La risposta cellulare a seguito di danno

Un danno alla membrana plasmatica provoca l’aumento della sua permeabilità.
In condizioni fisiologiche la concentrazione di ioni sodio (Na+) all’interno della cellula è molto inferiore (meno di 1/10) rispetto alla concentrazione dei medesimi ioni al suo esterno. Situazione diametralmente opposta per gli ioni potassio (K+) con concentrazioni nettamente inferiori all’esterno della cellula rispetto all’ambiente intracellulare.
Come conseguenza dell’aumentata permeabilità della membrana, gli equilibri sodio e potassio si alterano poiché tenderanno ad equilibrarsi nei due compartimenti (intracellulare ed extracellulare) secondo il loro gradiente di concentrazione.

Questa situazione provoca un accumulo di acqua nella cellula ed un relativo rigonfiamento acuto. Si verifica un contemporaneo ingresso di calcio ed una liberazione dello stesso da parte del RE e dai mitocondri.
Nel tentativo di ripristinare l’omeostasi le pompe ioniche ATP dipendenti incrementano il loro lavoro facendo aumentare la richiesta di O2 e substrati energetici (glucosio).
L’esaurimento di ATP causa l’incremento della produzione di F1,6 bisfosfato e l’accumulo di piruvato, in seguito convertito in lattato a fini energetici. Il passaggio al sistema anaerobico di produzione energetica abbassa il pH cellulare modificando l’attività enzimatica preposta all’omeostasi intracellulare.
La disgregazione delle membrane fosfolipidiche degli organuli cellulari e la conseguente fagocitosi, rilascia acido arachidonico.

In molti tipi di cellule la formazione di protusioni (bolle) sulla superficie della membrana è il chiaro sintomo che anticipa un danno. In questo stadio il fenomeno è ancora reversibile e non si conosce nel dettaglio per quale dinamica, ad un dato momento, divenga irreversibile.
I danni cellulari possono originare in vario modo, eliminando substrati endogeni, recettori, cofattori ecc. o competendo con essi.
Numerosi composti che potenzialmente possono causare un danno sono inizialmente metabolizzati in radicali liberi. I danni causabili sono limitati dagli antiossidanti e sistemi enzimatici. L’inibizione dei meccanismi di difesa provoca alla cellula uno stress ossidativo ed un danno cellulare. Il meccanismo d’azione dei metaboliti intermedi dell’ossigeno è basato sull’interazione con i lipidi di membrana che vengono perossidati. I lipidi idroperossidi generati aumentano la permeabilità della membrana attivando le reazioni precedentemente descritte.

Le membrane mitocondriali sono particolarmente sensibili a questi fenomeni, e come conseguenza possono liberare calcio nel citosol. L’aumento di calcio citosolico attiva delle proteasi (note come calpaine) in grado di danneggiare citoscheletro e proteine di membrana.
Inoltre i metaboliti intermedi reattivi dell’ossigeno sono in grado di interagire con il DNA causando rotture dell’elica. Riassumendo, tali metaboliti, sono in grado di: aumentare la permeabilità della membrana, inibire la pompa cationica, esaurire l’ATP e aumentare il calcio citosolico. E’ evidente il loro ruolo decisivo nella necrosi.