1. INTRODUZIONE
La Patologia infettiva rappresenta un aspetto particolare della Patologia ambientale in quanto è causata da agenti biologici presenti con localizzazione ubiquitaria nel sistema ecologico nel quale vive l’uomo. Lo studio di tali agenti fa parte di discipline quali la Microbiologia, la Virologia, la Parassitologia; è nostro compito, in questa sede, quello di comprendere i meccanismi patogenetici delle malattie da essi provocate nell’uomo. Solo se giudicato necessario ai fini di una migliore comprensione del meccanismo patogenetico, si farà riferimento a caratteristiche morfologiche, biochimiche, strutturali o tassonomiche degli agenti in questione.
L’uomo è circondato da un ambiente sterile soltanto durante lo sviluppo ontogenetico nell’utero materno. Il primo contatto contaminante, che mette fine alla condizione di sterilità del corpo (sterilità significa assoluta assenza di microrganismi) avviene in condizioni fisiologiche durante il passaggio attraverso il canale del parto con i microrganismi presenti in questo, il secondo col primo atto respiratorio quando vengono inalati i germi presenti nell’aria inspirata.
In senso lato si intende per infezione la presenza negli esseri viventi di microrganismi che in essi si riproducono mentre il contagio è la presa di contatto dell’organismo con gli stessi. Ne deriva che al contagio segue l’infezione soltanto se i microrganismi si riproducono, altrimenti si verifica per essi una condizione di sopravvivenza non dissimile da quella che gli stessi possono trovare in altri ambienti. La capacità dei microrganismi a sopravvivere in un ambiente non idoneo alla loro riproduzione è una caratteristica di specie che si presenta con un’ampia variabilità tra una specie e l’altra: il meningococco ed il gonococco, per esempio, sopravvivono soltanto qualche ora al di fuori dell’organismo mentre lo stafilococco ed i micobacteri anche alcuni mesi. Resistentissime sono, invece, le spore. Alla durata della sopravvivenza contribuiscono fattori ambientali: l’umidità, l’oscurità ed il freddo incidono negativamente sulla sopravvivenza dei microrganismi mentre la secchezza, la luce ed il caldo la favoriscono.
Solo in alcuni casi l’infezione evolve in malattia infettiva; ciò dipende non solo dalla specie che ha contagiato l’organismo ma anche dalla capacità di resistenza di questo, co¬me con maggiori dettagli si vedrà tra poco,
Avvenuto il contagio e subentrata l’infezione si vengono, difatti, a stabilire vari tipi di simbiosi tra l’organismo ed i microrganismi che in esso albergano:
a) parassitismo, allorquando delle due specie conviventi una ricava vantaggio per la sopravvivenza e l’altra danno;
b) mutualismo quando il vantaggio riguarda tutti e due i conviventi;
c) commensalismo quando il vantaggio riguarda uno solo dei due conviventi senza che l’altro ne sia, tuttavia danneggiato.
Non solo il parassitismo, ma tutte le forme di simbiosi possono essere facoltative o obbligate a seconda che la sopravvivenza si possa o meno verificare al di fuori dell’ospite.
È opinione diffusa che la condizione di parassitismo finisca col culminare sotto l’aspetto evolutivo in uno stato di equilibrio determinato da un lato da una progressiva riduzione della virulenza del parassita e dall’altro da un aumento della capacità di resistenza da parte dell’ospite, probabilmente geneticamente determinata. Sotto tale aspetto, il commensalismo ed il mutualismo rappresentano condizioni evolutive di un parassitismo originario; l’equilibrio raggiunto può venire turbato occasionalmente non tanto dall’incremento della virulenza del microrganismo quanto dalla diminuzione dei poteri di difesa dell’ospite, come meglio si vedrà a proposito delle infezioni cosiddette opportunistiche.
L’ambiente nel quale un microrganismo si riproduce abitualmente costituisce il suo «habitat». Salvo che in particolari condizioni, la popolazione microbica di una determinata area è sempre mista, cioè consiste di più specie, e solo eccezionalmente è pura, cioè costituita da una sola specie. Ciò significa una popolazione bacterica mista è rappresentata da un gruppo di specie specificamente adattate o ambientalmente selezionate per vivere nello stesso «habitat».
2. PATOLOGIA GENERALE DELLE INFEZIONI MICROBICHE
2.1. LA FLORA SAPROFITICA NORMALE DELL’ORGANISMO
Il corpo umano nella sua superficie cutanea e nelle sue cavità in comunicazione con l’esterno rappresenta un eccellente «habitat» per molte specie microbiche che vi colonizzano senza causare alcun danno apprezzabile all’ospite e costituiscono la cosiddetta flora saprofitica normale dell’organismo, esempio chiaro di una condizione di commensalismo ed in qualche caso di mutualismo.
Alcune specie colonizzano in vari distretti dell’organismo mentre altri hanno per «habitat» una regione ben determinata che è, in genere, definitiva per tutta la durata della vita dell’ospite. Le varie specie microbiche che costituiscono la flora normale so-no in continua competizione tra loro col risultato di una vicendevole autolimitazione dello sviluppo. Tale competitività che si verifica con meccanismi ancora sconosciuti si manifesta anche nei confronti di microrganismi estranei che possono pervenire in un sito dove alberga una flora bacterica normale: è questa una delle difficoltà che incontrano anche molti microrganismi patogeni per i quali, una volta che abbiano determinato il contagio, la sopravvivenza moltiplicativa risulta ostacolata dalla competitività della flora bacterica normale. È ancora poco chiaro se al verificarsi del fenomeno contribuisca l’elaborazione da parte dei microrganismi della flora bacterica normale di sostanze con attività antibacterica o la maggiore utilizzazione, a causa della netta prevalenza numerica, di un qualche metabolita utilizzato per la nutrizione bacterica che verrebbe, di conseguenza, a comportarsi come fattore limitante dello sviluppo per i pochi microrganismi esogeni contagianti. Ad onta di ciò, alcuni microrganismi patogeni riescono ad intromettersi tra la flora bacterica normale ed a convivervi senza arrecare danno all’organismo ammenoché non si verifichi un cambiamento di sede, come avviene, per esempio, nel caso di Staphylococcus aureus sulla cute. La flora batterica normale della cute e delle ghiandole sebacee è alquanto contenuta a causa del potere battericida della cute stessa. Essa è essenzialmente costituita da poche specie bacteriche, in prevalenza cocchi grampositivi (Staphylococcus epidermidis, Sarcina alle quali occasionalmente in alcuni soggetti può associarsi S. aureus, che è una specie patogena che, pur avendo per «habitat» il naso nei portatori, colonizza sulla cute delle mani e del volto. Nelle secrezioni grasse della cute, sono frequenti molti lieviti come Pityrosporum ovalis e P. orbicularis, mentre nelle secrezioni auricolari e genitali si ritrovano alcuni bacilli acido resistenti, come, per esempio il Mycobacterium smegmatis e molti difteroidi.
La flora bacterica normale dell’apparato respiratorio è costituita, oltre che da Staphylococcus albus e, talora S. aureus, anche da varie specie di difteroidi e di Neisseria. Nelle fosse nasali è spesso presente S. aureus. Possono essere presenti nel rinofaringe di soggetti apparentemente sani anche diversi germi che vengono detti patogeni occasionali quali pneumococchi, Haemophilus influenzae, Neisseria meningiditis, Klebsiella pneumoniae e altri. La trachea, i bronchi ed il parenchima polmonare sono nei soggetti normali generalmente privi di microrganismi che vengono trattenuti nel corso del loro passaggio attraverso le vie tortuose del naso che agiscono da filtro. Quelli che riescono a sorpassare il filtro restano intrappolati sulla superficie mucosa del rinofaringe e della trachea ed espulsi dall’azione delle cellule ciliate per cui risalgono le vie respiratorie venendo eliminati con l’espettorato.
La flora bacterica normale del cavo orale è costituita da molte specie tra cui lo Streptococcus salivarius che colonizza con estrema rapidità tanto che la sua presenza è dimostrabile già 12 ore dopo la nascita. Molte specie bacteriche saprofite sintetizzano sostanze ad attività similantibiotiche che sembrano esercitare un’azione protettiva verso diversi germi patogeni; altre specie, invece, digeriscono particelle alimentari che si sono insinuate tra i denti o tra questi ed il colletto gengivale. Oltre allo Staphilococcus epidermidis ed allo Streptococcus mitis, si ritrova la Neisseria catarralis e tutta una serie di streptococchi non emolitici e di spirochete anaerobie. Alle molte specie saprofite di Lactobacillus è stata imputata la possibilità di contribuire alla genesi della carie in quanto produttori di acido lattico che sarebbe responsabile dell’attacco allo smalto. Un lievito, che di frequente è causa di infezioni opportunistiche e che è costantemente presente nella flora bacterica orale è Candida albicans, responsabile del mughetto.
La maggior parte dei germi che con gli alimenti raggiungono la bocca viene successivamente distrutta dall’acido cloridrico del succo gastrico con la conseguenza che lo stomaco risulta praticamente privo di una sua flora normale. Per quelli che sopravvivono all’ambiente acido dello stomaco, e che raggiungono il duodeno, questa parte dell’intestino anche ad ambiente acido non fornisce un «habitat» idoneo alla moltiplicazione. Nel rimanente tenue, invece, si fa sentire l’azione della bile e dei sali biliari con la conseguenza che l’ambiente diventa alcalino ed i germi trovano condizioni idonee alla riproduzione, che diventano ottimali a livello soprattutto del cieco e del colon.
La flora bacterica normale dell’intestino è costituita da bacilli coliformi con prevalenza di Escherichia coli, enterococchi, clostridi, (soprattutto Clostridium perfrigens), diverse specie di Bacillus, germi anaerobi gramnegativi asporigeni e pleomorfi del genere Bacteroides (che costituiscono il gruppo predominante), bacilli saprofiti acido resistenti. Molti bacteri della flora normale intestinale vanno incontro a morte e vengono eliminati con le feci il cui contenuto bacterico si aggira intorno ad 1/3 del peso fresco.
La dieta ha una grande importanza nel selezionare le specie che albergano come saprofite nell’intestino. Si ricorda che nel bambino allattato al seno la flora consiste pressocché esclusivamente di Lactobacillus bifidus che nella prima infanzia costituisce circa il 90% della flora stessa. L’alimentazione prevalentemente carnea favorisce la colonizzazione di microrganismi produttori di enzimi proteolitici.
La flora bacterica normale dell’intestino varia considerevolmente da specie a specie animale, come dimostra il fatto che Escherichia coli è molto meno frequente tra gli erbivori che tra i carnivori, mentre nella cavia i lattobacili costituiscono circa l’80% della flora bacterica intestinale, il rimanente 20% essendo rappresentato da microrganismi del suolo e dell’aria. L’importanza della flora bacterica intestinale deve quindi essere riguardata in rapporto alla specie di appartenenza dell’ospite. Si può affermare che nei carnivori la flora bacterica intestinale non è indispensabile per la sopravvivenza, come ben dimostra la possibilità di allevare animali «germ-free», cioè privi di germi che vengono fatti nascere per taglio cesareo e, quindi, stabulati in condizioni asettiche ed alimentati con diete sterili. Tuttavia, la somministrazione prolungata di antibiotici, che induce profonde modificazioni della flora bacterica intestinale con elevata mortalità tra i suoi componenti, da luogo a fenomeni di avitaminosi per la scomparsa di quelle specie batteriche che sono produttrici di vitamine, soprattutto del complesso B.
A differenza dei carnivori, negli erbivori la flora del rumine rappresenta un esempio di vera e propria simbiosi di tipo mutualistico. Da un lato i microrganismi, che sono produttori di cellulasi digeriscono la cellulosa, che è il polisaccaride prevalente tra i carboidrati presenti nella dieta vegetariana degli erbivori. La cellulosa è trasformata in anidride carbonica, metano, ammoniaca, acido acetico, acido propionico, acido lattico ed acido buttirico. Le proteine bacteriche, d’altro lato, così come vari prodotti del metabolismo, per esempio vitamine, rappresentano per l’ospite una considerevole fonte di nutrimento. D’altro canto i bacteri del rumine trovano nel rumine un «habitat» ideale in quanto sono adattati a vivere ed a moltiplicarsi in ambiente acido (tra pH 5,5 e 7,0), in condizioni anaerobiche ed a temperature di 39-40°C. La decomposizione della cellulosa è effettuata da bacteri detti iodofili perché, a causa delle sostanze amilacee di cui sono ricchi si colorano intensamente con lo iodio. Altre specie esercitano, invece, attività amilolitica.
La flora bacterica normale della vagina varia anche a seconda dell’età del soggetto. Prima della pubertà e dopo la menopausa, cioè in condizioni di deficienza di estrogeni, l’ambiente vaginale è alcalino e contiene i normali saprofiti della cute, quali stafilococchi, streptococchi, coliformi e difteroidi. Nel periodo fertile, invece, l’ambiente vaginale è acido a causa della produzione di acido lattico dal glicogeno presente nel rivestimento epiteliale che è operato da lattobacilli acido resistenti con prevalenza di Lactobacillus acidophilus, il cosiddetto Bacillo di Döderlein. La flora vaginale di lattobacilli crea un ambiente inidoneo alla proliferazione di altri microrganismi.
2.2 LE INFEZIONI OPPORTUNISTICHE
Alcuni microrganismi della flora normale possono assumere un ruolo patogeno in circostanze abbastanza bene individuate per esempio quando si verifica un decadimento dei poteri di difesa dell’organismo o allorquando i tessuti vengono lesi. Hanno così origine le infezioni cosiddette opportunistiche che si verificano sia per contagio interumano che per auto-inoculazione di microrganismi. Oltre che per le suddette ragioni, riguardanti l’ospite, le infezioni opportunistiche si verificano anche per un turbamento nell’ecologia dello «habitat», molto frequentemente causato da una incongrua somministrazione di antibiotici, soprattutto se prolungata nel tempo, che, uccidendo la maggior parte dei componenti della flora normale, provoca nei superstiti, che ad essi sono resistenti, un accentuato sviluppo per il venir meno di quei fenomeni di competitività ai quali si è fatto dianzi cenno. Infezioni opportunistiche possono conseguire anche al cambiamento di sede di un microrganismo commensale potenzialmente patogeno, come avviene allorquando i microrganismi coliformi dell’intestino raggiungono le vie urinarie.
2.3. LE INFEZIONI DA MICRORGANISMI PATOGENI
I microrganismi che colonizzando nell’orgaismo dell’ospite danno luogo a manifestazioni patologiche, e pertanto vengono detti patogeni, rappresentano una piccolissima percentuale di quelli presenti in natura che vivono o da simbionti innocui di varie specie animali o nei vari «habitat» naturali come l’aria, l’acqua, il suolo. La patogenicità è, quindi, un attributo molto raro dei microrganismi alla cui estrinsecazione concorrono vari fattori tra i quali si ricordano:
a) la trasmissibilità, cioè la capacità di raggiungere il nuovo ospite provenendo da un altro ospite vivente o da un altro sito dove sia stata possibile la sopravvivenza, almeno per un certo tempo;
b) l’infettività, che è la capacità di attecchire nei tessuti di un determinato ospite dando luogo all’infezione col superamento di alcune barriere difensive;
c) la virulenza, che risulta, a sua volta da un insieme di fattori che permettono la moltiplicazione dei bacteri nell’organismo ospite con l’eventuale estrinsecazione di attività patogena.
Non tutti gli autori sono d’accordo sul significato da attribuire ai termini di «virulenza» e di «patogenicità». Per alcuni essi sono sinonimi, per altri la virulenza rappresenta il grado di patogenicità esprimibile da una determinata specie bacterica o meglio, nell’ambito di una stessa specie, da un determinato ceppo; per altri ancora la virulenza consiste solo nella capacità di superare le difese immunitarie e non dell’organismo ospite e di moltiplicarsi in esso mentre la patogenicità viene limitata alla possibilità di provocare la manifestazione patologica prevalentemente grazie all’elaborazione di costituenti tossici sintetizzati dai microrganismi e da essi secre¬ti attivamente o liberati in seguito a processi di autolisi.
A) Infettività
Per dare inizio all’infezione i microrganismi patogeni devono attecchire, cioè essere in grado di superare le prime linee difensive dell’ospite quali la cute e le mucose che rappresentano le sedi dove più comunemente avviene il contagio. I tessuti superficiali possono opporsi all’impianto o anche al semplice passaggio dei microrganismi o perché intervengono fattori meccanici quali, per esempio, il movimento delle ciglia vibratili dell’epitelio bronchiale o perché sono costituiti da cellule che non sono penetrabili dai microrganismi. A questo livello agisce anche l’effetto competitivo esercitato dai componenti della flora bacterica normale per la produzione di sostanze ad attività bactericida.
Molti microrganismi sintetizzano sostanze capaci di inibire lo sviluppo di altri germi ed alle quali i produttori sono insensibili. Tali sostanze comprendono composti a basso peso molecolare fornite di attività antibiotica e composti ad alto peso molecolare, di natura proteica che sono state denominate bacteriocine le quali esercitano attività bactericida su diversi microrganismi che risulta specifica per alcuni ceppi della stessa o di altre specie. Il primo esempio di attività bacteriocinica fu quello che dimostrava la competività tra vari microrganismi grampositivi e precisamente l’inibizione dello sviluppo di alcuni ceppi di bacilli difterici ad opera degli stafilococchi ma successivamente il fenomeno si è dimostrato di portata generale sia nei riguardi dei componenti della flora saprofitica che di quella patogena. Le bacteriocine sono state per un certo tempo denominate con termini derivati dalla specie produttrice (colicine, piocine, pesticine, vibriocine, megacine, stafilococcine, etc.). Oltre che in maniera specifica, la competitività si estrinseca in maniera aspecifica con la produzione di H2O2, varie tossine litiche, come le emolisine stafilococciche e streptococciche e le fosfolipasi dei clostridi.
Molto interessante è, quindi, il fenomeno della selettività dell’attecchimento dei microrganismi patogeni che riguarda non solo la specie animale ma anche, nell’ambito della stessa specie, le cellule di determinati tessuti.
Pressochè nulla sappiamo sui meccanismi che presiedono al tropismo di specie dell’ospite: il bacillo del carbonchio, per esempio, è patogeno per l’uomo, per i bovini e per gli ovini ma non per il cane e per il ratto; esso, come dimostrò Luigi Pasteur, può diventarlo per il pollo solo a condizione che in questo animale si determini un abbassamento della temperatura corporea facendolo stazionare con le zampe nell’acqua, verosimilmente perchè in tal maniera si interferisce con alcuni fattori dell’immunità naturale. La dissenteria colpisce soltanto i primati, la blenorragia è un esclusivo appannaggio dell’uomo così come la malattia di Jones lo è dei bovini.
L’incapacità genetica a contrarre una determinata malattia infettiva va sotto il nome di refrattarietà che verosimilmente è correlabile alla presenza generalizzata in tutte le cellule dell’organismo di quei fattori che, nella specie sensibili, condizionano la resistenza della maggior parte dei tessuti all’attecchimento dei microrganismi.
La selettività di tessuto ai fini dell’attecchimento dei microrganismi rappresenta la capacità specifica di impiantarsi su alcuni tipi di epitelio e non su altri. Il Proteus ed il Corynebacterium renale verso cui gli epiteli dell’apparato urinario sono particolarmente sensibili, in tanto manifestano tale tropismo in quanto, essendo produttori di ureasi, scindono l’urea con produzione di ammoniaca che, neutralizzando il quarto componente del complemento impedisce a tale fattore dell’immunità naturale di espletare la sua azione bactericida. La localizzazione selettiva di Brucella abortus in corrispondenza della placenta dei bovini, dei suini e degli ovini è stata riportata alla ricchezza in eritriolo dei tessuti placentari. Tale sostanza favorisce in maniera eclatante la moltiplicazione delle brucelle sia nei terreni di coltura che negli animali da esperimento. Gli steptococchi viridanti albergano negli epiteli dell’albero respiratorio; se questo ne viene privato per intensa terapia antibiotica, viene ripopolato dagli stessi non appena la terapia viene sospesa.
In molti casi la selettività di localizzazione tissutale trova riscontro in alcune strutture della superficie bacterica (emoagglutinine, fimbrie). Nel caso di Neisseria gonorrheae, per esempio, le fimbrie sono utilizzate per la fissazione del germe ad alcune cellule epiteliali, agli eritrociti ed agli spermatozoi mentre responsabile dell’attacco ai polimorfonucleati è una proteina superficiale denominata LA (Leucocyte-association factor).
L’instaurarsi o meno dell’infezione dipende molto spesso dalla carica bacterica, cioè dal numero di microrganismi che provocano il contagio. Essa rappresenta, quindi, un altro fattore determinante della capacità infettiva. Si ritiene che quanto più elevato è il numero di microrganismi al momento del contagio tanto maggiore è la percentuale di germi virulenti. Certamente in questo fenomeno debbono intervenire anche altri fattori, ancora inesplorati o del tutto ignoti, come è, per esempio, dimostrato dal fatto che nell’ambito delle infezioni da Salmonella quella provocata da S. typhy consegue alla penetrazione di una piccola carica microbica mentre nel caso di altre specie, responsabili di tossinfezioni alimentari, la sintomatologia caratterizzata da vomito e da diarrea interviene soltanto se sono stati ingeriti un gran numero di microrganismi.
B) La virulenza e i suoi fattori
I risultati di numerose indagini epidemiologiche hanno dimostrato che i membri di una determinata famiglia microbica causano nell’uomo infezioni la cui gravità varia in funzione del ceppo che funziona da agente etiologico: questo è il caso di Shigelia dysenteriae, gruppo 1, che causa infezioni molto più gravi del gruppo 4, un’attività intermedia essendo posseduta dai gruppi 2 e 3. Analogamente, le infezioni provocate dal ceppo gravis di C. diphteriae culminano in una mortalità maggiore di quelle causate dal ceppo mitis. I ceppi di micobacteri isolati dagli ammalati in India provocano la morte delle cavie in cui sono inoculati, solo se il numero dei germi è elevato mentre per i ceppi isolati da pazienti europei la carica bacterica che induce la morte delle cavie può essere notevolemente inferiore.
Nell’ambito dei micobacteri si ricorda come da tempo siano noti ceppi come il Brevanne e l’H37,Rv, che provocano la morte dell’animale da esperimento per inoculazione in questo o di un numero molto ridotto di germi, ed altri come il B.C.G. (Bacillo di Calmette e Guerin) che, pur riproducendosi largamente nell’uomo non inducono in esso la comparsa di manifestazioni patologiche evidenti.
Sulla base di questi e di altri risultati epidemiologici, clinici e sperimentali si è detto che la virulenza, intesa come capacità del microrganismo a provocare un fatto patologico, non rappresenta un fenomeno costante dei germi patogeni ma varia non solo tra specie e specie ma anche tra ceppe e ceppo della stessa specie.
Tra i vari fattori della virulenza quelli maggiormente noti sono rappresentati dai fenomeni selettivi, dalla capsula, dagli antigeni di superficie e da alcuni enzimi sintetizzati dalle cellule bacteriche. Altri fattori di virulenza, in genere più intensamente studiati sono le tossine bacteriche alle quali viene dedicato un apposito paragrafo.
a) Fattori selettivi. È noto da tempo che i micobacteri di recente isolamento da pazienti affetti da tubercolosi florida inoculati nella cavia causano la comparsa di gravi lesioni specifiche che conducono rapidamente a morte l’animale. Gli stessi micobacteri in seguito alla coltivazione nei terreni di coltura perdono gradatamente la capacità di provocare un effetto patogeno nell’animale sensibile e, dopo numerosi passaggi nei terreni colturali, finiscono col dimostrarsi del tutto avirulenti. Fenomeno opposto si verifica se i microrganismi, dopo essere stati a lungo coltivati nei terreni, vengono fatti sviluppare in animali sensibili; gradualmente si assiste alla ricomparsa della capacità patogena con un incremento nella rapidità dell’effetto letale. Si suol dire che nel primo caso la coltura si è svirulentizzata e nel secondo virulentizzata. È evidente che la popolazione dei micobacteri presente nell’espettorato degli ammalati affetti da tubercolosi florida ha per quanto riguarda la capacità di estrinsecare la propria virulenza, una composizione eterogenea con prevalenza di individui molto virulenti i quali trovano nei terreni di coltura un ambiente poco favorevole al loro sviluppo. Al contrario, i pochi individui avirulenti si sviluppano rigogliosamente nel terreno di coltura, evidentemente perché trovano condizioni ambientali più idonee di quelle presenti nell’ospite vivente, per cui dopo numerosi trasferimenti da terreno a terreno finiscono, per fenomeni di selezione, a prevalere numericamente sugli individui virulenti. Viceversa, nel processo di virulentizzazione, che avviene durante i passaggi dei microrganismi negli animali sensibili, i germi avirulenti soccombono all’attacco dei meccanismi di difesa dell’ospite mentre sopravvivono quelli in grado di resistervi, cioè i virulenti, col risultato che dopo un certo numero di passaggi la composizione qualitativa della popolazione microbica è cambiata, riscontrandosi nella stessa una netta prevalenza di individui virulenti.
Ad onta di numerosissime ricerche, la identificazione dei fattori di virulenza in Mycobacterium tuberculosis non è stata seguita da successo.
A) La capsula. Esperimenti simili di virulentizzazione della coltura attraverso il passaggio in animali sensibili e di svirulentizzazione per trasferimenti successivi nei terreni colturali hanno dato per numerosi altri germi risultati sovrapponibili a quelli ottenuti col micobacterio tubercolare ed in qualche caso hanno permesso l’identificazione di un fattore di virulenza con un costituente del corpo batterico. Si è, in tal maniera, compreso che i microrganismi sintetizzano i costituenti responsabili della virulenza solo quando nell’«habitat» trovano metaboliti idonei alla biosintesi degli stessi ovvero molecole che danno inizio all’innesco di processi di biosintesi enzimatica indotta.
Oggetto di tali studi sono stati inizialmente gli pneumococchi per i quali si è messo in evidenza che i microrganismi presenti nei materiali patologici sono costantemente forniti di capsula e dotati di grande virulenza dimostrabile dall’induzione di fenomeni patologici nell’animale sensibile, in questo caso il topo. Le forme bacteriche acapsulate si rinvengono, invece, nei terreni di coltura e le stesse risultano scarsamente virulente tanto che per provocare la morte del topo è necessario inoculare allo stesso un grandissimo numero di microrganismi. Dall’animale così trattato si isolano successivamente soltanto pneumococchi capsulati.
Dalle indagini condotte sullo pneumococco sono emersi altri importanti dati che hanno fatto identificare i costituenti della capsula come fattori responsabili della virulenza;
1) L’inoculazione di pneumococchi capsulati in dose letale nel topo non induce la morte dell’animale se questo era stato in precedenza vaccinato con il polisaccaride capsulare tipo specifico o se, contemporaneamente all’inoculazione degli pneumococchi, riceve siero immune, cioè anticorpi eterologhi antipolisaccaride capsulare tipo specifico o enzimi che specificamente idrolizzano questo;
2) Gli pneumococchi privi di capsula divengono nell’organismo rapida preda dei fagociti alla cui azione resistono gli individui virulenti, cioè forniti di capsula, che, pertanto, trovano condizioni favorevoli al loro sviluppo selettivo.
3) Una sospensione di pneumococchi acapsulati che «in vitro» viene facilmente fagocitata dai leucociti e dai macrofagi murini, sfugge alla fagocitosi se alla sospensione viene aggiunto materiale capsulare.
4) L’inoculazione del polisaccaride capsulare nel topino insieme a pneumococchi privi di capsula provoca la morte dell’animale che sopravvive al trattamento separato effettuato rispettivamente o con il polisaccaride o con i germi privi di capsula.
5) Lo pneumococco, tipo 3, è di gran lunga il più virulento tra gli ottanta e più tipi in quanto è fornito di una quantità maggiore di materiale capsulare. Le differenze nel grado di virulenza verso il topo nell’ambito dello stesso tipo capsulare sono state costantemente correlate negli pneumococchi alla quantità di polisaccaride presente nella capsula.
6) Membri di differenti tipi capsulari, che sono causa di frequenti manifestazioni patologiche nell’uomo, pur essendo forniti di capsula, mancano della capacità di attivare la via alternativa del complemento ed in tal maniera evadono la fagocitosi in assenza degli anticorpi specifici. Non è stata identificato la sequenza saccaridica che è responsabile di tale fenomeno.
7) Nessun polisaccaride capsulare è dotato di potere tossico. L’animale sensibile risponde all’inoculazione del polisaccaride solo in via immunitaria; il polisaccaride purificato è immunogeno soltanto per il topo e per l’uomo mentre si comporta da aptene per le altre specie animali.
Anche nel caso di altri microrganismi la correlazione tra presenza di capsula e virulenza ha trovato riscontro in molti esempi sia clinici che sperimentali. Per quanto riguarda Bacillus anthracis si è visto che l’acido poliglutammico capsulare va francamente riguardato come fattore di virulenza.
B) Antigeni superficiali. Molte strutture superficiali della superficie bacterica, la cui identificazione si è resa possibile per via immunochimica in quanto sono dotati di buon potere immunogeno, contribuiscono all’estrinsecazione della virulenza dei microrganismi che ne sono forniti.
Qualche volta, nei germi che sono anche forniti di capsula, gli antigeni di superficie esplicano un’azione sinergica a quella dei costituenti capsulari. Questo è il caso di Staphylococcus aureus i cui ceppi virulenti sintetizzano un fattore che si localizza nella parte superficiale del corpo bacterico in grado di interferire con la risposta infiammatoria nel sito dell’infezione per cui la crescita microbica continua in maniera rigogliosa. Oltre a tale fattore sempre sulla parete ne è presente un altro, la proteina A, che è legata covalentemente al peptidoglicano parietale; è stato dimostrato che essa impedisce alle opsonine di esercitare il loro effetto favorente la fagocitosi perché compete con le opsonine per i recettori per i frammenti Fc di queste, presenti sulla superficie dei polimorfonucleati. La proteina A è presente in tutti i ceppi coagulasi positivi, che sono virulenti ed è assente nei ceppi virulenti coltivati in terreno solido contenente mannite che ne inibisce la sintesi. I germi coltivati su agarmannite esibiscono una notevole minore resistenza alla fagocitosi.
Altre strutture superficiali della parete cellulare bacterica che incrementano la resistenza alla fagocitosi sono la proteina M degli streptococchi emolitici del gruppo A, una glicoproteina superficiale di Pasteurella pestis e l’antigene Vi di Salmonella D.
C) Enzimi. Uno dei primi enzimi bacterici ad essere collegato con il fenomeno della virulenza è stato la coagulasi, prodotta dagli stafilococchi sulla base delle osservazioni che soltanto i ceppi che la producono in coltura risultano virulenti. È nota da tempo la prova della coagulasi che si esegue «in vitro» incubando una sospensione di germi con plasma citratato o epariniriato al fine della identificazione della virulenza dei microrganismi isolati dai focolai patologici.
Sono stati identificati sette tipi di coagulasi che si differenziano l’una dall’altra per il differente potere antigene. È stata anche identificata una altra coagulasi che non si libera dai corpi bacterici e, pertanto, non è rinvenibile nel terreno di coltura in quanto resta legata alla parete cellulare. Si tratta della cosiddetta coagulasi legata (clumping factor) che non è, a differenza delle altre coagulasi, immunogena. Sembra che le coagulasi agirebbero «in vivo» provocando la coagulazione del plasma attorno alle cellule bacteriche che, venendo ricoperte da un reticolo di fibrina, maschererebbero gli antigeni superficiali rendendo la cellula bacterica insensibile all’azione delle immunoglobuline opsonizzanti e, quindi, anche alla fagocitosi. Bersaglio delle coagulasi è un fattore similtrombinico che si trova associato alla frazione globulinica del plasma, noto col nome di C.R.F. (Coagulale Reacting Factor). Sembra, invece, che il «clumping factor» agisca direttamente sul fibrinogeno o su di un differente costituente proteico del plasma.
Altri enzimi collegati alla virulenza che interferiscono sempre sul sistema della coagulazione sono alcune chinasi, presenti negli stafilococchi e negli streptococchi che agiscono sul plasminogeno trasformandolo in un enzima capace di agire sulla fibrina umana. La fibrinolisi favorirebbe la diffusione degli streptococchi dai focolai infiammatori che generalmente sono avviluppati da fibrina. Le opinioni sul ruolo effettivamente giocato dalla streptochinasi sono contrastanti essendo stato dimostrato che streptococchi patogeni che provocano solo lesioni circoscritte e che mai diffondono nell’organismo infetto sono anch’essi produttori di fibrinolisina.
Altri enzimi collegati alla virulenza microbica e che meritano di essere qui ricordati, anche se la loro reale attività «in vivo» non è scevra di critiche, sono la ialuronidasi che è un enzima che idrolizza l’acido ialuronico, cioè la sostanza cementante che lega insieme le cellule dei tessuti. Anche in questo caso è stato dimostrato che germi non patogeni ed anche lo stafilococco aureo, che di solito causa lesioni circoscritte, liberano ialuronidasi e che la virulenza di Clostridium welchii, che produce ialuronidasi, rimane immodificata dopo trattamento con siero antiialuronidasi.
Sono stati posti in discussione, sempre in rapporto con la virulenza, altri enzimi batterici ad attività depolimerizzante su costituenti complessi dell’ospite (mucinasi, lipasi, proteasi, nucleasi) variamente presenti in varie specie di microrganismi patogeni e non patogeni alle quali nel loro insieme è stato dato il nome, ora non più in auge di aggressibile e o unpedine.
Per concludere si ricorda il ruolo giuocato da una collagenasi di Clostridium welchii, che è stata implicata nella patogenesi della gangrena gassosa e la neuraminidasi, una mucinasi prodotta da molti batteri e virus che catalizza l’idrolisi di mucoproteine della superficie cellulare facilitando la penetrazione intracellulare dei microrganismi.
C) Determinazione della virulenza
Le prove atte a determinare la virulenza dei microrganismi vengono eseguite adoperando animali sensibili come il topo e la cavia dei quali non è difficile ottenere la standardizzazione di alcuni parametri, quali, l’età, il sesso, il peso e alcuni caratteri genetici che vengono selezionati nella formazione dei cosiddetti ceppi «inbred». La virulenza di un determinato germe in esame viene paragonata a quella di un ceppo «standard» (nota per essere stata determinata numerose volte) ed è espressa in termini di dose letale mediana (LD50), cioè nel numero di microrganismi che è necessario inoculare per provocare la morte nel 50% circa degli animali con essi inoculati.
Coloro che enfatizzano la differenza tra virulenza e patogenicità sostenendo che la prima rappresenta soltanto la capacità del microrganismo a superare le barriere difensive meccaniche ed immunitarie aspecifiche dell’organismo mentre la seconda è espressione della capacità di determinare la manifestazione patologica, cioè la malattia, ritengono che quest’ultimo processo risulti dall’interazione di numerosi fattori e propongono, tuttavia, una semplificazione del fenomeno sulla base della formula seguente:
P = N x V / P
dove P sta per patogenicità (produzione della malattia). N, indica il numero dei germi che producono il fenomeno patologico e rappresenta il fattore di maggiore importanza. Pochi germi, difatti, possono essere così virulenti da far si che l’inoculazione di uno solo di essi provochi la comparsa della manifestazione morbosa nell’animale in esame.
Per molti microrganismi forniti di virulenza di vario grado la dose minima che provoca l’effetto patogeno è in genere oscillante tra qualche e diverse centinaia di cellule. Sono noti ceppi con virulenza così bassa che si rende necessaria ai fini dell’induzione della malattia l’inoculazione di centinaia di migliaia di cellule e, talora ancora di più. Questa dose non deve affatto suscitare meraviglia in quanto la si raggiunge con molta facilità nell’ingestione di alimenti o di latte o di acqua inquinati dalla presenza di germi.
Sempre nella formula suddetta il termine V indica la capacità del microrganismo di penetrare le difese superficiali dell’organismo, sopravvivere alle difese umorali e cellulari ed impiantarsi in organi importanti per i quali è fornito di particolare tropismo. La ragione per la quale nel numeratore è scritto N x V e non N + V consiste nel fatto che l’azione inizialmente espletata da un piccolo numero di microrganismi finirà con l’essere moltiplicata molte volte a causa della rapida attività moltiplicativa che è una caratteristica dei germi patogeni.
R, infine, presente nel denominatore della formula, indica la resistenza dell’ospite e rappresenta la somma dei fattori difensivi dell’ospite.
2.4. LE SORGENTI DI INFEZIONE PER L’UOMO
La maggior parte delle infezioni che colpiscono l’uomo rappresenta la conseguenza del contagio con microrganismi provenienti da altri esseri umani; un certo numero di malattie, tuttavia, viene trasmesso all’uomo dagli animali (zoonosi) mentre soltanto una piccola aliquota è provocata da microrganismi che hanno per «habitat» il suolo o l’acqua. In tutti i casi, quindi, si tratta di infezioni esogene, cioè provenienti dall’esterno. Si parla, invece, di infezioni endogene quando l’agente patogeno è presente in una condizione di reale o apparente innocuità nell’organismo già prima che si manifesti l’inizio della sintomatologia.
Le infezioni esogene assumono il carattere di epidemia allorquando in una popolazione il numero dei soggetti che subiscono l’infezione, manifestando la malattia, va incontro rapidamente ad un marcato aumento in confronto alla morbosità che abitualmente si manifesta nell’ambito della popolazione stessa. L’epidemia può insorgere anche in una popolazione nella quale una determinata malattia è endemica. Per endemia si intende la presenza di una malattia in una determinata popolazione o comunità con un andamento costante che può dare origine anche a puntate epidemiche.
Si intende per pandemia la diffusione di una epidemia dall’una all’altra regione o anche dall’uno all’altro continente con contemporanea elevata morbosità, cioè comparsa di nuovi casi. Esempi di pandemia sono la peste ed il colera nel passato; attualmente una malattia che talora assume una diffusione pandemica è l’influenza.
2.5. INFEZIONI ESOGENE
La modalità più frequente di contagio è quella interumana sia che il microrganismo patogeno provenga da un individuo ammalato che da uno convalescente o da un portatore sano. Nella maggior parte dei casi l’infezione viene acquisita per contagio da un soggetto ammalato con sintomatologia in atto, la quale, peraltro, può essere così modesta da non richiamare l’attenzione dell’interessato. Non bisogna ritenere a tal proposito che quanto più grave sia la sintomatologia provocata dalla malattia infettiva tanto più frequente sia il contagio interumano; la presenza nella popolazione di ammalati con sintomatologia lieve o subclinica favorisce la diffusione del contagio ai soggetti sani in quanto sovente i sintomi non comportano interruzione dell’attività lavorativa. La storia naturale di tali malattie (tubercolosi, sifilide, blenorragia etc.) ha, quindi, per protagonisti i malati che rappresentano le stazioni di smistamento dell’agente patogeno che si propaga secondo lo schema seguente dove M sta per soggetto malato:
M → M → M → M → M → M → M → M →
Il controllo delle malattie a contagio interumano ha segnato notevolissimi successi con l’avvento della chemioterapia e degli an¬tibiotici grazie ai quali, se l’intervento è precoce, riesce possibile eliminare le fonti del contagio con possibile completa eradicazione della malattia dalla popolazione che ne era stata colpita.
Un certo numero di microrganismi, generalmente agenti patogeni di malattie che si presentano con una sintomatologia conclamata, può provocare in alcuni soggetti infezioni che danno luogo a sintomi estremamen¬te modesti tanto da non richiamare l’attenzione dei soggetti colpiti o anche a completa assenza di sintomi. Si tratta, in sostanza, di soggetti che non possono essere considerati ammalati ma che si comportano da sorgente di infezione in quanto diffondono i microrganismi presenti nel loro organismo.
Questi soggetti che vengono detti portatori si distinguono in portatori convalescenti (PC) ed in portatori sani (PS) a seconda che abbiano o meno manifestato in precedenza una sintomatologia conclamata causata dalla malattia in questione. I portatori convalescenti possono essere tali per un breve perio¬do di tempo o alternativamente, trasformarsi in veri e propri portatori sani che, ai fini della diffusione di una malattia, rappresentano il rischio di maggiore entità.
Per diverse malattie infettive il contagio avviene più frequentemente ad opera di un portatore sano che di un ammalato. Esempi di malattie per cui il portatore rappresenta la sorgente più significativa di contagio sono le infezioni stafilococciche, streptococciche, pneumococciche e meningococciche, la difterite, l’infezione tifoidea e la dissenteria bacillare.
È difficile stabilire in caso di diffusione epidemica di una malattia infettiva se il numero dei portatori sani o convalescenti è inferiore, eguaglia o supera il numero degli ammalati che presentano la sintomatologia clinica della malattia.
Certo è che parametri quali l’età e la sede dell’infezione giuocano un ruolo preponderante per la diffusione della malattia come facilmente si intuisce considerando l’esempio di bambini di età scolare portatori sani o convalescenti di streptococchi emolitici di gruppo A ovvero di militari di leva portatori sani di meningococco o, in riferimento alla sede anatomica, l’importanza che assume il naso in confronto alla gola nella diffusione di Streptococcus pyogenes ad opera di portatori.
Quando nella popolazione sono presenti portatori sani (PS) o convalescenti (PC), oltre i malati (M) l’iter della diffusione della malattia può essere complicato come lo schema seguente cerca di sintetizzare:
PS → M → PC → M → PC → PS → M → M → PC → etc.
Nel caso summenzionato della presenza di portatori sani nasali di Streptococcus pyogenes è stato calcolato che nella popolazione il rapporto portatori sani/malati è di 50/1, il che significa che il contagio subentra per un numero di portatori maggiore di quello degli ammalati:
PS → PS → PS → PS → M → PS → PS → PS → PS → PS
Nella genesi delle infezioni nosocomiali da Staphylococcus aures il ruolo giuocato dai portatori sani presenti tra il personale medico e paramedico è notevolissimo potendo raggiungere aliquote anche del 30-40%.
Nel caso delle zoonosi, cioè delle malattie i cui agenti etiologici hanno per «habitat» naturale una o più specie animali (A) la frequenza di contagio all’uomo è limitata.
Tali malattie solo di rado vengono trasmesse per contagio interumano e, pertanto, esse hanno scarsa diffusione nella popolazione umana. Si ricordano la brucellosi, la leptospirosi, le pastuerellosi, la rabbia. Non mancano, però, i casi nei quali una malattia che ha origine da una sorgente animale, diffonde successivamente per contagio interumano. Tra queste ultime si ricordano la peste, trasmessa all’uomo dai roditori e la febbre gialla, ad eziologia virale, trasmessa dalle scimmie.
Rare sono le malattie umane infettive causate da microrganismi che hanno il loro «habitat» nel suolo o che in questo sopravvivono. Il suolo, tuttavia, può ospitare spore di diverse specie microbiche che venendo a contatto con l’uomo, soprattutto in concomitanza di soluzioni di continuo della superficie cutanea, germinano dando luogo alle corrispondenti forme vegetative. È questo il caso del Clostridium tetani e del Clostridium welchii, il cui «habitat» è l’intestino di molti animali che li eliminano con le feci.
Maggior significato del suolo assume l’acqua come veicolo d’infezione per l’uomo in quanto in essa pervengono le feci attraverso le quali i pazienti affetti da malattie dell’apparato gastroenterico eliminano i germi patogeni che nell’ambiente umido trovano maggiore possibilità di sopravvivenza. Molte infezioni dell’apparato digerente prendono origine dall’uso di acqua inquinata: il tifo ed il colera hanno frequentemente avuto diffusione epidemica per inquinamento di riserve idriche.
2.6. INFEZIONE ENDOGENE
Sono prodotte da microrganismi che albergano in una regione dell’organismo o come saprofiti o in equilibrio competitivo con la flora saprofitica non manifestando fin che rimangono in sede la loro potenziale patogenicità.
Un esempio classico è costituito dall’endocardite da Streptococcus viridans che è frequentemente presente nella flora dell’oro-faringe; la frequenza con cui si manifesta la malattia è di gran lunga inferiore a quella con cui avviene la penetrazione del germe nel sangue in quanto in questa sede esso generalmente soccombe ai poteri di difesa in essa presenti. Il rischio di contrarre l’endocardite aumenta, pertanto, in funzione di due parametri: l’uno dato dall’aumento della carica bacterica che produce bacteriemia (presenza di germi nel circolo sanguigno) come avviene, per esempio quando le condizioni igieniche del cavo orale sono modeste, e l’altro dalla presenza di alterazioni valvolari sulle quali i germi presenti nel sangue hanno maggiori possibilità di impiantarsi.
Anche lo Staphylococcus aureus, ospite frequente della flora nasale, così come molti tipi di Streptococcus lanceolatus (pneumococco) possono rispettivamente causare infezione di ferite, dermatiti o processi bronchiali, polmonari e broncopolmonari.
Anche Escherichia coli, così come molti enterococchi, possono provocare frequentemente infezioni delle vie urinarie quando abbandonano il loro «habitat» naturale che è l’intestino. Nell’ambito delle infezioni endogene vanno, ovviamente, incluse molte delle infezioni opportunistiche di cui si è parlato in precedenza.
2.7. TOSSINOGENESI
L’azione patogena espletata dai microrganismi è solo parzialmente riportabile al fenomeno meccanico della loro presenza sia nel sito di impianto che in organi a distanza che essi possono raggiungere per via ematica o linfatica. Per setticemia o bacteriemia si intende la presenza di microrganismi nel sangue: i due termini sono oggi considerati sinonimi in quanto si è compreso che la riproduzione bacterica nel sangue è fortemente ostacolata per la presenza di molti costituenti bactericidi plasmatici. In passato, però, setticemia e bacteriemia indicavano la presenza di bacteri nel sangue rispettivamente con attività moltiplicativa e senza. Sempre per quanto riguarda gli effetti locali, anche nei casi nei quali il danno progressivo dell’epitelio dove il germe si è impiantato è legato alla penetrazione intraepiteliale dei microrganismi che, aumentando rapidamente di numero, invadono il derma dopo aver superato la membrana basale, si ritiene che la distruzione tissutale sia causata, oltre che dalla reazione flogistica dell’ospite anche dall’azione di costituenti tossici sintetizzati dai microrganismi ai quali si da il nome di tossine. Questo è il caso delle infezioni da Bordetella pertussis che, una volta impiantatasi sulla superficie epiteliale delle vie respiratorie, elabora una esotossina necrotizzante che esercita i suoi effetti anche a livello del derma che non è raggiunto dai germi, i quali rimangono nella loro sede superficiale tanto che non si verifica mai bacteriemia. Nella stessa maniera si comportano il vibrione del colera e alcuni ceppi di E. coli responsabili di enteriti.
La classica distinzione delle tossine in esotossine ed endotossine, a seconda che tali prodotti bacterici vengano secreti o meno dal microrganismo, ha progressivamente perduto molto della sua originaria attendibilità. La suddetta schematizzazione enfatizzava anche il concetto che le esotossine sono prodotte soltanto dai germi grampositivi e le endotossine da quelli gramnegativi nel cui interno permangono come costituenti strutturali della parete cellulare dalla quale sono estraibili con procedimenti drastici. La liberazione delle endotossine, si riteneva, non avviene mai fisiologicamente ma soltanto in seguito all’autolisi cellulare.
Le successive approfondite indagini, che hanno riguardato molti microrganismi gramnegativi Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Vibrio cholerae, Salmonella typhimurium) hanno evidenziato la possibilità della liberazione di endotossine indipendentemente dai processi di estrazione e di autolisi. Essa, difatti, rappresenta un processo attivo di secrezione operato dal microrganismo grazie al quale l’endotossina viene emessa a mezzo della formazione di vescicole che la includono trasportandola dal sito profondo della parete cellulare nella quale è localizzata all’esterno con un procedimento che è reminiscente di quello della esocitosi. A ciò si aggiunge che in un germe gramnegativo, quale il Vibrio cholerare, è stata dimostrata la produzione di una esotossina di natura proteica, l’enterotossina colerica che, come si vedrà in seguito, viene liberata all’esterno dal vibrione ed ha per bersaglio le cellule dell’epitelio intestinale.
Verosimilmente le sole ragioni per le quali ancora si continua a distinguere le esotossine dalle endotossine sono le seguenti:
a) le esotossine sono tutte di natura proteica e sono tutte inattivabili dal calore e dalla formalina con formazione di anatossine;
b) le endotossine hanno una struttura chimica molto più complessa e sono tutte responsabili dell’effetto pirogeno e dello shock endotossico.
A fine didattico verrà mantenuta in questa sede la classificazione delle tossine in eso ed endotossine.
A) Esotossine
Sono dette infezioni tossiemiche quelle nelle quali l’effetto patogeno espletato dal microrganismo è provocato dalle sue tossine che passano dalla sede di infezione nel sangue (tossiemia) ed agiscono selettivamente su determinate cellule dell’organismo generalmente facenti parte di tessuti distinti dal sito dove sono state prodotte. Negli animali, difatti, la sintomatologia dell’infezione tossiemica è riproducibile con l’inoculazione del filtrato della coltura in cui si è sviluppato il germe produttore della tossina. Questa, quindi, anche se prodotta al di fuori dall’organismo, introdotta in esso vi induce la comparsa di un effetto patologico identico a quello causato dalla presenza dei germi che la sintetizzano.
Tutte le tossine hanno proprietà comuni:
1) Sono proteine ad elevato peso molecolare, fornite di estrema tossicità per gli animali appartenenti a specie sensibili.
Sono ottenibili «in vitro» in quanto vengono liberate dalla popolazione bacterica durante il suo sviluppo nel terreno di coltura, specie se arricchito con sostanze che ne favoriscono la sintesi. Il filtrato del terreno di coltura, privato dai corpi bacterici per filtrazione attraverso filtri sterilizzanti, non contiene soltanto la tossina ma anche altri prodotti del metabolismo bacterico ed i residui del terreno di coltura stesso. Essendo le tossine attive anche in concentrazione bassissima, ai fini della determinazione della tossicità si può adoperare il terreno di coltura dopo averlo diluito un migliaio e più di volte. In tal maniera si ottiene anche la diluizione degli altri componenti del terreno che, pertanto, finiscono con il non interferire più nell’espletamento dell’attività tossica. Il filtrato tossico del terreno di coltura in cui si è sviluppato un microorganismo produttore di tossina viene detto «tossina bruta». La tossicità di una tossina viene determinata con la valutazione della cosiddetta dose minima letale che corrisponde alla quantità minima di tossina in grado di determinare la morte in un determinato tempo degli animali da esperimento (cavie, topo, ratti conigli). Più che la d.m.1., anzi preferenzialmente, si determina la cosiddetta dose letale 50 (DL50) che corrisponde a quella quantità di tossina che produce la morte del 50% degli animali trattati. In tal modo si valuta più correttamente il potere tossico della tossina nell’ambito delle variazioni di sensibilità dei singoli animali. La DL50 è di solito riferita ad 1 kg di peso dell’animale.
3) Le esotossine sono cronolabili in quanto la loro attività si riduce col passare del tempo, cioè con l’invecchiamento. Tale fenomeno può comportare anche la scomparsa del potere tossico mentre immodificata rimane l’attività immunogena.
4) Le esotossine sono termolabili: in genere sono distrutte intorno ai 60°C ma alcune resistono a temperature maggiori, come per esempio le tossine botuliniche che sono distrutte a 90°C quando sono presenti nel terreno di coltura ma resistono ad oltre 100°C se sono presenti come contaminanti di alimenti inscatolati.
5) Le esotossine esercitano il loro effetto patogeno non immediatamente, come avviene per molti veleni, ma a distanza di qualche tempo, talora dopo diverse ore dall’inoculazione nell’animale sensibile.
6) Le esotossine esercitano un’azione spiccatamente specifica in quanto agiscono o soltanto su di un determinato tipo di cellule dell’organismo o sullo stesso costituente che è presente in cellule di tipo diverso le quali, in tal caso, sono tutte bersaglio dell’attività tossica. Precisamente mentre alcune tossine, come la tetanica e la botulinica sono elettivamente neurotrope, altre esercitano la loro attività tossica su diversi tessuti come, per esempio la tossina di Cl. welchii. Ciò dipende dal fatto che le esotossine si comportano come enzimi. Di alcune esotossine è stato identificato il meccanismo d’azione a livello cellulare, come più dettagliatamente si dirà in seguito.
7) Le esotossine sono dotate di elevato potere antigene. Gli anticorpi diretti verso di esse, noti col termine di antitossine, neutralizzano, se si trovano in opportuno rapporto col corrispondente antigene, la capacità tossica della tossina. La neutralizzazione delle tossine ad opera delle antitossine ha luogo sia «in vitro» che «in vivo» tanto che i sieri antitossici hanno trovato largo impiego nella terapia delle infezioni tossiemiche, così come nella profilassi delle stesse.
8) Le esotossine opportunamente trattate perdono il loro potere tossico mantenendo inalterato quello immunogenico. Le tossine svelenate, dette anatossine, hanno trovato larghissimo impiego nella profilassi delle infezioni determinate da germi produttori di tossina e costituiscono i vaccini antitossici. Le stesse sono adoperate per vaccinare gli animali dai quali si ottengono sieri immuni antitossici. Generalmente le anatossine vengono ottenute per trattamento combinato delle tossine con la formalina e con il calore. Anche se non del tutto chiarito, sembra che il processo di trasformazione di una tossina nella corrispondente anatossina si verifichi per trasformazione degli aminogruppi liberi delle proteine in composti metilenici.
9) Molte tossine sono state isolate, purificate, caratterizzate e cristallizzate si che la loro attività tossica è riportabile ad unità ponderale in termini di contenuto in azoto.
Verranno ora esaminate le più importanti esotossine.
a) La tossina botulinica, che è la tossina fornita di maggiore potere tossico, è presente in una condizione di inattività (protossina, e viene attivata per modificazione della sua configurazione spaziale o per depolimerazzazione. Si conoscono, sulla base delle proprietà immunologiche, sei tipi di tossina botulinica, rispettivamente prodotte da sei tipi di Clostridium botulinum. La prima ad essere cristalizzata è stata la tossina A, il cui peso molecolare è di 1.000.000. Si tratta probabilmente di un polimero perché si dissocia in componenti di peso molecolare inferiore di cui alcuni atossici. Si è già ricordato che la tossina botulinica è estremamente resistente i al calore; questa è la ragione per la quale la tossina, quanto è presente negli alimenti conservati, resiste alla cottura. Altra proprietà aggravante ai fini della estrinsecazione della patogenicità è la sua resistenza all’ambiente acido dello stomaco.
Bersaglio della tossina botulinica sono tutte le terminazioni colinergiche del sistema nervoso periferico e, pertanto, come conseguenza della sua azione, compaiono paralisi dovute alla inibizione della sintesi di acetilcolina in corrispondenza delle placche neuromuscblari, senza che vengano bloccati, a differenza di quanto fa il curaro, i recettori colinergici.
b) La tossina tetanica ha un peso molecolare di 68.000 dalton ma spesso va incontro ad un processo di dimerizzazione con perdita del potere tossico. Una volta liberata nel sito d’infezione, raggiunge le cellule del sistema nervoso centrale diffondendo attraverso le fibre dei nervi motori ovvero raggiungendo questi ultimi dopo essere passata nel sangue circolante. La prima via è seguita nel tetano cosiddetto locale, la seconda nel tetano generale. Il recettore per la tossina, presente sulla superficie delle cellule nervose è un ganglioside insolubile in quanto complessato con cerebrosidi e sfingomieline. La insensibilità della rana alla tossina tetanica viene riportata al fatto che il ganglioside di membrana delle cellule nervose di questo animale è solubile perché non complessato. L’iniezione del ganglioside insolubile nella cavia, che è un animale molto sensibile alla tossina tetanica, la protegge dagli effetti della successiva somministrazione di questa, competendo il ganglioside insolubile libero con quello presente nei recettori.
La tossina tetanica agisce con un meccanismo simile a quello della stricnina con la differenza che la prima abolisce la inibizione a livello postsinaptico mentre la seconda agisce a livello presinaptico. A ciò consegue un aumento dell’eccitabilità dei neuroni motori a qualsiasi stimolazione sensitiva proveniente dalla periferia per il fatto che essi non sono più frenati dagli interneuroni inibitori. L’iperiflessia così prodotta induce alla periferia la comparsa di contrazioni spastiche permanenti dei muscoli scheletrici.
c) La tossina difterica è una proteina del peso molecolare di 62.500 dalton prodotta da Corynebacterium dyphteriae. Non tutti i ceppi di tale microrganismo sono produttori di tossina in quanto la sintesi di questa è controllata da un gene (tox) presente in un fago detto (tox +). Da ciò deriva che sono produttori di tossina solo quei ceppi bacterici che hanno ricevuto l’informazione genetica per la biosintesi della tossina avendo incorporato il genoma fagico in seguito alla infezione con lo stesso e, pertanto, sono divenuti portatori del profago, cioè lisogeni. In altre parole, l’informazione genetica è propria del fago che la trasmette alla cellula. La presenza del genoma fagico nella cellula bacterica è una condizione necessaria ma non sufficiente per la biosintesi della tossina in quanto il germe deve trovare nell’ambiente in cui si sviluppa una concentrazione critica di alcuni ioni inorganici tra i quali di massima importanza è il ferro. La tossina, sintetizzata nei polisomi legati alla membrana bacterica, compare sotto forma di una singola catena polipeptidica del peso di 68.000 dalton che, però, rappresenta un precursore della tossina attiva. Durante il processo di secrezione all’esterno la molecola del precursore, perdendo nella porzione N terminale un frammento di circa 6000 dalton, si trasforma nella tossina vera e propria. Tuttavia, anche questa tossina risulta inattiva. Perché acquisti potere tossico è necessario che l’unica catena polipeptidica che la costituisce subisca la riduzione dei legami disulfurici e l’idrolisi di un legame peptidico. La molecola viene in tal modo suddivisa in due frammenti A e B, rispettivamente del peso molecolare di 21.150 e 40.700 dalton tutti e due privi di attività tossica.
Il frammento A, tuttavia, agisce da potente enzima catalizzando la scissione del NAD con la formazione di un gruppo ADP-ribosio ed il trasferimento di questo al fattore di traslocazione (EF2) secondo la reazione seguente:
NAD+ EF2 → ADPR-EF2+ Nicotinamide +H+ (Frammento A)
L’inattivazione del fattore di traslocazione EF2 blocca la fissazione degli aminoacidi attivati alle catene polipeptidiche che i ribosomi stanno sintetizzando.
A differenza dell’intera tossina e del frammento B, il frammento A resiste all’ebollizione, al trattamento con acidi forti ed a vari agenti denaturanti senza alcuna compromissione della sua attività enzimatica. Come si vedrà tra poco, il frammento B serve per il riconoscimento dei recettori sulla superficie delle cellule sensibili e per facilitare il trasporto del frammento A attraverso la membrana cellulare fino al citoplasma. È stato dimostrato che l’introduzione del solo frammento A in una cellula eucariotica, anche se appartenente ad una specie insensibile alla tossina difterica, cioè priva di recettori per il frammento B, è sufficiente a bloccare la sintesi proteica con conseguente effetto letale. Recenti indagini hanno anche dimostrato che il gruppo ADP-ribosio viene selettivamente fissato ad un residuo istidinico di un aminoacido che è esclusivamente presente sulla molecola del fattore di traslocazione EF2. A questo aminoacido di recentissima scoperta è stato dato il nome di diftamide. Un’altra interessantissima osservazione, che conferma la specificità del legame che si instaura tra l’EF2, attraverso il suo aminoacido diftamide, con il gruppo ADP-ribosio, riguarda l’individuazione di linee cellulari che resistono all’azione della tossina difterica alla quale sono, invece, sensibili le cellule da cui per mutazione traggono origine. La mutazione riguarda la composizione dell’EF2 e precisamente del diftamide con conseguente impossibilità di formazione del complesso molecolare ADP-Ribosio-EF2. I suddetti mutanti, oltre che alla tossina difterica, resistono anche all’azione di una tossina prodotta da Pseudomonas aeruginosa che ha identico meccanismo d’azione.
È interessante notare che di recente alcuni ricercatori sono riusciti a preparare per sintesi una porzione della molecola della tossina difterica, il cosiddetto residuo Cys-186, che consta di 14 aminoacidi con due residui cistinici ed a coniugarlo ad un «carrier» rappresentato da un polimero anch’esso di sintesi in modo da far assumere al complesso attività immunogena. Tale complesso, inoculato a cavie ed a conigli, ha indotto la sintesi di anticorpi dotati della capacità di reagire specificamente con la tossina difterica integra e di neutralizzarne il potere tossico. È questo il primo esempio della possibilità di immunizzare attivamente un essere vivente contro gli effetti letali della tossina difterica adoperando, al posto della anatossina, un antigene sintetico.
Come è stato detto, il potere tossico della tossina difterica è confinato nel frammento A che è separabile da quello B che costituisce il ligando per i recettori specifici. Il frammento A da solo non può espletare la sua azione tossica in quanto in assenza di quello B non può fissarsi alla superficie cellulare e non può essere internalizzato. Recentissime ricerche hanno condotto alla creazione «in vitro» delle cosiddette Immunotossine costituite da molecole immunoglobuliniche sul cui frammento Fc è stato legato il frammento A della tossina difterica. Sono stati utilizzati anticorpi monoclonali verso antigeni di superficie tumore-specifici con lo scopo di veicolare selettivamente il frammento tossico della tossina difterica verso cellule tumorali. In sintesi, la molecola immunoglobulinica sostituisce l’azione del frammento B, trasportando il frammento A esclusivamente verso le cellule che presentano sulla superficie antigeni specificamente reagenti con i suoi frammenti Fab. L’anticorpo, quindi, non solo veicola verso una specifica cellula bersaglio il frammento A ma ne condiziona anche il passaggio attraverso la membrana cellulare si che questo, penetrato in sede intracellulare, può espletare la sua azione. I primi risultati sperimentali, ottenuti, oltre che col frammento A della tossina difterica, anche con la tossina del ricino, sembrano molto promettenti ed è prevedibile che le Immunotossine potranno costituire un’arma potente nel contesto della strategia terapeutica antineoplastica.
d) La tossina di Clostridium welchii è stata la prima tossina di cui si è riconosciuta l’attività enzimatica. Si tratta di una lecitina-si che agisce sulla lecitina (fosfatidilcolina) staccando da essa fosforilcolina; è, quindi, dotata di attività fosforilasica ed in tal senso si differenzia dalla lecitinasi del veleno di serpente che idrolizza la molecola della lecitina sottraendole l’acido grasso saturo presente in posizione B. L’a tossina di C. welchii è molto sensibile all’aumento della tensione di ossigeno; il suo peso molecolare non è stato definitivamente identificato in quanto alcuni metodi fanno rilevare il valore di 106.000 dalton, altri inferiore. Per espletare la sua azione emolitica e necrotizzante la tossina deve agire in presenza di calcio. Si ritiene che questo catione divalente ne determini l’attivazione sulla base di prove sperimentali dimostranti che gli animali inoculati contemporaneamente con una quantità letale di tossina e con un agente chelante (EDTA) riescono a sopravvivere. È anche verosimile che l’assenza del calcio o la sua diminuzione nell’ambiente induca un’insufficiente penetrazione del catione divalente all’interno della cellula con conseguente impossibilità di emolisi nel caso degli eritrociti e di necrosi nel caso di altre cellule.
Certo è che la gangrena gassosa è una malattia che si presenta con sintomi molteplici dai quali solo alcuni possono essere riportati all’azione espletata dall’a tossina che attacca la membrana cellulare. Responsabili rispettivamente dell’idrolisi del collageno e della degradazione della sostanza fondamentale del connettivo sono altre tossine di C. welchii denominate rispettivamente x e g.
e) La tossina colerigena è una proteina termolabile del peso molecolare compreso tra 80.000 e 90.000 dalton che risulta costituita da due componenti peptidici A e B il primo dei quali, pur essendo responsabile dell’attività tossica, risulta inattivo in assenza del secondo che è quello che lega la molecola ad un monosialoganglioside di membrana della cellula intestinale. La esotossina colerigena (enterotossina), di relativamente recente scoperta, ha potuto essere messa in evidenza solo con l’impiego di tecniche «in vitro» in quanto non è responsabile della produzione di alterazioni cellulari rilevabili microscopicamente. Caratteristica di questa tossina è la stimolazione, anzicchè, la inibizione esercitata a livello delle cellule bersaglio. L’inoculazione di un filtrato di una coltura di vibrioni in un’ansa isolata dell’ileo di coniglio, immersa in bagno termostatato, provoca la distensione di questa per accumulo di liquidi nel contesto dei suoi tessuti. Ciò avviene senza che l’epitelio sia danneggiato e senza che si modifichi la permeabilità vascolare ma per un processo attivo di secrezione da parte delle cellule epiteliali della mucosa intestinale.
La esotossina colerigena, che viene rapidamente fissata da recettori gangliosidici delle cellule epiteliali presenti sul lato prospiciente il lume intestinale, agisce inducendo modificazioni di membrana alle quali consegue una serie di modificazioni che mimano quelle provocate dall’aumento del cAMP. Si determina in tal modo un forte incremento del trasporto degli elettroliti e dell’acqua attraverso la membrana epiteliale. Passano per primi nel lume intestinale i cloruri ed il bicarbonato che inducono conseguentemente il richiamo dell’acqua e degli ioni sodio dal plasma. Non è chiaro se l’aumento del cAMP causato dall’enterotossina colerigena dipenda da una diretta attivazione dell’adenilciclasi che forma cAMP dall’ATP ovvero dalla rimozione di un inibitore fisiologicamente presente.
La profusa diarrea dei pazienti affetti da colera, che è responsabile della rapida e cospicua perdita di acqua e di elettroliti rappresenta la causa determinante della morte che avviene per acidosi e shock ipovolemico, indotti dalla perdita di ioni bicarbonato e potassio e di liquido isotonico al plasma. Poiché anche le prostaglandine inducono incremento dell’AMP ciclico intracellulare si ritiene che la stimolazione dei rispettivi recettori comporti lo stesso effetto che, tuttavia, nel caso delle prostaglandine è contenuto nel tempo evidentemente perché queste vengono rapidamente metabolizzate o antagonizzate.
f) La tossina di Shigella dysenteriae è una proteina termostabile neurotropa che è responsabile dell’insorgenza di paralisi muscolari flaccide, un quadro sintomatologico che occasionalmente si accompagna a quello diarroico indotto dall’azione dell’endotossina. È stato dimostrato che questa tossina non è di per sè neurotossica in quanto il bersaglio è costituito dalle cellule endoteliali dei vasi sanguigni, preferenzialmente di quelli del sistema nervoso centrale; inoculando, di-fatti, la tossina direttamente in una arteria vertebrale del coniglio si provoca la comparsa di lesioni istopatologiche nella metà orno-laterale dell’encefalo e del midollo spinale. Sembra evidente che solo gli endoteliociti esprimano il recettore per la neurotossina del bacillo di Shiga dato che l’inoculazione della stessa induce effetti a carico di organi diversi, a seconda della specie animale: nel topo e nel coniglio i danni riguardano pressochè esclusivamente i vasi del sistema nervoso centrale e solo parzialmente la cistifellea mentre nel ratto è colpito l’apparato digerente e nel criceto il polmone.
g) Le tossine stafilococciche. Gli stafilococchi producono quattro tossine che attaccano la membrana degli eritrociti (emolisine α, β, γ, δ, y,) delle quali due sono attive anche su altre cellule tra le quali i leucociti (α, δ). È stata, inoltre, caratterizzata da preparazioni tossiche brute un’altra tossina, detta leucocidina PV (PV = Panton e Valentine, cioè i nomi degli autori che hanno messo a punto il metodo per la dimostrazione della attività leucocitolitica). La leucocidina PV da origine per separazione cromatografica a due componenti che sono stati caratterizzati e cristallizzati, l’uno detto F (F = Fast, cioè a scorrimento rapido) e l’altro S (S = Slow, cioè a scorrimento lento) ognuno dei qual, separato dall’altro, è inattivo. È stato dimostrato che i componenti F ed S quando sono presenti contemporaneamente nella tossina agiscono sulla membrana dei leucociti reagendo con un costituente di questa, il trifosfoinositide modificandolo strutturalmente con conseguente turbamento della permeabilità della membrana leucocitaria ai cationi. I due componenti F ed S sono antigenicamente distinti.
h) La tossina degli streptococchi venne identificata nel filtrato acellulare di colture di streptococchi del gruppo A e venne ritenuta diretta responsabile della eruzione cutanea che caratterizza la scarlattina. Oggi, invece, è opinione prevalente che le lesioni cutanee siano piuttosto riportabili a manifestazioni d’ipersensibilità. Si parla ancora di tossina bruta streptococcica perchè il materiale attivo presente nella tossina bruta non è stato caratterizzato; si sa soltanto che si tratta di una sostanza termostabile, la cui resistenza al calore varia a seconda dei procedimenti impiegati per la purificazione. Si conoscono, invece, sotto il profilo immunologico tre streptotossine, la A, la B e la C che sono antigenicamente distinte l’una dall’altra.
13) Endotossine
Le endotossine più studiate sono quelle prodotte dai microrganismi gramnegativi (Salmonellae, Shigellae, Escherichiae, Neisseriae). I principali caratteri distintivi delle endotossine dalle esotossine sono i seguenti:
a) costituiscono frazioni strutturali che fanno parte generalmente della parete cellulare anche se in alcuni microrganismi sono localizzate nel citoplasma;
b) sono macromolecole a struttura fosfolipido-polissaccaridico-proteica;
c) sono termostabili,
d) sono, a parità di peso, estremamente meno tossiche delle esotossine tanto che la dose letale è dell’ordine del milligrammo;
e) hanno azione meno specifica delle esotossine;
f) non sono svelenabili per azione del calore e/o del formolo;
g) non sono neutralizzate dai rispettivi anticorpi;
h) inducono negli animali che con esse vengono ripetutamente a contatto una condizione di tolleranza aspecifica in quanto si esplica anche nei confronti di tossine diverse da quella adoperata. La patogenesi di tale fenomeno non è stata definitivamente chiarita ma è opinione diffusa che esse stimolino il sistema macrofagico per il fatto che il blocco di questo fa regredire o scomparire la tolleranza;
i) hanno la capacità di formare complessi con molte proteine plasmatiche.
Le complesse molecole costituenti le endotossine vengono degradate a mezzo di estrazione fenolica che permette di separare la parte lipopolisaccaridica dal residuo proteico e dalla maggior parte della componente fosfolipidica. A sua volta, la frazione lipopolisaccaridica può essere spezzata in una frazione polisaccaridica responsabile della specificità antigenica ed in un lipide (A) a cui è dovuta l’attività tossica.
Tra le manifestazioni più eclatanti indotte dalle endotossine nell’organismo si richiama l’attenzione sulle seguenti:
Effetto pirogeno. La febbre subentra, dopo un breve periodo di latenza, alla inoculazione endovenosa di dosi estremamente basse di endotossine, dell’ordine di 0,002 µg/kg di peso. Il rialzo termico si manifesta soprattutto nell’uomo e nel coniglio; altre specie animali (ratto e topo) hanno, invece, una risposta ipotermica. La patogenesi della febbre verrà trattata nel Capitolo sulla Fisiopatologia della termoregolazione; basti qui ricordare che l’endotossina si comporta da pirogeno esogeno in quanto non è direttamente responsabile della modificazione funzionale a livello dei centri termoregolatori ipotalamici che vengono, invece, influenzati dal pirogeno endogeno, di natura proteica, che, per azione dell’endotossina viene liberato dai leucociti polinucleati neutrofili ed anche da altre cellule dell’organismo.
La febbre, che occasionalmente può essere provocata dall’iniezione dell’acqua adoperata come solvente di sostanze medicamentose, è dovuta alla presenza in essa di un pirogeno che altro non è che una endotossina prodotta da microrganismi gramnegativi che si sono sviluppati nell’acqua o in qualche altro costituente presente nella preparazione iniettabile. Questo pirogeno resiste alla sterilizzazione in autoclave e, pertanto, prove preliminari, oltre quelle di sterilità, debbono essere effettuate per avere la garanzia dell’assenza del pirogeno nelle preparazioni iniettabili.
Shock endotossico (o settico). Lo shock endotossico è provocato negli animali dall’inoculazione di quantità elevate di endotossina. È stato calcolato che la DL50 necessaria per la induzione di uno shock endotossico mortale oscilla tra I e 100 μg di endotossina per kg a seconda della endotossina adoperata. Alla inoculazione dell’endotossina subentra la comparsa di gravi alterazioni vasomotorie che nell’arco di 20 ore provocano una drastica caduta della pressione sanguigna a cui subentrano collasso cardiocircolatorio e morte.
Le modalità di comparsa ed anche alcune manifestazioni dello shock endotossico variano da specie a specie animale anche se, generalmente, nelle prime ore dopo l’iniezione dell’endotossina, i sintomi sono rappresentati da febbre, leucopenia e piastrinopenia e le lesioni istologiche dalla presenza di depositi intravascolari di fibrina in tutti i distretti del circolo, che vengono successivamente eliminati dall’attività fagocitaria del sistema monocito-macrofagico.
Successivamente si ha leucocitosi che si accompagna a manifestazioni diarroiche gravi con emissione di feci sanguinolente. L’esame autoptico fa rilevare la presenza di estese trombosi e di necrosi emorragiche soprattutto in corrispondenza della mucosa intestinale.
Il meccanismo patogenetico dello shock endotossico non è stato ancora definitiva-mente chiarito ma è opinione corrente che esso consti di un’azione diretta che l’endo-tossina esercita sulle pareti vascolari periferiche e di una indiretta mediata dalle catecolamine e dai mediatori chimici della flogosi liberati dai mastociti (istamina, serotonina) o di origine plamatica (chinine) l’aumento dei quali si riscontra costantemente nel corso dello shock endotossico.
Si ritiene che lo shock endotossico rappresenti la fase terminale delle infezioni setticemiche sostenute da microrganismi gramnegativi che colpiscono l’uomo. Certo è che nella sindrome di Watherhouse¬Friedrichsen, caratterizzata da estese lesioni emorragiche, nella meningite fulminante da Neisseria meningiditis, si riscontrano lesioni anatomopatologiche nettamente sovrapponibili a quelle dello shock endotossico sperimentale.
Il fenomeno di Sanarelli-Schwartzman ha anche una patogenesi poco chiara. Esso si estrinseca con una reazione necrotico-emorragica inducibile nella cute, ma anche in vari altri organi, in animali pretrattati per via locale o generale con endotossina e sottoposti a distanza di 24 ore all’inoculazione endovenosa di endotossina. Il meccanismo patogenetico più probabile nella genesi del fenomeno di Sanarelli-Schwartzman è quello che giudica essere l’iniezione preparante di endotossina responsabile della stimolazione del sistema della coagulazione che condurrebbe alla formazione di coaguli intravascolari che verrebbero in breve tempo rimossi dalle cellule fagocitiche contemporaneamente stimolate dall’endotossina. Con l’iniezione scatenante di questa il sistema monocito¬macrofagico verrebbe, invece, depresso con la conseguente impossibilità da parte dei fagociti di rimuovere le formazioni solide intravascolari che, pertanto, finiscono con l’obliterare i vasi determinando le manifestazioni necrotico-emorragiche.
Le interpretazioni patogenetiche suddette che accomunano la genesi delle sintomatologie che caratterizzano rispettivamente lo shock endotossico ed il fenomeno di Sanarelli-Schwartzman, riportandoli essenzialmente ad una alterazione del sistema della coagulazione e di quello macrofagico con concomitante interferenza di fenomeni flogistici, trova riscontro in una lunga serie di risultati sperimentali che hanno messo in luce come ciò avvenga.
Si è ricordato in precedenza che le endotossine hanno la capacità di formare complessi con molte proteine del plasma tra le quali sono presenti quelle che costituiscono il sistema della coagulazione e della fibrinolisi, quelle della genesi delle chinine e quelle del sistema complementare.
Il lettore farà bene a ritornare su questo argomento quando si sarà già impadronito nei corrispondenti capitoli di quegli argomenti ai quali ora si fa cenno.
1) Le endotossine attivano il fattore XII di Hageman iniziando la sequenza di reazioni enzimatiche a cascata che culminano nella formazione di fibrina e quindi nella coagulazione intravasale disseminata caratterizzata da lesioni tromboemboliche ed emorragiche generalizzate a livello dei piccoli vasi, responsabili della comparsa di focolai disseminati di necrosi emorragica.
2) L’attivazione del fattore di Hageman, oltre che dare inizio alla coagulazione, innesca i meccanismi che producono la dissoluzione del coagulo a mezzo della fibrinolisi. Nel corso di questo processo il fattore di Hageman si associa ad un cofattore per trasformare il plasminogeno in plasmina che è il vero agente fibrinolitico.
3) Sia il fattore di Hageman che la plasmina convergono nel determinare la genesi delle chinine (responsabili dell’aumento della permeabilità vascolare) dai loro precursori inattivi, i chininogeni plasmatici.
4) Le chinine sono in grado anche di attivare a loro volta il fattore di Hageman amplificando la produzione dei fenomeni suddetti.
5) La plasmina, agendo sul primo componente del complemento (C1) lo trasforma in C 1, cioè in CI attivato, che assume attività esterasica, dando avvio alla cascata dell’attivazione complementare per via classica.
Tutte le tappe dalla 1 alla 5 sono fisiologicamente frenate dall’inibitore di C1 (C1 INA) che ostacola l’attivazione:
a) del fattore di Hageman,
b) della plasmina
c) delle chinine.
6) Contemporaneamente l’endotossina attiva per via alternativa il complemento.
7) Nel corso dell’attivazione complementare attraverso le due vie, la classica e l’alternativa, si formano le anafilassotossine (C3a e C5a) che degranulano i mastociti i quali a loro volta liberano i mediatori chimici vasoattivi del processo flogistico e piccoli frammenti dotati di attività chemiotattica sui leucociti, nonché i metaboliti dell’acido arachidonico, anch’essi chemiotattici.
8) Le piastrine vengono aggregate dalle prostaglandine, anch’esse derivate dal metabolismo ossidativo dell’acido arachidonico e, quindi, amplificano il fenomeno della coagulopatia intravascolare disseminata.
Quanto è stato detto dà ragione del ruolo di amplificazione giuocato dalle endotossine nella genesi dei fenomeni vascoloematici presenti nelle manifestazioni dello shock endotossico e del fenomeno di Sanarelli-Schwartzmann. Per quanto riguarda quest’ultimo, inoltre, si ricorda ancora che è stato messo in evidenza che le endotossine, interferendo col sistema macrofagico, inducono, a seconda della dose, eccitazione o paralisi.