Diapositiva 1 - Facoltà di Medicina e Chirurgia

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Corso di Laurea in Odontoiatria e Protesi Dentaria
PATOLOGIA GENERALE
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Salvatore Meola, S.C. Anestesia e Rianimazione, Azienda Osped.-Univ. “OO.RR.” di Foggia
[email protected]
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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
[email protected]
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Azione patogena delle radiazioni
…
AZIONE PATOGENA DELLE
RADIAZIONI
3
…
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
…
Non ionizzanti
o
eccitanti
RADIAZIONI
Ionizzanti
5
…
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
…
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
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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 ionizzanti 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
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eccitanti
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eccitanti
PENETRAZIONE DELLE RADIAZIONI NON IONIZZANTI
Radiazioni UV (radiaz. ionizzanti):
hanno scarso potere di penetrazione
nella cute e limitano la propria
azione ai suoi strati superficiali.
Radiazioni visibili (radiaz. non ionizzanti):
penetrano più profondamente
Radiazioni infrarosse (radiaz. non ionizzanti): 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.
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eccitanti
Lesioni ipodermiche (flitteni)
Cute uomo bianco
Ispessimento strato
corneo
Infiammazione cutanea
Iperpigmentazione
Intensa esposizione
solare
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
• Accumulo melanina
nei cromatofori del
derma
• Aumento
melanoblasti strato
basale (razza bianca) e
strato spinoso (razza
negra)
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Cute uomo bianco
Eccessiva
esposizione solare
eccitanti
Lesioni ipodermiche (flitteni)
Eccessiva moltiplicazione
cellulare
Infiammazione cutanea
Ipercheratosi
Verruche
Neof. precancerose
Neof. cancerose
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eccitanti
L’azione biologica delle radiazioni non ionizzanti 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..
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eccitanti
Fluorescenza e fosforescenza
Laser
Molecola
Molecola
Molecola
Emissione per
FLUORESCENZA
(o fosforescenza)
Eccitazione
Stato metastabile
Diseccitazione
(Assorbimento)
(Energia accumulata
dalla molecola)
(Emissione)
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Sost.
Fotosensibilizzanti
endogene
eccitanti
Sost.
Fotosensibilizzanti
esogene
Porfirine
Eosina
Pigmenti
biliari
Bleu di
metilene
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ionizzanti
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.
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ionizzanti
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 ionizzanti sono anche chiamate “radiazioni eccitoionizzanti”..
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ionizzanti
EFFETTI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI
Gli effetti delle radiazioni ionizzanti possono essere studiati a diverso livello:
1. Fisico
2. Chimico
3. Cellulare
4. Tessutale
5. Organismo
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ionizzanti
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
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ionizzanti
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
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ionizzanti
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.
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ionizzanti
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.
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ionizzanti
EFFETTI CHIMICI DELLE RADIAZIONI
IONIZZANTI
Gli effetti chimici delle radiazioni ionizzanti 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.
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ionizzanti
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.
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ionizzanti
LE REAZIONI DELLA RADIOLISI
1) La radiazione ionizza la molecola di acqua staccando da
essa un elettrone
H2O + radiazione
H2O+ + e2) 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- + H2O
H2O-
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ionizzanti
3) Né l' H2O+, né l' H2O- sono stabili e ciascuno di esse si dissocia, dando
origine ad uno ione e ad un radicale libero.
H2O+ H+ + OH*
H2OH* + OHGli 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.
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ionizzanti
EFFETTI SULLE MOLECOLE BIOLOGICHE
Il trasferimento di energia dalle radiazioni ionizzanti 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.
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ionizzanti
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
ionizzanti 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.
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ionizzanti
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 O2
oppure
Oxigen Enhancement Ratio (OER)
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ionizzanti
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.
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ionizzanti
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
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ionizzanti
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.
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ionizzanti
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.
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ionizzanti
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.
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ionizzanti
La dose radiante necessaria per causare la morte varia a
seconda della specie animale.
1.200-1.500 rads
=
morte di topo e ratto in 3 giorni
700 rads
=
morte dell’uomo in 50 giorni
1.000 rads
=
morte dell’uomo in 6 giorni
10.000 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
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ionizzanti
La risposta all’irradiazione ha un andamento trifasico:
Dosi da 200 a 1.000 rads:
risposta dose dipendente
(il tempo di sopravvivenza diminuisce da
settimane a giorni con l’aumento della dose)
Dosi da 1.000 a 10.000 rads: risposta lineare
(sopravvivenza 3-4 giorni)
Dosi da 10.000 in su:
risposta dose dipendente
(il tempo di sopravvivenza diminuisce da
pochi giorni, a poche ore e, infine, a pochi
minuti).
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ionizzanti
Quantizzazione del grado di sensibilità delle cellule alle
radiazioni
(Classificazione di Warren)
Radiosensibilità: quando occorrono meno di 2.500 rads per uccidere o
danneggiare gravemente molte cellule
(linfociti, linfoblasti, cellule midollari, epitelio intestinale e gastrico,
cellule germinative)
Radiorisposta:
quando, per causare la morte o un grave danno a mote
cellule, occorre una dose di 2.500-5.000 rads
(epitelio cute e annessi cutanei, endotelio vasale, gh. salivari, osso e
cartilagini di accrescimento, congiuntiva, cornea, cristallino,
collageno, tessuto elastico)
Radioresistenza:
quando sono necessari oltre 5.000 rads per causare
morte o danno grave di molte cellule (
rene, fegato, gh. endocrine, osso e cartilagini mature, muscoli, tessuto
nervoso)
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Sindrome del S.N.C.:
ionizzanti
detta anche sindrome cerebrale, è dovuta ad
alterazioni delle cellule nervose e dei vasi
cerebrali per irradiazioni da 1.500 rads in su.
Porta a morte entro 36hdall’esposizione.
Sindrome gastrointestinale: interessa l’epitelio delle cripte intestinali e
le cellule del midollo osseo (6-12h – esposizione da
600 a 1.500 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
(6-12h – esposizione da 600 a 800 rads). È la
conseguenza dell’alterazione dell’architettura e
della struttura vascolare del midollo osseo.
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ionizzanti
Sindrome acuta da raggi X: dopo esposizione con 1.000 rads si crea, in 26 ore, una sindrome caratterizzata dalla somma
delle sindrome precedentemente trattate.
Effetti sulle gonadi:
Cell.germinative
tipo A
dosi di 150200 rads, provocano la scomparsa delle
mestruazioni per 12-36 mesi e la comparsa di
sterilità temporanea (distruzione oociti secondari).
La sterilità definitiva compare dopo esposizione a
300-800 rads.
Cell.germinative
tipo B
Spermatogoni
Spermatociti
Spermatidi
Spermatozoi
Dosi modeste di radiazioni vengono uccisi
parzialmente gli spermatogoni; dosi eccessive
distruggono completamente gli spermatogoni di
tipo A.
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ionizzanti
Effetti sulla cute:
300-800 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.
1.000 rads
quadro simile ad una ustione di II grado (eritema,
desquamazione, essudazione, ecc.)
> 5.000 rads
grave infiammazione, ulcerazione e necrosi.
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ionizzanti
RADIAZIONI E TUMORI
Le radiazioni ionizzanti 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.
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