EMATOTOSSICITA. numero e le funzioni delle cellule del sangue.

EMATOTOSSICITA’

EMATOTOSSICITA’

• Se l’ematologia si occupa dello studio dei globuli rossi, dei globuli bianchi e delle piastrine,

l’ematotossicità studia le interazioni con gli

xenobiotici con gli elementi figurati del sangue.

• Le sostanze ematotossiche interferiscono con il

numero e le funzioni delle cellule del sangue.

EMATOTOSSICITA’

• L’ematotossicologia si occupa dello studio degli effetti avversi degli xenobiotici sugli elementi figurati del sangue (globuli rossi, globuli bianchi e piastrine) e sul tessuto ematopoieitico.

Funzioni di questo tessuto sono:

• La cessione dell’Ossigeno ai tessuti di tutto l’organismo,

• Il mantenimento dell’integrità vascolare

• L’approvvigionamento dei vari componenti del sistema immunitario per la difesa dell’ospite

Tutto ciò richiede una efficace capacità rigenerativa e proliferativa.

Gli elementi figurati del sangue sono prodotti a una velocità di circa 1-3 milioni di cell/secondo, ognuna.

tessuto ematopoietico bersaglio molto sensibile ad agenti

antimitotoci o citoriduttivi, come farmaci attivi contro il cancro

EMATOTOSSICITA’

Tessuto ematopoietico è anche suscettibile a effetti secondari di agenti tossici che interferiscono con:

• l’apporto di nutrienti (es. ferro),

• con la clearance di tossine e metaboliti (es. urea)

• con la produzione di fattori di crescita vitali (es. eritropoietina)

• Conseguenze di un danno diretto o indiretto alle cellule del sangue e ai loro precursori (ipossia tissutale, emorragia o infezioni) sono prevedibili e

potenzialmente pericolose per la vita.

• Effetti tossici sulle cellule ematiche possono essere dovuti a:

- Tossicità primaria: direttamente colpiti uno o più componenti del sangue (soprattutto da farmaci)

- Tossicità secondaria (molto comune): l’effetto tossico alle cellule

EMATOPOIESI

Riduzioni del nr degli elementi figurati del sangue

• Anemia

• Trombocitopenia

• Leucopenia (granulocitopenia più comune indicatore di mielotossicità - conte < 3000/ul)

• Pancitopenia riduzione di tutti gli elementi figurati del sangue (radiazioni ionizzanti, benzene, antimetaboliti, lindano,

clordano, mostarde azotate, arsenico, CAF, sali d’oro e derivati dell’idantoina)

• Anemia aplastica: il midollo non prolifera normalmente ed è sostituito da adipociti

Aumenti del nr degli elementi figurati del sangue

• Reticulocitosi > livelli di reticolociti (2% negli adulti, 6% nei bambini)

• Granulocitosi (> 10.000 cellule/ul)

• Leucemia: conte cellulari > 30.000 cellule/ul (benzene)

Un danno al midollo osseo è sempre una grave minaccia alla sopravvivenza.

L’eritrocita

GLOBULI ROSSI : TOSSICITA’

• globuli rossi rappresentano il principale trasportare di ossigeno dagli alveoli polmonari al tessuto

periferico e anidride carbonica dai tessuti periferici al polmone per l’escrezione.

• Gli eritrociti sono anche vettori e/o serbatoi per farmaci e tossine.

GLOBULI ROSSI : TOSSICITA’

• Alcuni xenobiotici possono influenzare la produzione, la funzione e la sopravvivenza degli eritrociti:

1. Questi effetti si manifestano più frequentemente con la

variazione della massa degli eritrociti in circolo, in genere con una sua diminuzione (anemia).

2. Più raramente sostanze che influenzano l’affinità dell’ossigeno per l’emoglobina possono causare un aumento della massa

eritrocitaria circolante (eritrocitosi).

• Aumenti o diminuzioni del volume plasmatico possono

determinare variazioni nella concentrazione relativa degli

eritrociti (e dell’emoglobina): tale condizione può essere confusa con anemia vera o eritrocitosi.

GLOBULI ROSSI : TOSSICITA’

• L’anemia vera può essere determinata da due cause:

1 . Diminuita produzione degli eritrociti 2. Aumentata distruzione degli eritrociti.

L’anemia può essere individuata dai comuni parametri di un esame emocromocitometrico completo, tra cui

- la conta dei globuli rossi,

- la concentrazione di emoglobina - l’ ematocrito.

Due ulteriori parametri possono essere utili per la classificazione dell’anemia:

- il volume corpuscolare medio (MCV)

ERITROPOIESI

• L’eritropoiesi è il processo che porta alla produzione dei globuli rossi.

• Nel periodo fetale diversi organi sono coinvolti nella produzione delle cellule del sangue, tra cui il sacco vitellino che per un breve periodo produce cellule rosse nucleate contenenti emoglobina embrionale che ha una maggiore affinità per l’ossigeno. Successivamente altri organi (fegato, milza e midollo osseo) producono globuli rossi non nucleati ma sempre con emoglobina fetale.

• Alla nascita solo il midollo osseo produce eritrociti ed intorno al 4°-6°

mese il neonato produce Hb adulta. Fino a 4 anni la produzione extramidollare può essere riattivata in risposta ad aumenti nella richiesta di ossigeno associati alla crescita.

• Oltre i 4 anni la produzione extramidollare è attivata solo in condizioni patologiche e non dovrebbero esserci reticolociti circolanti.

ERITROPOIESI

• Il

globulo rosso immaturo

• Anche se privo di nucleo, il reticolocita contiene ancora reticolo endoplasmatico ed è in grado di sintetizzare piccole quantità di Hb.

• Il controllo dell’eritropoiesi avviene soprattutto ad opera

dell’eritropoietina, ormone prodotto dalle cellule peritubulari della corticale del rene.

• In condizioni di anemia o di ipossia i livelli di eritropoietina aumentano anche di più di 100 volte.

ERITROPOIESI

• L’eriptroietina agisce sulle cellule progenitrici più avanzate (CFU-E), prolungandone la differenziazione e la

sopravvivenza.

• La corretta ematopoiesi richiede un adeguato apporto di minerali (Fe, Cu) e di vitamine (ac. Folico, B₁₂, piridossina o B₆, riboflavina o B₂).

• I globuli rossi vivono in media 120 giorni e vengono distrutti a livello della milza.

• Non è normale trovare globuli rossi nucleati nella circolazione sistemica dei mammiferi adulti:

• se presenti, si ha un’accelerata funzione di sostituzione da parte del midollo osseo,

in malattie emolitiche croniche

stati di ipossia

episodi acuti di emolisi

intravascolare.

ALTERAZIONE NELLA PRODUZIONE DEGLI ERITROCITI

• La produzione di eritrociti è un processo continuo che consegue a frequenti divisioni cellulari e a elevata sintesi di emoglobina (emoglobina A, tetramero costituito da 2 catene di alfa globina e 2 catene di beta globina, ognuna

contenente un gruppo eme).

• Condizioni anomale con ridotta sintesi di emoglobina sono abbastanza comuni (es. carenza di Fe).

• Gli xenobiotici possono alterare la sintesi delle catene globiniche (alfa e beta), modificando la composizione dell’emoglobina all’interno degli

eritrociti.

ALTERAZIONE NELLA PRODUZIONE DEGLI ERITROCITI

• La sintesi dell’eme richiede incorporazione di ferro in un anello porfirinico.

• Un deficit di ferro può essere dovuto:

- a una carenza alimentare - a una perdita di sangue

I farmaci che possono determinare perdite ematiche

aumentano il rischio di sviluppare anemie sideropeniche.

ALTERAZIONE NELLA PRODUZIONE DEGLI ERITROCITI

Difetti della sintesi dell’anello porfirinico dell’eme possono causare anemia sideroblastica:

• accumulo di Fe negli eritroblasti, che precipita all’interno dei mitocondri, cui consegue danno cellulare.

• Alcuni xenobiotici possono provocare anemia sideroblastica interferendo in una o più fasi della sintesi dell’eme

nell’eritroblasta:

Cloramfenicolo isoniazide

Cicloserina intossicazione da Piombo

Deficit/chelazione di Cu intossicazione da Zn

Etanolo Pirazinamide

ALTERAZIONE NELLA PRODUZIONE DEGLI ERITROCITI

L’ematopoiesi richiede attiva sintesi di DNA e frequenti mitosi.

Folati e vit. B12 sono necessari per la sintesi della timidina e la sua incorporazione nel DNA. Carenze di folati e/o di vit. B12 causano anemia megaloblastica, risultante in un difetto della divisione cellulare.

L’Anemia megaloblastica è caratterizzata da aumento delle dimensioni

cellulari dei globuli rossi dovuta ad una alterata sintesi di DNA, con ritardo di maturazione del nucleo e normale maturazione del citoplasma della cellula.

Molti agenti antiproliferativi usati nel trattamento di neoplasie maligne inibiscono in modo prevedibile l’ematopoiesi, inclusa

l’eritropoiesi. La conseguente tossicità midollare può richiedere

XENOBIOTICI E ANEMIA MEGALOBLASTICA

ALTERAZIONE NELLA PRODUZIONE DEGLI ERITROCITI

L'anemia aplastica è una forma di anemia caratterizzata da

pancitopenia nel sangue periferico, reticolocitopenia e ipoplasia midollare, può essere letale.

L’anemia aplastica, indotta da farmaci, può essere un effetto tossico prevedibile o una reazione idiosincrasica ad uno

xenobiotico.

XENOBIOTICI E ANEMIA APLASTICA

Alterazione della funzione respiratoria dell’emoglobina

• L’Hb trasporta ossigeno e anididride carbonica tra I polmoni ed I tessuti.

• Le single unità globiniche cooperano nel legare

l’ossigeno, determinando la configurazione sigmoide

della curva di dissociazione dell’ossigeno.

Curva di dissociazione dell’ossigeno

L’Hb trasporta ossigeno e anidride carbonica tra i polmoni e i tessuti

Alterazione della funzione respiratoria dell’emoglobina

• Un aumento di affinità dell’emoglobina per l’ossigeno determina uno spostamento a sinistra della curva di dissociazione e una possible diminuizione dell’apporto dell’ossigeno ai tessuti.

• La diminuzione dell’affinità per l’ossigeno determina uno

spostamento a destra della curva di dissociazione e un più

facile apporto di ossigeno ai tessuti.

Alterazione della funzione respiratoria dell’emoglobina

1. Fattori omotropici.

Una delle più importanti proprietà intrinseche della

ossiemoglobina

ferrico con formazione di

metaemoglobina

La presenza di metaemoglobina in un tetramero di emoglobina determina uno spostamento verso sn della curva di dissociazione dell’ossigeno.

La combinazione tra ridotto contenuto di ossigeno e > affinità

dell’ossigeno nell’emoglobina può compromettere significativamente la cessione di ossigeno ai tessuti periferici da parte

dell’emoglobina.

Curva di dissociazione dell’ossigeno

L’Hb trasporta ossigeno e anidride carbonica tra i polmoni e i tessuti

Alterazione della funzione respiratoria dell’emoglobina

1. Fattori omotropici.

L’eritrocita normale possiede meccanismi metabolici in grado di ridurre il ferro dell’eme per riportarlo allo stato ferroso.

La carenza di questi meccanismi di controllo porta a un aumento dei livelli di metaemoglobina, che non comporta sintomi clinici se

contenuta al di sotto del 10 %, generalmente.

Livelli > possono provocare ipossia tessutale fino a raggiungere livelli letali.

Alterazione della funzione respiratoria dell’emoglobina

Alterazione della funzione respiratoria dell’emoglobina

1. Fattori eterotropici. I 3 principali fattori estrinseci che influenzano la funzione dell’emoglobina sono:

1. pH – una riduzione del pH (es. da acido lattico) riduce l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno (spostamento a dx della curva di dissociazione dell’Hb e più facile cessione di ossigeno ai tessuti).

2. Concentrazione eritrocitaria di 2,3-bisfosfoglicerato (BPG). Il legame di 2,3-BPG riduce l’affinità della desossiemoglobina per l’ossigeno (spostamento verso dx della curva di dissociazione dell’Hb).

3. Temperatura. L’affinità dell’Hb per l’ossigeno diminuisce con la temperatura. Questa facilita il rilascio dell’ossigeno ai tessuti in caso di esercizio fisico intenso e malattie febbrili, associati ad un aumento di temperatura. In casi di ipotermia l’affinità per

Alterazione della funzione respiratoria dell’emoglobina

La funzione respiratoria dell’emoglobina può essere compromessa anche dal blocco dei suoi siti di legame da parte di altre sostanze:

• Il monossido di carbonio ha una velocità di associazione con la

deossiemoglobina relativamente bassa; una volta legato ha un’elevata affinità e provoca uno spostamento a sn della curva di dissociazione dell’ossigeno, compromettendo ulteriormente l’apporto di O₂ ai

tessuti.

• L’ossido nitrico, importante vasodilatatore che regola il tono

Alterazione della sopravvivenza degli eritrociti

Alterazione della sopravvivenza degli eritrociti

La sopravvivenza degli eritrociti nel sangue è di circa 120 gg. In questo periodo

• la sintesi proteica è minima, essendo gli eritrociti anucleati quando entrano in circolo

• L’m-RNA residuo scompare rapidamente nei primi 1-2 gg di circolo.

Successivamente inizia il periodo di senescenza, fino al momento in cui l’eritrocita invecchiato viene eliminato dalla milza, dove viene recuperato il Fe che verrà riutilizzato per la sintesi dell’eme.

Alterazione della sopravvivenza degli eritrociti

Gli xenobiotici possono alterare la sopravvivenza degli eritrociti soprattutto provocando:

1. anemia emolitica non immune:

-

anemia microangiopatica

malattie infettive

- Emolisi ossidativa

1. Anemia emolitica immune

anemia emolitica non immune

Gli xenobiotici possono indurre principalmente due forme di anemia emolitica non immune:

- emolisi ossidativa

- emolisi non ossidativa

anemia emolitica non immune

• emolisi ossidativa

O₂ molecolare è specie chimica reattiva, potenzialmente tossica. La normale funzione respiratoria genera un continuo “stress ossidativo”.

L’eritrocita si protegge dallo stress ossidativo con diversi meccanismi, tra cui:

NADH-diaforasi

superossido-dismutasi catalasi

via del glutatione

Alcuni xenobiotici possono indurre danno ossidativo negli eritrociti:

sembrano potenziare le normali reazioni redox e superare i normali meccanismi di protezione.

anemia emolitica non immune

anemia emolitica non immune

• L’interazione tra questi xenobiotici e l’emoglobina porta alla formazione di radicali liberi che denaturano le proteine

critiche, incluse l’Hb, enzimi tiolo-dipendenti e componenti della membrana eritrocitaria.

• Un danno ossidativo significativo si manifesta:

- quando la concentrazione di xenobiotico è così alta da superare I meccanismi protettivi

- quando c’è un difetto nei meccanismi protettivi.

anemia emolitica non immune

•

emolisi non ossidativa

L’esposizione ad alcuni xenobiotici è associata ad emolisi senza significativo danno ossidativo.

Es. inalazione di idruro di Arsenico gassoso può provocare emolisi grave con anemia, ittero ed emoglobinuria.

L’avvelenamento da Pb è associato a difetti nella sintesi dell’eme, per inibizione dell’acido aminolevulico deidratasi: la riduce l’incorporazione del ferro nel gruppo eme, interferisce con la ferrochelatasi.

anemia emolitica immune

La distruzione degli eritrociti su base immunitaria è mediata

dall’interazione di Ab IgG e IgM con antigeni espressi sulla superficie

degli eritrociti. Nel caso di anemia emolitica autoimmune, gli antigeni sono componenti intrinseci dell’eritrocita del paziente.

Per spiegare il legame tra Ab ed eritrociti mediati da xenobiotici ci sono varie ipotesi:

1. Alcuni farmaci (prototipo la

penicillina

superficie della cellula, dove agiscono come apteni, scatenando la reazione immunitaria.

Gli Ab prodotti si legano solo agli eritrociti rivestiti dal farmaco.

2. Altri farmaci (prototipo

chinidina)

3. Altri farmaci ancora (prototipo

alfa-metildopa

autoanticorpi farmaco-indotti, non distinguibili dalla produzione di

GLOBULI ROSSI : TOSSICITA’

• La funzione dei globuli rossi è quella di trasportare l’ossigeno dagli alveoli polmonari ai tessuti periferici e l’anidride carbonica dai tessuti periferici al polmone per l’escrezione:

• Danno acuto ai globuli rossi: compromissione del trasporto di ossigeno e conseguente ipossia periferica.

• Emolisi comporta riduzione della conta dei globuli rossi, aumento di emogloblina e bilirubina nel sangue: possono indurre emolisi fenilidrazina, arsina, saponine, naftalene, ecc..

EMATOTOSSICITA’

Ipossia o anossia : condizioni in cui c’è una riduzione dell’apporto di ossigeno ai tessuti periferici.

Qualsiasi danno ipotossico sufficientemente grave può comportare danni neurologici permanenti: SNC organo più sensibile alla carenza di ossigeno poiché dipende per la produzione di ATP completamente dalla respirazione aerobica.

A seconda della causa, l’ipossia può essere suddivisa in:

- Ipossia anossica o arteriosa - Ipossia anemica

- Ipossia stagnante o ipocinetica

- Ipossia citotossica, in cui non c’è mancanza di ossigeno a livello

Riduzione della pressione parziale di Ossigeno, capacità di legare ossigeno e flusso sanguigno normale.

Diversi farmaci e sostanze chimiche sono in grado di modulare l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno.

Ipossia anossica può essere dovuta a:

• Irritanti polmonari

• Riduzione della frequenza respiratoria

• Altitudine (piloti e personale di bordo)

Ipossia anossica o arteriosa

IPOSSIA ANEMICA

Il monossido di Carbonio è il composto più studiato in grado di dare Ipossia anemica.

La carbossiemoglobina è rosso ciliegia la sua presenza nel sangue può dare una colorazione rossa anormale alla pelle ed alle mucose.

Esposizione per un’ora a concentrazioni di CO dello 0.1 % portano alla formazione del 50% di carbossiemoglobina e possono mettere in pericolo la vita, mentre

concentrazioni dello 0,35% provocano la morte.

IPOSSIA ANEMICA

Altra causa di Ipossia anemica è la formazione di metaemoglobina,

dovuta all’ossidazione di Fe²⁺ a Fe³⁺, che riduce il contenuto di ossigeno nel sangue (e sposta a sn la curva di dissociazione dell’ossigeno).

• La Metaemoglobina è di colore verde brunastro e non è in grado di legare né ossigeno né monossido di carbonio.

• La metaemoglobina ha la capacità di dissociare il gruppo eme.

• Tra le sostanze in grado di dare metaemoglobinemia ricordiamo:

anilina, nitrobenzene, ecc.

Livelli di Metaemoglobinemia e segni di tossicità

% di metaemoglobina Sintomi

10/30 segni di cianosi

35/40 dispnea e cefalea

60 letargia

70 morte

In questo caso la pressione parziale di Ossigeno ed il flusso sanguigno sono normali, ma le cellule non sono in grado di utilizzare l’ossigeno:

questo comporta la presenza di ossiemoglobina nel sangue venoso, che dà una colorazione rossastra alla pelle.

L’impossibilità di ottenere energia dalla respirazione aerobica stimola la glicolisi e induce una grave acidosi.

Tra le sostanze in grado di bloccare la respirazione cellulare:

• Solfiti,

• cianuri e composti cianogenetici (es. amigdalina che libera cianuro a livello della microflora intestinale)

IPOSSIA CITOTOSSICA

IPOSSIA CITOTOSSICA

• Questi composti agiscono come veleni mitocondriali bloccando la produzione di ATP a diversi livelli.

•

Cianuri

acido sulfidrico

elettroni e compromettendo il metabolismo ossidativo. Con entrambi i composti la morte sopraggiunge rapidamente per arresto centrale della respirazione (minuti per ac. Sulfidrico, entro 1 h per i cianuri).

• L’arsenico III si lega ai gruppi sulfidrilici delle proteine in generale e, in particolare, all’acido lipoico, cofattore delle deidrogenasi mitocondriali, bloccando il ciclo di Krebs.

• Arsenico V è invece un disaccoppiante della catena di trasporto degli

elettroni e viene scambiato con il P nella formazione di ATP (il composto che si forma viene rapidamente idrolizzato: arsenolisi).

EMATOTOSSICITA’

IPOSSIA

a seconda della causa possiamo distinguere: