Patologie da radiazioni: effetti sulla pelle e meccanismi di danno cellulare

Patologie da Radiazioni

Patologia, lezione 11, 24/03/2023 Prof. Massimo Bonora PATOLOGIE DA RADIAZIONI Cos'è una radiazione? Una radiazione è un fenomeno che comporta un trasferimento di energia da una sorgente a un corpo attraverso lo spazio, si classificano in:

• Elettromagnetiche: sono dei fotoni, di conseguenza non hanno massa e la loro energia dipende solo dalla frequenza;
• Corpuscolate: hanno una massa di una certa entità, di conseguenza hanno più energia.

Radiazioni Elettromagnetiche

Tipi di Radiazioni Elettromagnetiche

Radiazioni ionizzanti Radiazioni eccitanti e ad effetto termico 10" 10 10 10' 10° 10° 10 Energy (eV) Cosmic rays X-y rays UV light Wsitte light Infra-red light Micro waves Radio waves Wavelength (m) 10 ** 10 ** 10ª 104 10* 10' 10' 10' 105 10 4 × 10ª 7 x 10* Onda · Lunghema d'enda-+ c Università di Ferra Distanza Le radiazioni elettromagnetiche possono essere di diversi tipi. A seconda della loro frequenza sono classificate in un ampio spettro: possono avere una frequenza molto bassa, come le onde radio e le microonde, poi salendo di frequenza troviamo le onde visibili, i raggi UV, e infine i raggi x.

Noi siamo continuamente esposti a radiazioni, sia di origine naturale, che di origine artificiale, ma la più importante fonte di radiazioni elettromagnetiche è il Sole. Quando si parla di radiazioni bisogna fare una distinzione in base alla quantità di energia che si portano dietro, che dipende principalmente dalla loro frequenza: L'energia (E) è direttamente proporzionale alla frequenza (f) E = h f dove h = numero di Planck La lunghezza d'onda (2) è invece inversamente proporzionale alla frequenza. 2 = v / f dove v = velocità Si distinguono dunque due tipi di radiazioni:

• Eccitanti: a bassa quantità di energia (infrarossi, onde visibili e una parte dei raggi UV)
• Ionizzanti: ad alta quantità di energia (raggi x e raggi y). 1 10 ** 10" 10°

Interazione delle Radiazioni con gli Atomi

Le radiazioni ionizzanti (sia elettromagnetiche che corpuscolate) vengono chiamate così perché trasportano un'energia tale che, interagendo con un atomo, sono in grado di trasferire quest'ultima a un elettrone, permettendone l'uscita dal sistema dell'atomo, creando così uno ione positivo. Le radiazioni eccitanti invece, quando interagiscono con un atomo possono trasferire la loro energia, di conseguenza quest'ultimo si troverà in uno stato eccitato, ma rimarrà nel sistema dell'atomo. Per ritornare alla sua posizione originale l'elettrone emetterà un fotone di energia pari alla radiazione. Le patologie da radiazioni possono essere causate sia da radiazioni eccitanti che da quelle ionizzanti

Patologie da Radiazioni Eccitanti

Effetti Patologici dei Raggi UV

Le radiazioni eccitanti danno effetti patologici soprattutto a livello dell'epidermide, che si manifestano sottoforma soprattutto di ustioni ed eritemi indotti da esposizione eccessiva a raggi UV (principalmente di tipo B) I raggi ultravioletti di solito sono divisi in 3 classi in base alla quantità di energia posseduta: A, B e C TANTI - ustioni-eritemi UVC UVB UVA Atmosphere Hair Follicle Keratinocyte Epidermis Melanocyte Dermis Fibroblast UV Light Outcomes UVC - No Effect UVB UVA - Sunburn - Premature Aging - Inflammation - Indirect DNA Damage - Direct DNA Damage - Oxidative Stress - Eye Damage - Skin Cancer - Skin Cancer

• I raggi UV di tipo C possiedono un'energia maggiore, e per questo motivo hanno effetto minore: vengono assorbiti quasi interamente dall'atmosfera, di conseguenza interagiscono poco con il nostro organismo;
• I raggi UV di tipo B possiedono un'energia intermedia, sono in grado di sorpassare l'atmosfera e arrivare fino all'epidermide: possono generare insolazioni, infiammazioni dell'epidermide, danno al DNA, danno al sistema oculare e a lungo termine possono dare neoplasie della pelle;
• I raggi UV di tipo A sono quelli che possiedono meno energia di tutti, di conseguenza saranno i più penetranti: arrivano anche a livello del derma. Provocano invecchiamento della pelle, in quanto sono in grado di stimolare le specie reattive dell'ossigeno (ROS), le quali provocano stress ossidativo, che causa danno al DNA, con la conseguente insorgenza di neoplasie.

Adattamento Cellulare ai Raggi UV

Quando la pelle è esposta ai raggi UV, di solito sviluppa delle forme di adattamento che possono essere a breve e a lungo termine. Tra le reazioni a breve termine, la più immediata è l'abbronzatura. 2

Meccanismo dell'Abbronzatura

Come? I raggi UV a livello dei cheratinociti inducono danni cellulari, UVB, Sunlight in risposta essi stabilizzano p53. Questa proteina è un PORC transcription oncosoppressore, che ha diverse funzioni a seconda della Activation cellula in cui si trova. A livello dei cheratinociti è in grado di & M9H attivare il gene POMC, il quale stimola la produzione di un W Emdann tunuferto PHA ormone (MSH), che a sua volta stimola la produzione di Adenylste Cydiese CAMP ATE melanina. Di conseguenza in presenza di danno da raggi UV, - viene rilasciato l'MSH, che viene ricevuto dal melanocita, il Eumelanin Melanocyte Synthesis 1 quale attiva la trascrizione e la secrezione di melanina. Ciò significa che se ci stiamo abbronzando un minimo di danno alla pelle è stato indotto. A lungo termine l'eccesso di stimolazione può avere un effetto di feedback sulla proliferazione dei melanociti: se supera diversi giorni si forma iperplasia cutanea, ovvero ispessimento della pelle. Keratinocytes Pigment -related proteins melanoperse enzymes melanosomri struttura proteins, regulatory proteins, etc

Risposta Cellulare al Danno al DNA

Come reagisce una cellula a danno DNA? DNA damage Replication stress SIGNALS SENSORS TRANSDUCERS EFFECTORS STOP R.I.P. Cell cycle transitions Apoptosis Transcription DNA repair Quando una cellula riscontra dei danni al suo DNA, essa emette dei segnali, i quali a loro volta attivano dei sensori, che individuano la presenza di questi danni. A questo punto viene attivata una via di trasduzione del segnale, che ha diversi effetti:

• Attiva un meccanismo di riparazione del DNA,
• Attiva la trascrizione genica, che ha un impatto positivo sulla stimolazione dell'apoptosi e negativo sulla progressione del ciclo cellulare.

Patogenesi da Ustione Indotta da Raggi UV

Patogenesi da ustione indotta da raggi UV I raggi UV danno vari effetti, il più significativo è il danno al DNA. Il DNA danneggiato sia attiva una proteina chiamata NFKB, un fattore di trascrizionale, e aumenta la produzione di ROS; entrambi hanno come effetto la produzione di citochine pro-infiammatorie. Questi due eventi inducono infiammazione della zona esposta alle radiazioni. Allo stesso tempo i danni al DNA possono provocare apoptosi della cellula danneggiata. Se le radiazioni arrivano al derma, le cellule che vanno in apoptosi possono estendersi fino all'endotelio dei vasi, che aumentano la loro permeabilità, potenziando l'infiammazione e causando un eritema. 3

Eritema da Esposizione Acuta

Già dopo un'ora di esposizione a raggi UV, si attivano le cellule del sistema immunitario, dopo due ore abbiamo apoptosi dei cheratinociti e delle cellule del Langerhans, dopo 3 o 4 ore si forma l'eritema, che raggiunge il massimo dopo 24 ore dall'esposizione acuta.

Dimero di Timina e Xeroderma Pigmentoso

Dimero di timina A HN NH h thymine dimer G O HN NH 1 thymine dimer Tra gli effetti al DNA che i raggi UV possono indurre, ce n'è una particolarmente frequente: il dimero di timina. Quando si genera questa mutazione, le due timine non interagiscono con le adenine sull'elica di DNA complementare, e questo comporta l'inserimento di una mutazione nel momento in cui il DNA viene replicato. Questo processo è alla base di una classe di patologie di origine genetica, chiamate xeroderma pigmentoso. Essa è una malattia genetica autosomica recessiva, caratterizzata da fotosensibilità (reazione infiammatoria sulla pelle anche dopo l'esposizione a luce normale) e una maggiore possibilità di manifestare carcinomi della cute. Domanda: Qual è l'origine della malattia quindi? Risposta: la malattia è ereditaria, è una mutazione acquisita dai genitori. I raggi solari sono necessari a sviluppare il danno al dimero di timina, che è alla base della patogenesi della malattia. La possibilità di manifestare il carcinoma in questi casi è tale per cui di solito la vita media di queste persone è di circa 30 anni.

Patogenesi dello Xeroderma Pigmentoso

Xeroderma Pigmentoso: Patogenesi I raggi UV generano il dimero di timina, che viene riconosciuto da alcuni elementi dei sistemi di riparazione, XPC e XPE, Questi ultimi svolgono la molecola (Unwinding), ovvero espongono il pezzo di DNA dove è presente il danno, permettendo il reclutamento di altri enzimi del sistema NER (Nucleotide Excision Repair), che si dispongono intorno al DNA, lo tagliano nel punto in cui è presente il dimero, e infine la DNA polimerasi copia l'elica complementare. A questo punto avremo il doppio filamento di DNA riparato. A causa di questa malattia possono esserci malfunzionamenti negli enzimi coinvolti, quindi viene meno il meccanismo di riconoscimento, di svolgimento o di escissione del 4

L'importanza del sistema NER è illustrata dai pazienti portatori di una malattia ereditaria nota col nome di xeroderma pigmentoso. frammento. La mutazione rimane all'interno della molecola, si trasmette alla progenie e può · Questa condizione autosomica recessiva è caratterizzata da fotosensibilità, aumento notevole del rischio di sviluppare carcinomi della cute e da anomalie neurologiche. essere di tipo oncogenico. Di solito non c'è trattamento, ma si cerca di non esporre il I soggetti affetti muoiono di solito prima dei 30 anni a causa delle metastasi sviluppatesi da tumori maligni della pelle. soggetto malato ai raggi UV, sia naturali che artificiali (di solito più deboli). L'individuo deve essere monitorato costantemente, in modo da evitare la formazione di carcinomi. Si può @ Unive di Ferrara inoltre usare una cura palliativa per contenere i sintomi, come somministrazione ingente di vitamina D. Solitamente i pazienti malati vanno incontro a diversi trattamenti chirurgici, per togliere i tumori più estesi, e sono supportati dal punto di vista psicologico. Domanda: C'è una percentuale di guarigione per questa patologia? Risposta: No, c'è una percentuale di guarigione dal singolo carcinoma. Domanda: Come viene trasmessa questa malattia, se il danno per gli UV colpisce solo cellule dell'epidermide? Risposta: è come le altre malattie genetiche, essendo recessiva è possibile che qualcuno di noi abbia un allele mutato. Si può avere un allele mutato all'interno dei geni che codificano per qualcuno di questi enzimi, per effetto del caso, non dei raggi UV. Se due persone con allele mutato fanno un figlio, lui manifesterà la patologia in risposta all'esposizione ai raggi UV.

Dermatite Attinica

Una delle forme di adattamento cellulare a lungo termine a seguito di danno da raggi UV è l'iperplasia cutanea. L'esposizione cronica ai raggi UV può dare una forma patologica chiamata dermatite attinica, caratterizzata da un ispessimento dell'epidermide Dermatite attinica Si manifesta con un ispessimento della pelle con lieve eritema. L'epidermide tende a esfoliarsi molto spesso. È una mutazione precancerosa della pelle, se non viene trattata può diventare neoplastica. È tipica delle zone più esposte al sole e si manifesta di solito dopo i 40 anni, perché maggiore è l'età di un soggetto, maggiore è il tempo totale di esposizione a raggi UV Solitamente se l'esposizione cronica ai raggi UV viene interrotta subito, l'eritema tende a eliminarsi da sola; tuttavia, nel 60% dei casi evolve a neoplasia 5