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Cause di vulnerabilità:
1. Funzione prioritaria
2. Organizzazione strutturale
3. Funzione escretoria
TOSSICOLOGIA EPATICA
Anatomicamente è suddiviso in lobuli esagonali orientati attorno alle vene epatiche terminali (vene centrali)
All’angolo del lobulo si trova il tratto portale, formato da:
1. un ramo della vena porta
2. un’arteriola epatica
3. un dotto biliare
TOSSICOLOGIA EPATICA
Il lobulo è suddiviso in tre regioni:
1. Centrolobulare
2. Mediozonale
3. Periportale
TOSSICOLOGIA EPATICA
Il concetto di acino viene preferito come unità funzionale ed è suddiviso anch’esso in tre zone che coincidono con quelle del lobulo.
TOSSICOLOGIA EPATICA
Il sangue che entra nell’acino proviene per il 60-70% dalla vena porta (povero di ossigeno) e per il 30-40% dall’arteria epatica (ossigenato)
TOSSICOLOGIA EPATICA
La concentrazione di ossigeno è di:
9-13% nella zona 1
4-5% nella zona 3
TOSSICOLOGIA EPATICA
Gli epatociti della zona 1, ricchi in mitocondri, hanno le seguenti funzioni:
1. Ossidazione degli acidi grassi
2. Gluconeogenesi
3. Detossificazione dell’amoniaca a urea
TOSSICOLOGIA EPATICA
Nella zona 1 vi è una elevata concentrazione in Glutatione ridotto
Nella zona 3 vi è una elevata attività del Citocromo P-450, in particolare dell’isoforma 2E1
TOSSICOLOGIA EPATICA
I sinusoidi sono canali tra le corde degli epatociti ove il sangue percola fino alla vena epatica terminale.
TOSSICOLOGIA EPATICA
Tre sono i tipi di cellula più importanti:
1. Cellule endoteliali
2. Cellule di Kupfer
3. Cellule di Ito
TOSSICOLOGIA EPATICA
CELLULE ENDOTELIALI
Sono fondamentali come “scavenger” delle lipoproteine e delle proteine denaturate.
Secernono citochine.
TOSSICOLOGIA EPATICA
CELLULE DI KUPFER
Sono macrofagi stanziali e costituiscono l’80% dei macrofagi non circolanti dell’organismo.
Sono presenti nel lumen dei sinusoidi e la loro funzione primaria è di ingerire e degradare materiale particolato. Sono una fonte di citochine e possono agire come cellule presentanti antigeni.
TOSSICOLOGIA EPATICA
CELLULE DI ITO
Sono note anche come cellule del grasso e cellule stellate e sono localizzate nello spazio di Disse tra le cellule endoteliali e gli epatociti.
Sintetizzano il collagene e sono il sito di maggior immagazzinamento di vitamina A dell’intero organismo.
TOSSICOLOGIA EPATICA
FORMAZIONE DELLA BILE
La bile è un fluido che contiene:acidi grassiglutationefosfolipidicolesterolobilirubinaanioni organici, proteine, metalli
TOSSICOLOGIA EPATICA
FORMAZIONE DELLA BILE
Gli epatociti iniziano il processo trasportando gli acidi biliari, il glutatione e altri soluti nel lumen canalicolare, spazio formato da regioni specializzate della membrana plasmatica tra epatociti adiacenti.
TOSSICOLOGIA EPATICA
FORMAZIONE DELLA BILE
I canalicoli formano canali tra gli epatociti che mettono in connessione con una serie di canali o dotti più larghi nel fegato. I dotti biliari extraepatici sfociano nel dotto comune biliare.
TOSSICOLOGIA EPATICA
FORMAZIONE DELLA BILE
La bile può essere immagazzinata e concentrata nella colecisti prima di essere secreta nel duodeno.La colecisti è assente in alcune specie di mammiferi quali:
rattocavallobalena
TOSSICOLOGIA EPATICA
FORMAZIONE DELLA BILE
Trasportatori sono presenti nei sinusoidi e sulle membrane canalicolari degli epatociti e sono responsabili dell’accumulo di acidi biliari e bilirubina dal sangue e della loro secrezione nel lumen canalicolare.Processi attivi sono determinanti per l’ingresso di altri importanti costituenti della bile.
TOSSICOLOGIA EPATICA
FORMAZIONE DELLA BILE
Metaboliti dei leucotrieni, fosfolipidi, estrogeni e molti farmaci sono trasportati attraverso la membrana canalicolare da proteine note come:
Multiple Organic Anion Transporter (MOAT)Multi-drug-resistant (MDR) P-glicoproteins
TOSSICOLOGIA EPATICA
FORMAZIONE DELLA BILE
Fluidi e anioni entrano nella bile per diffusione paracellulare, transcitosi e endocitosi.
I metalli sono escreti nella bile da una serie di processi (non tutti noti) e l’escrezione biliare è importante nell’omeostasi di Cu, Mn, Fe, Zn, Au, Al e Hg.
TOSSICOLOGIA EPATICA
FORMAZIONE DELLA BILE
meccanismi di escrezione nella bile dei metalli:
1. Passaggio attraverso la membrana sinusoidale per diffusione facilitata o endocitosi mediata da recettori
2. Immagazzinamento mediante proteine leganti o lisosomi
3. Secrezione nei canalicoli via lisosomi, meccanismi accoppiati al glutatione o specifici trasportatori della membrana canalicolare
TOSSICOLOGIA EPATICA
CLASSIFICAZIONE MORFOLOGICA
Popper & Schaffner, 1959
1. Alterazioni epatocellulari senza reazione infiammatoria (Tipo I: necrosi e steatosi)
2. Colestasi intraepatica (Tipo II)
3. Necrosi epatica con reazione infiammatoria (Tipo II: epatite virale)
4. Non classificate
5. Epatocarcinoma
TOSSICOLOGIA EPATICA
LINEE GUIDA EPATOTOSSICITA’ DA FARMACI E SOSTANZE CHIMICHE
U.S. Public Health Service 1979
Tipo I: prevedibiledose e tempo dipendentepresente nella maggior parte degli espostiriproducibile nell’animale
Tipo II: non prevedibileindipendente dal tempo e dalla dosesporadicanon riproducibile nell’animale
TOSSICOLOGIA EPATICA
TOSSICOLOGIA EPATICA
TIPI DI DANNO EPATICO
1. STEATOSI2. MORTE DELL’EPATOCITA3. COLESTASI CANALICOLARE4. DANNO DEI DOTTI BILIARI5. CIRROSI6. DISORDINI VASCOLARI7. TUMORI
MECCANISMI DI DANNO ZONALE
sostanza meccanismo spiegazione
Zona 1sovraccarico di Fe perossidazione lipidica zona 1 contiene più Fe
della zona 3alcool allilico ossidazione ad acroleina zona 1 contiene più O2
Zona 3CCl4 attivazione da parte del zona 3 ha più Cit. P-450
Cit. P-450 a radicale libero e meno O2
CCl3
Acetaminofene sbilanciamento tra attivazione zona 3 ha più Cit. P-450Cit. P-450 e detossificazione e meno GSHdel GSH
TOSSICOLOGIA EPATICA
2O
TOSSICOLOGIA EPATICA
radicale superossido
catalasi H2O2 2H2O + O2
+ 2H+ H2O2 + O2
GSH perossidasiROOH + 2 GSH ROH + H2O + GSSG
Reazione di FENTON
Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH + OH-
radicale idrossilico
TOSSICOLOGIA EPATICA
STEATOSI
Viene definita come un aumento del contenuto in lipidi maggiore del 5% del peso
1. Eccesso di grassi liberi veicolati al fegato
2. Interferenza col ciclo dei trigliceridi
3. Aumento della sintesi o esterificazione degli acidi grassi
4. Riduzione nella ossidazione degli acidi grassi
5. Riduzione nella sintesi di apoproteine
6. Diminuzione della sintesi o secrezione di VLDL
TOSSICOLOGIA EPATICA
MORTE DELL’EPATOCITA
Necrosi rigonfiamento cellularerottura cellularedisintegrazione nuclearediffusione di cellule infiammatorie
Apoptosi restringimento cellulareframmentazione nucleareformazione di corpi apoptoticiassenza di infiammazione
segue
TOSSICOLOGIA EPATICA
MORTE DELL’EPATOCITA
La morte dell’epatocita può avvenire con aspetto:
1. Focale: caratterizzata da una distribuzione randomizzata di singoli epatociti o piccoli “cluster” di epatociti morti
2. Zonale: predominante in zona 1 (periportale) o 3 (centrolobulare)
3. Panacinare: morte massiva di epatociti con pochi sopravvisuti
segue
TOSSICOLOGIA EPATICA
COLESTASI CANALICOLARE
Definita come:
1. riduzione nel volume della bile
2. ridotta secrezione di specifici soluti nella bile
TOSSICOLOGIA EPATICA
DANNO DEI DOTTI BILIARI(COLESTASI COLANGIODISTRUTTIVA)
1. Rigonfiamento dell’epitelio biliare2. Presenza di detriti di cellule danneggiate nel
lumen duttale3. Infiltrazione di cellule infiammatorie dal tratto
portale
segue
TOSSICOLOGIA EPATICA
DANNO DEI DOTTI BILIARI(COLESTASI COLANGIODISTRUTTIVA)
La somministrazione cronica di tossine che causano distruzione dei dotti biliari può portare alla loro proliferazione e alla fibrosi con esito in cirrosi biliare.Altro possibile effetto è la perdita di dotti biliari, nota come sindrome del dotto biliare evanescente.
segue
TOSSICOLOGIA EPATICA
DANNO DEI DOTTI BILIARI(COLESTASI COLANGIODISTRUTTIVA)
Un caso celebre è quello noto come ittero di Epping, villaggio inglese, i cui abitanti hanno consumato prodotti provenienti da suolo contaminato con dianilina di metilene, composto usato per la produzione di resine epossidiche
TOSSICOLOGIA EPATICA
CIRROSI
E’ l’esito terminale di un danno cronico nel quale un esteso tessuto fibroso (collagene) viene depositato come risposta all’insulto diretto o all’infiammazione.E’ quindi la presenza massiva di tessuto cicatriziale attorno a noduli formati da epatociti rigenerati.E’ irreversibile.
TOSSICOLOGIA EPATICA
DISORDINI VASCOLARI
Possono essere interessati i sinusoidi o i grandi vasi.
Sinusoidi: allargamento delle finestre con intrappolamento degli eritrociti in esse o nello spazio di Disse. Conseguenza: infarcimento epatico con ipoafflusso periferico.
segue
TOSSICOLOGIA EPATICA
DISORDINI VASCOLARI
Altre forme: malattia veno-occlusiva che risulta dalla ostruzione non trombotica delle venule epatiche terminali o delle vene intraepatiche più piccole. Un potenziale aspetto della patogenesi è la distruzione dell’endotelio delle venule epatiche.
TOSSICOLOGIA EPATICA
TUMORI
1. a carico degli epatociti
2. a carico dei sinusoidi
3. epatocarcinoma androgeni e aflatossine
4. angiosarcoma CVM, arsenico, torio
TOSSICOLOGIA EPATICA
Steatosi CCl4, etanolo, ac. valproicoMorte cellulare acetaminofene, Cu, DMF, etanolo, Fe,
microcistinaColestasi canalicolare cloropromazina, ciclosporina A, 1,1,-
dicloretilene, estrogeni, etanolo, Mn, falloidina
Danno dei dotti biliari ANIT (-naftilisotiocianato), dianilina di metilene
Cirrosi As, etanolo, vitamina ADisordini vascolari As, dacarbazina, microcistinaTumori aflatossine, androgeni, torio, CVM
TOSSICOLOGIA EPATICA
MECCANISMI DI COLESTASI
1. Falle nelle giunzioni paracellulari: queste forniscono una notevole barriera (carica) alla diffusione di soluti tra sangue e lumen canalicolare, mentre acqua e piccoli ioni diffondono liberamente.-Naftilisotiocianato (ANIT) causa falle nelle giunzioni
ANIT falloidina
colchicina ciclosporina A
Mn
TOSSICOLOGIA EPATICA
MECCANISMI DI COLESTASI
2. Rottura della struttura o 3. dell’integrità funzionale del citoscheletro: interferenze nella formazione della bile diminuendo la velocità e la forza di contrazione canalicolare o la velocità di transcitosi attorno agli epatociti.Falloidina (2) si lega ai microfilamenti dell’actina del citoscheletro e rallenta la contrazione canalicolare in maniera dose-dipendente.Colchicina (3) inibisce la polimerizzazione della tubulina nei microtubuli, inibisce la secrezione di proteine nella bile, diminuendo la transcitosi microtubulo-dipendenti delle vescicole.
ANIT falloidina
colchicina ciclosporina A
Mn
TOSSICOLOGIA EPATICA
MECCANISMI DI COLESTASI
4. Inibizione dei trasportatori coinvolti nella formazione della bile.Ciclosporina A causa inibizione del trasporto con aumento degli acidi grassi e della bilirubina nel siero e riduzione del flusso biliare.
5. Concentrazione di forme reattive di sostanze tossiche nell’area pericanalicolare. I canalicoli sono ricchi in Cit. P.-450, ma poveri in GSH e GST con sbilanciamento tra bioattivazione e detossificazione.Mn, 1,1,-Dicloroetilene, Diclofenac
ANIT falloidina
colchicina ciclosporina A
Mn
TOSSICOLOGIA EPATICAMECCANISMI DI COLESTASI
Sono possibili anche più meccanismi contemporaneamente:
Cloropromazina altera sia la contrattilità canalicolare (2) sia il trasporto attivo di acidi grassi (4)
Estrogeni alterano il trasporto degli acidi grassi per effetto sulle membrane dei sinusoidi, inclusa la riduzione della Na/K ATPasi e modificano la componente lipidica della membrana plasmatica. Riducono il numero dei trasportatori degli acidi biliari.
TOSSICOLOGIA EPATICAATTIVAZIONE DELLE CELLULE SINUSOIDALI
La risposta agli effetti acuti di numerose tossine può essere modificata dalla precedente esposizione ad altre sostanze con effetto sui sinusoidi.
La tossicità dell’acetaminofene potrebbe essere aumentata o diminuita da sostanze che attivano o inattivano le cellule di Kupfer.
Allo stesso modo, la vitamina A causa un importante aumento della necrosi epatica indotta dal CCl4 attraverso il rilascio di specie reattive dell’ossigeno.
Sostanze tossiche potrebbero stimolare la produzione di collagene da parte delle cellule di Ito.
INDUZIONE ENZIMATICA
Effetto sull’attività degli enzimi microsomiali da parte di alcune sostanze xenobiotiche.
Consiste in una aumentata attività di tali enzimi con aumentato metabolismo delle sostanze endogene e xenobiotiche.
INDUZIONE ENZIMATICA
RECETTORE DI INDUZIONE: prodotto di un gene regolatore che, combinandosi con una molecola a basso P.M. dà inizio all’espressione di un altro gene che controlla la biosintesi dell’enzima
INDUZIONE ENZIMATICA
L’effetto degli induttori enzimatici può essere:
POLIVALENTE DDT, fenobarbital (in grado di indurre una vasta gamma di enzimi)
SELETTIVO benzopirene (in grado di indurre il metabolismo di sostanze della stessa classe)
INDUZIONE ENZIMATICA
Toluene, Xilene
DDT, Aldrin, Dieldrin
TCDD
Benzopirene, Metilcolantrene
Bifenilipoliclorurati
Fenilbutazone
Fenobarbital
Etanolo (effetto cronico)
Difenilidantoina
INDUZIONE ENZIMATICA
TEST
in vivo sull’animale:1. sleeping time (tempo di sonno indotto dal fenobarbital)2. tempo di paralisi indotto dalla zoxazolamina
normale 730 minutifenilbutazone 307 minutifenobarbital 102 minutibenzopirene 17 minuti
INDUZIONE ENZIMATICA
TEST
in vivo sull’uomo:
1. dosaggio 6-ß-idrossicortisolo urinario (aumentato)2. dosaggio acido D-glucarico urinario (aumentato)3. dosaggio attività GGT sierica (aumentata)4. Determinazione dell’emivita dell’antipirina (ridotta)
INDUZIONE ENZIMATICA
TEST
in vitro sull’animale:
1. dosaggio delle attività enzimatiche microsomiali (idrossilazione dell’anilina per i substrati di tipo II, demetilazione dell’aminopirina per i substrati di tipo I)2. dosaggio attività citocromo P-450
dopo somministrazione di induttori
INIBIZIONE ENZIMATICA
Effetto opposto a quello dell’induzione enzimatica.
INIBIZIONE ENZIMATICA
SKF 525 A (ß-dietilaminoetildifenilpropilacetato)
Tetracloruro di carbonio (attivivazione “suicida”)
Ozono
Monossido di carbonio
Metalli (Cd, Co, Pb, Se)
Etanolo (effetto acuto)
Desmetilimipramina