di eritropoiesi in carenza di Fe: (ferritina e
sideremia ridotte, aumento della TIBC); Hb normale fino a quando
la sideremia è > 50 µg/dL)
3) Fase anemica: riduzione Hct, Hb, microcitosi ipocromica
Le principali cause di anemia da
carenza di Fe
• Aumentato fabbisogno (gravidanza, periodi di
rapida crescita)
• Perdita di Fe (emorragie acute e croniche,
specie GE e GU, emolisi intravascolare,
mestruazioni)
• Diminuito apporto di Fe (diete povere di
carne, anziani, indigenti)
Anemie delle malattie croniche
Forma comune di anemia nei
pazienti ospedalizzati con
infezioni croniche,
neoplasie, traumi.
Causa multifattoriale:
1) citochine infiammatorie
(IL-1, IFNα) diminuiscono la
produzione o la risposta alla
EPO
2) anomalie nella
utilizzazione del Fe
(iposideremia, ma ferritina
normale e TF ridotta)
Anemie megaloblastiche
(macrocitiche)
Nel midollo e nel sangue periferico ci sono cellule più grandi della
norma (megaloblasti e macrociti), con maturità citoplasmatica
superiore a quella nucleare; i neutrofili sono ipersegmentati.
c
a
b
(a) GR normali; (b) macrociti;
(c) neutrofilo ipersegmentato
Anemie megaloblastiche
Cause: carenza di B12, carenza di folato, uso di farmaci
inibenti la sintesi di DNA.
Meccanismo: Una ridotta sintesi di DNA (purine), che
coinvolge tutte le cellule a rapida proliferazione
(precursori emopoiesi, e epitelio GE), determina una
asincronia nucleo-citoplasmatica, con presenza di
megaloblasti nel midollo e macrociti nel sangue periferico.
I megaloblasti sono eliminati nel midollo (aumento della
eritropoiesi inefficace oltre il vn di ca. 10%).
La vitamina B12 è
presente nella
carne e nei
latticini; il
fabbisogno = 2.5
µg/giorno
Cause di carenza di vit. B12
e di ac. folico
B12
Alterato assorbimento: gastrite cronica
atrofica (tipo A) (= anemia perniciosa), morbo
di Crohn con interessamento dell’ileo
Ac Folico
Alterato assorbimento: vedi B12,
alcol
Aumento fabbisogno: gravidanza e
accrescimento
Le anemie emolitiche
(riduzione della durata della vita dei GR, < 100 gg)
Caratteri generali
- Iperplasia eritroide del midollo
- Aumento della bilirubina non coniugata
(ittero)
- Splenomegalia
Le anemie emolitiche
(riduzione della durata della vita dei GR, < 100 gg)
•Anomalie intraglobulari (ereditarie)
-Sferocitosi ereditaria
-Deficit enzimatici (Glicolisi: piruvato- chinasi;
Shunt: G6DP, GSH sintetasi)
-Alterazioni sintesi Hb: Emoglobinopatie
(Sindromi falcemiche)
•Anomalie extraglobulari (malattie secondarie)
-Da anticorpi (patologia trasfusionale, MEN)
-Da danno meccanico e in corso di infezioni
Sferocitosi ereditaria
Malattia autosomica dominante
dovuta ad alterazioni di proteine
che ancorano la membrana al
citoscheletro, e determinano
alterazioni
meccanicometaboliche dei GR
- Spectrina (25%)
- Anchirina (50%)
- Proteina 3 (25%)
Patogenesi: La forma sferica e
la struttura rigida dei GR ne
ostacolano il passaggio splenico,
riducendone la durata della vita.
Deficit enzimatici
(glucosio-6 fosfato deidrogenasi)
Il difetto più comune è un’anomalia del gene della G6PD (cromosoma X),
di cui si conoscono tre varianti: Tipo A (africano); Tipo Mediterraneo
(forma più grave, Sardegna); Tipo orientale (Cina).
Via degli esoso-monofosfati, e produzione del NADPH necessario per ridurre il glutatione
Deficit enzimatici
(glucosio-6 fosfato deidrogenasi)
Patogenesi
Alcune ore dopo uno stress ossidativo, si sviluppa
una crisi emolitica che interessa i GR più vecchi.
Cause
-Infezioni virali e batteriche (meccanismo non
chiaro)
-Farmaci (sulfamidici e antimalarici)
-Tossine ossidanti (glicosidi contenuti nelle fave,
favismo)
Emoglobinopatie qualitative
(sindromi falcemiche)
L’Hb è composta da
quattro subunità
proteiche globulari. Ogni
subunità contiene una
molecola eme (anello
porfirinico che circonda
un atomo di Fe, che è
capace di legarsi
reversibilmente
all’ossigeno).
Tipi di emoglobina
Forme fisiologiche di emoglobina:
HbA, α2β2, è l'Hb fisiologica dell'adulto (97%).
HbA2, α2δ2, Hb dell'adulto presente in bassissime
quantità (2%).
HbF, α2γ2, forma fetale.
2 Geni
α sul cromosoma 16
1 gene β, γ, e δ, sul cromosoma 11
Struttura dell’emoglobina
La struttura dell’Hb garantisce:
1) La solubilità della molecola all’interno del GR
nelle diverse condizioni di ossigenazione)
2) L’affinità per l’ossigeno
Tali caratteristiche variano quando mutazioni
modificano la struttura delle catene globiniche,
determinandosi così le
Emoglobinopatie qualitative
alcune centinaia di varianti, 90% con mutazioni per
sostituzione di base e cambiamento di un singolo aa in una
catena globinica
Emoglobina S (HbS) e anemia falciforme
Una mutazione determina la sostituzione dell’ac. Glutammico (catene β,
posizione 6) con valina.
Condizione di eterozigosi (tratto falcemico): 30% popolazione africana, 8%
neri USA
Ossigenazione normale
Ossigenazione bassa
Hb adulto: HbA (α2β2)
HbA2 (α2δ2)
Hb feto: HbF (α2γ2)
2 Geni α, cromosoma 16
1 gene βγδ, cromosoma 11
Talassemie: Malattie
autosomiche recessive
dovute a difetti nella sintesi
della globina
Talassemia α: difetto di
sintesi delle catene α, e
difetto di produzione di HbA,
HbA2, HbF
Talassemia β: difetto di
sintesi delle catene β, e
difetto di produzione di HbA,
con aumento di HbA2, HbF
(per aumento compensatorio
di α, β, e γ)
Anemia falciforme
Patogenesi e manifestazioni cliniche principali
La falcizzazione determina due conseguenze
principali, soprattutto nella condizione di
omozigosi:
1)Anemia emolitica grave (Hct 18-30%), vita
media GR = 10-15 gg
2) Ostruzione dei capillari, e ischemia (polmoni,
reni, fegato, ossa, cute, milza…)
Talassemie: Malattie autosomiche recessive dovute a
difetti nella sintesi della globina
Talassemia α: difetto di sintesi delle catene α, e difetto
di produzione di HbA, HbA2, HbF
Talassemia β: difetto di sintesi delle catene β, e difetto
di produzione di HbA, con aumento di HbA2, HbF (per
aumento compensatorio di α, δ, e γ)
Hb adulto HbA (α2β2)
HbA2 (α2δ2)
Hb feto
HbF (α2γ2)
Talassemie
Sono le più comuni malattie geneticamente determinate, distribuite nei
paesi mediterranei e nel sud-est asiatico.
In funzione del tipo e dell’entità del difetto genetico, i quadri clinici sono
variabili: da condizioni asintomatiche a condizioni che determinano la morte
intrauterina del feto.
α talassemia
La malattia è causata da delezioni dei geni
delle catene α, e la gravità dipende dal
numero dei geni deleti (1-4).
1/4 = eterozigote silente, anomalie
assenti.
2/4 = tratto talassemico (microcitosi
con ipocromia, anemia emolitica non
significativa)
3/4 = malattia da HbH; per eccessiva
produzione di catene β si formano
tetrameri β che precipitano; anemia
ipocromica con emolisi moderatamente
grave.
4/4 = idrope fetale, tetrameri γ
determinano anemia ed emolisi
gravissime.
β Talassemia
Mutazioni a carico dei geni β
possono produrre assenza
(β0) o diminuzioni di catene β
(β+).
Essendoci 2 alleli β, sono
possibili
tre
condizioni
genetiche:
-eterozigosi (β0 β, β+β)
-omozigosi (β0 β0 , β+ β+)
-doppia eterozigosi (presenza
di due alterazioni diverse)
β talassemia – forme cliniche
Talassemia
minor,
o
tratto
β
talassemico:
situazione asintomatica con microcitosi e ipocromia, anemia
lieve (eterozigosi β+ β).
Talassemia major, o morbo di Cooley: forma più
grave (omozigosi o doppia eterozigosi) di anemia emolitica
congenita. I segni clinici compaiono a 6 mesi dalla nascita
(switch HbF > HbA) (grave anemia, ritardo dello sviluppo,
epatosplenomegalia, alterazioni ossee da eritropoiesi
compensativa; la necessità di trasfusioni continue (e
l’aumentato assorbimento intestinale di Fe stimolato
dall’eritropoiesi) determinano lesioni da accumulo di Fe al
fegato, al pancreas e al cuore.
Talassemia intermedia: segni moderati di anemia, non
alterazioni della crescita e sviluppo
Leucopenia, leucocitosi
Leucopenia
diminuzione assoluta del n. dei globuli bianchi circolanti; è un
reperto occasionale in condizioni di flogosi cronica in pazienti con
malnutrizione e/o malattie croniche debilitanti.
Leucocitosi
aumento del n. dei globuli bianchi circolanti, usuale in
infiammazione acuta (neutrofilia con PMN a banda). La leucocitosi
è determinata da citochine di derivazione macrofagica che
promuovono il rilascio di PMN dal midollo; macrofagi e cellule T poi
producono citochine (CSFs) che stimolano la proliferazione di
precursori midollari.
Le infezioni virali, diversamente da quelle batteriche, sono
caratterizzate da linfocitosi.