Patologia clinica: storia e ruolo del laboratorio analisi nella diagnosi

Patologia clinica

Lezione 1, 28/02/2023 Storia e laboratorio analisi Il corso è costituito da 20 ore di lezione frontali a cui seguirà un test scritto formato da 3 moduli (Patologia clinica, Biochimica clinica e Microbiologia clinica). Si tratta di un quiz al computer a risposta multipla il cui voto finale è dato dalla media dei tre voti.

Un po' di storia!

Fin dall'antichità i medici ispezionavano reperti biologici per cercare la presenza di anomalie e possibili patologie. Ippocrate faceva l'ispezione delle urine, operazione molto semplice in quanto è un liquido facilmente accessibile e doveva avere colore, odore e sapore normale (la assaggiavano). In seguito a questa ispezione ipotizzò che avere l'urina che fa le "bollicine" non era né nella norma né un segno positivo, la schiuma che si forma è infatti dovuta all'eccessiva presenza di proteine che non dovrebbero esserci ( per esempio anche quando si va al mare e si vede la schiuma significa che ci sono fognature con sostanze ricche di proteine). Ippocrate quindi si accorge che le bollicine nell'urina aiutano a diagnosticare una malattia renale cronica.

Bright nel 1830 evidenzia la proteinuria attraverso la formazione del precipitato proteico scaldando l'urina in un cucchiaio con una candela sotto.

Storia della patologia clinica

• Ippocrate (460-375 ac): ispezione urine: Bollicine che galleggiano sulla superficie delle urine denotano una malattia renale duratura (Aforismi, Sezione VII, N. XXXIV)
• Bright (1830): evidenzia proteinuria attraverso la formazione di precipitato proteico (albuminuria) scaldando l'urina in un cucchiaio con una candela
• Rufo di Efeso (50 dc): descrizione dell'ematuria, attribuita a difetto di funzione renale
• 100-0 dc. Analisi urine: volume, colore, aspetto, odore e peso. Uso della matula (vaso sferico con lungo collo).

Diabete: dal greco "sifone" idraulico si riferisce a una eccessiva produzione di urina ("test di laboratorio" valutazione del volume urinario) ->diabete mellito (dolce) e diabete insipido ("test di laboratorio“: assaggio) > diabete insulino-dipendente e insulino-indipendente ("test di laboratorio" dosaggio insulina). Banting/Macleod: Nobel 1923 I primi test sul sangue erano simili a queslli sulle urine: osservazione visiva e valutazione del peso

Rufo di Efeso nel 50 d.C. è stato il primo a descrivere l'ematuria, attribuita al difetto di funzione renale (se si fa urina rossa invece che gialla è chiaro che qualcosa non vada). Nel 100 d.c. iniziano a formalizzare l'analisi delle urine, descriverne il colore, il volume, l'aspetto, il peso, l'odore: in caso di poliuria si tratta di diabete mentre se vi è un deficit di produzione di urina vuol dire che probabilmente il rene non funziona.

• Colore: si è visto il rosso ma ce ne sono anche di peggiori
• Odore: se ha un cattivo odore è segno di fermentazione batterica
• Sapore: se è dolce si tratta di diabete mellito mentre si avrà diabete insipido nel caso non ci sia zucchero (hanno continuato ad assaggiarla fino all'800, le analisi di laboratorio risalgono al 1923).

Età moderna

Biochimica (XVII secolo)

>primi concetti di biochimica di urine e sangue: valutazione di sali, zolfo, mercurio. >Robert Boyle pubblica nel 1684 un articolo chiave sull'analisi chimica del sangue (John Locke è stato un suo allievo prima di diventare un filosofo famoso L'attività "core" del laboratorio analisi è ancora oggi l'analisi quantitativa e qualitativa dei costituenti biochimici dei liquidi corporei

Microscopia: Marcello Malpighi (1628-1694)

>Gabriel Andral (1797-1876): anemia >Rudolph Virchow (1821-1902: analisi sangue e patologia cellulare (1845:leucemia) >Bizzozzero (1846-1901): piastrine All'inizio del Novecento, nonostante un generale accordo in letteratura, meno di un medico su mille era in grado di riconoscere i diversi tipi di cellule nel sangue.

"Diabete" deriva dal greco "sifone" che indica una situazione di eccessiva produzione di urina. Il diabete mellito può essere insulino dipendente o insulino indipendente mentre il dosaggio di laboratorio è arrivato molti anni dopo (100 anni fa appunto). Hanno provato anche a riportare la metodica del test delle urine nel sangue ma è molto più complicato perché il colore del sangue è sempre lo stesso e non è facile fare un'analisi "occhio metrica".

1Età moderna Nell'età moderna si sviluppano chimica, biochimica e fisica, (chimica e fisica sono le scienze esatte sviluppate per prime nel XVII secolo), si è inoltre iniziato a fare analisi chimiche sul sangue: sali, zolfo, mercurio. Boyle nel 1684 pubblica un articolo chiave sull'analisi chimica del sangue cercando di stabilire delle regole. Locke è stato un patologo clinico che si è occupato di microscopia con i primi microscopi per visualizzare il "super piccolo". All'inizio dell'800 viene descritta l'anemia da Andral mentre Virchow descrive la leucemia. Le piastrine vengono per prime descritte da Bizzozero, patologo generale e fondatore della patologia generale piemontese a Pavia e primo patologo generale di Torino. Tuttavia agli inizi del 900 meno di un medico su mille era in grado di riconoscere i diversi tipi di cellule del sangue. Con il progredire delle conoscenze e delle tecniche gli studiosi hanno cominciato a scrivere dei libri, manuali che cercavano di standardizzare per i vari laboratori il tipo di analisi da fare sul sangue. Il capostipite degli autori di questi manuali è Sir. William Osler che ogni paio d'anni pubblicava un manuale aggiornato nel quale inseriva i testi nuovi. Nel 1892 riscrive testi per la valutazione dell'emoglobina, per la conta dei globuli rossi, bianchi, identificazione dei parassiti, qualche anno dopo descrive l'emocoltura, puntura lombare ecc .. Agli inizi del '900 descrive il tempo di coagulazione nell'emofilia e pochi anni dopo parla della fragilità osmotica, della tolleranza al glucosio. Si può quindi notare come gli studiosi dell'epoca svilupparono molti metodi per fare analisi anche se non avevano la tecnologia che c'è oggi.

Evoluzione dei test diagnostici documentati

Libri di testo di medicina di laboratorio

• 1892: Sir William Osler. Valutazione di emoglobina, conta globuli rossi e bianchi, identificazione dei parassiti della malaria, analisi urine di base.
• 1898 Sir William Osler. Emocoltura, puntura lombare (meningite), amino aciduria nelle malattie epatiche
• 1901 Sir William Osler. Tempo di coagulazione nell'emofilia
• 1912 Sir William Osler. Test di fragilità osmotica, tolleranza al glucoso
• 1914 P.N. Patton. Analisi strisci sangue colorati, esame spettroscopico, riconosciemto visivo bilirubinemia, acido urico, istologia (frozen section e inclusione in paraffina)
• 1890: la maggioranza delle diagnosi di laboratorio in U.S. erano eseguite dal medico nel proprio studio
• Nel 1898, Sir William Osler ha fondato i primi laboratori ospedalieri specialistici al Johns Hopkins Hospital

Nel 1920 gran parte dei grandi ospedali possedevano reparti distinti diretti da un primario in carico di biochimica, patologia clinica, batteriologia, sierologia, immunologia, radiologia.

Patton nel 1914 scrive l'analisi morfologica del sangue tramite strisce di sangue. Nel 1890 la maggior parte delle analisi erano effettuate dal medico nel proprio studio, non c'erano ancora i laboratori di analisi ma pochi anni dopo, agli inizi del '900, Osler fonda i primi laboratori ospedalieri specialistici e nel 1920 gran parte degli ospedali già possedevano pochi reparti diagnostici di patologia, di chimica clinica, di radiologia con personale dedicato e primario dedicato. Nello sviluppo della diagnostica ci sono alcuni passi chiave: nel '900 Landsteiner scopre i gruppi sanguigni ABO, nel '26 Tiselius sviluppa l'elettroforesi delle proteine (che facciamo ancora ora), nel '30 Kay sviluppa il primo metodo di laboratorio per la valutazione della fosfatasi alcalina (nascita della enzimologia clinica). Nel '35 è stato sviluppato il primo PHmetro per calcolare il PH, nel '45 il primo test della coagulazione del sangue e nel '50 il primo radioimmunoassay, capostipite degli ELISA ossia test immunometrici utilizzati ancora oggi. Nel '52 viene inventata l'immunoelettroforesi

• 1900: Lansteiner scopre i gruppi sanguini ABO (test agglutinazione) (Nobel 1930)
• 1926: Arne Tiselius sviluppa l'elettroforesi delle proteine (Nobel 1948)
• 1930: Kay sviluppa il primo metodo di laboratorio per la valutazione delle fosfatasi alcalina (nascita della enzimologia clinica).
• 1935: Beckman Instruments introduce il primo pH metro
• 1945: Borgstrom sviluppa il primo test di coagulazione del sangue
• 1950: Yalow e Berson sviluppano il radioimmunoassay (Nobel 1977)
• 1952: Poulik inventa l'immunoelettroforesi
• 1954: Kuby sviluppa il metodo dell'attività della creatinfosfochinasi activity; LaDue il metodo della lattato deidrogenasi
• 1959: primo analizzatore automatico a "canale singolo" per biochimica clinica l' "Auto- Analyzer" della Technicon Corp.
• inizi '60: Porter e Edelmann descrivono la struttura degli anticorpi (Nobel 1972)
• inizi '70: Kohler e Millstein descrivono un metodo per la produzione di anticorpi monoclonali
• 1971: metodo ELISA
• 1983: Mullis inventa la polymerase chain reaction (Nobel 1993)

2mentre nel '54 viene introdotta un'altra metodica di enzimologia, ossia la creatinfosfochinasi. Nel '59 venne invece inventato il primo analizzatore automatico a canale singolo, prima di allora bisognava "pipettare" tutto a mano. Agli inizi degli anni 60 viene descritta la struttura degli anticorpi, agli inizi del '70 anticorpi monoclonali, nel '71 ELISA, nell' '83 la PCR (polymerase chain reaction). In questi anni venne sviluppata la gran parte della metodologia diagnostica che usiamo oggi.

Riassunto

I passi chiave sono: nel '700 la nascita della biochimica clinica, nell'800 la microscopia, nel '900 il laboratorio analisi. All'interno del laboratorio di analisi: nel '30 l'enzimologia, negli anni 50 l'immunometria, nel '60 si ha un grande sviluppo dell'automazione, nel '70 l'avvento degli anticorpi monoclonali che hanno rivoluzionato la diagnostica. Prima per identificare l'analita erano necessarie delle metodiche chimiche, adesso con l'anticorpo che vede l'analita è veramente cambiato il tipo di diagnostica. Gli anticorpi monoclonali hanno poi permesso lo sviluppo della citometria a flusso fondamentale per la diagnostica ematologica e dal '90 in poi con la biologia molecolare è stata totalmente modificata la diagnostica.

Milestones

• 700: Biochimica clinica
• 800: Microscopia (Patologia cellulare, istologia, microbiologia)
• 900: Laboratori analisi
• 1930: Enzimologia
• 1950: Immunometria
• 1960: Automazione
• 1970: Anticorpi monoclonali
• 1980: Citometria
• 1990: Biologia molecolare

Nel 2000 vengono introdotte le scienze omiche, che sono le analisi delle molecole organiche nel loro insieme a partire dalla genomica, ossia l'analisi del genoma umano (già realizzata). La genomica è l'unica omica che è già arrivata in diagnostica. A Novara hanno settori di genetica che ha il Next Generation Sequencing, con il quale analizzano l'intero esoma di ciascun paziente.

• 2000: OMICHE

2000-Genomica (genetica, trascrittomica, metagenomica) 2010-Spettrometria di massa (proteomica, metabolomica, lipidomica) Al paziente che ha una anomalia genetica (es. il bambino sindromico, etc ... ) che non si riesce a riconoscere viene analizzato l'intero esoma, quindi tutti gli esoni e il dna codificante, senza andare a scegliere un determinato gene e questo viene fatto in poche ore ad un prezzo modesto. A breve, per quanto riguarda la diagnostica, l'omica arriverà anche in spettrometria di massa. Attualmente fa analisi omiche di proteine (proteomica), di metaboliti (metabolomica), di lipidi (lipidomica) e si usa anche in ricerca. A Novara si sta prendendo uno spettrometro di massa ad alta risoluzione che permetterà di fare una tossicolomica, un'analisi tossicologica senza andare a ricercare il singolo tossico, il singolo

Biomedicina classica

Ricerca e clinica

farmaco o la singola droga. È utile in caso arrivi Genera Oncology un paziente in coma che ha preso qualche -Riduzionistica Neurology > pochi parametri fondamentali e modelli semplici Hematology per spiegare un fenomeno sostanza ignota, oppure nel caso di stupro se c' Cardiology è bisogno di chiarire col medico legale se la Dermatology -Hypothesis driven Infectiology paziente è stata drogata e non si sa cosa cercare. Quindi con questo strumento si è in grado di -Organicistica Pulmonology >specializzazioni mediche e organizzazione dell'ospedale Gastroenterology valutare la situazione analizzando un campione Otorhinolaryngology Dentistry biologico del paziente (es. urina), da cui si -Evoluzione: Obstetrics/Gynecology otterranno dei picchi "strani" che verranno poi >dall'approccio empirico e l'intuizione del medico Ophthalmology analizzati tramite questa nuova tecnologia >alla evidence-based medicine e l'uso di linee guida Plastic surgery Laboratory 3