Biocompatibilitate

De asemenea prin biocompatibilitate se intelege proprietatea unui material de a fi compatibil cu organismele vii, adica de a fi acceptat de o maniera definitiva de catre organism fara a genera reactii adverse .

Aşadar, biomaterialul trebuie să nu prezinte toxicitate sau să nu producă reacţii inflamatorii, atunci când este introdus în organismul uman ca şi implant.Clasificare

biocompatibilitatea intrinseca se înţelege faptul că suprafaţa implantului trebuie să fie compatibilă cu ţesutul gazdă din punct de vedere chimic, biologic şi fizic.

Factori determinanti: insolubilitate rezistenţa la coroziune la un pH de 6,6-7,5 neutralitate electrică rezistenţă mecanică

biocompatibilitatea extrinsecă funcţională, acesta se referă la proprietăţile mecanice ale materialului, cum ar fi modulul de elasticitate, caracteristicile de deformaţie şi transmiterea optimă a solicitărilor la interfaţa dintre implant şi ţesut.

Factori determinanti biostabilitate formă macroscopică structură micromorfologică de suprafaţă Biocompatibilitatea unui implant depinde de numeroşi factori ca :

starea generală de sănătate a pacientului, vârsta, permeabilitatea ţesutului, factori imunologici caracteristicile implantului (rugozitatea şi porozitatea materialului, reacţiile chimice,

proprietăţile de coroziune, toxicitatea acestuia). Din punct de vedere chimic, materialele biocompatibile trebuie să fie stabile şi să aibă o bună rezistenţă la coroziune, având în vedere particularităţile solicitărilor la care sunt supuse în corpul uman:

1. compoziţia mediului intern variază continuu, având un caracter de la bazic la acid; are loc şi o coroziune microbiologică, imposibil de estimat în condiţii de laborator;

2. în funcţie de destinaţie, unele materiale sunt supuse solicitărilor mecanice constante, generând coroziunea sub tensiune, respectiv ciclice, caz în care apare coroziunea la oboseală;

Biocompatibiliatea – este un concept complex care ia in considerare toate procesele care au loc la interactiunea dintre biomaterial si un organism viu. Biocompatibilitatea reprezinta capacitatea unui material de a rezista in vivo si in vitro o perioada acceptabila de timp fara efecte daunatoare asupra organismului gazda. Toate materialele folosite la executia implantelor medicale trebuie sa fie biocompatibile, dar exista diferite grade de biocompatibilitate, în functie de utilizare . Asadar, biomaterialul trebuie sa nu prezinte toxicitate sau sa nu produca reactii inflamatorii, atunci când este introdus în organismul uman ca si implant.

Testarea biologică a biomaterialelor(A). Teste de evaluare iniţială

1. Citotoxicitate 2. Sensibilizare 3. Potenţial iritant . 4. Reactivitate intracutanată 5. Toxicitate sistemică (acută) 6. Toxicitate subcronică (subacută)

7. Genotoxicitate 8. Implantare 9. Hemocompatibilitate

(B). Teste de evaluare complementară 1. Toxicitate cronică 2. Carcinogenitate 3. Toxicitatea asupra reproducerii şi dezvoltării (creşterii) 4. Biodegradare

Pricipalele mecanisme de interactie dintre biomaterial si mediul biologic sunt prezentate în tabelul urmator:

Influenta biomaterialului asupra mediului biologic

Influenta mediului biologic asupra biomaterialului

A. Efecte locale 1.Interactiunea sânge-biomaterial -absorbtia de proteine -coagularea -fibrinoliza -adeziunea proteinelor si leucocitelor -hemoliza 2.Toxicitatea 3.Modificari ale vindecarii normale -încapsulare -reactia de corp strain 4.Infectii 5.Tumorigeneza B. Efecte sistemice 1.Embolizarea -trombi 2.Hipersensitivitatea 3.Eliberarea particulelor metalice în sânge 4.Transportul particulelor limfatice

A. Efecte fizico-mecanice 1. Uzura abraziva 2. Frecarea 3. Coroziunea 4. Coroziunea sub tensiune 5. Degradarea B. Efecte biologice 1. Absorbtia de substante din tesuturi 2. Degradarea enzimatica 3. Calcifierea

Conform unor principii generale, s-a convenit aplicarea urmatoarelor principii metodelor de evaluare biologica a dispozitivelor medicale:

a) testele trebuie efectuate pe produsul finit sau esantioane reprezentative ale produsului finit sau ale materialelor;

b) alegerea metodelor de testare trebuie sa tina seama de: natura, gradul, durata, frecventa si conditiile de expunere sau de contact cu suprafetele

corpului uman cu dispozitivele în utilizarea normala prevazuta; natura fizica si chimica a produsului finit; potentialul toxic al componentilor chimici în formula produsului finit; faptul ca anumite teste (de exemplu cele destinate sa estimeze efectele sistemice) pot

sa nu fie aplicabile în absenta substantelor extractibile, relatia dintre suprafata dispozitivului si talia corpului celui caruia îi este aplicata; informatia existenta bazata pe literatura, experienta si testarile preclinice;

c) Daca se prepara extracte din dispozitive, se convine ca solventii si conditiile de extractie utilizate sa fie corespunzatoare naturii si utilizarii produsului finit;

d) Martorii pozitivi si negativi sa se efectueze atunci când sunt necesari.

Doua aspecte controleaza corozivitatea acestui mediu: solutia salina este un electrolit excelent, facilitând mecanismele electrochimice ale

coroziunii, exista multe specii moleculare si celulare în tesuturi care au capacitalea de a cataliza

anumile reactii chimice sau de a distruge anumiti componenti identificati ca straini organismului.

Valoarea normala pentru pH se modifica imediat dupa operatia chirurgicala de implantare, functie de aceasta, si este variabil în timpul perioadei de vindecare. În momentul implantarii, valoarea pH se modifica spre valori acide de circa 5,2 în zonele afectate ale tesutusrilor si revine la normal în câteva zile. De asemenea, valoarea pH depinde si de existenta sau nu a infectiilor.

Principalele elemente metalice utilizate sunt (grupate dupa domeniul de utilizare):  a) implante si proteze ortopedice sau dentare (Al, Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, Sn, Ta, Ti, V, W, Zr, etc.)  Implantele folosite în stomatologie si chirurgia ortopedica sunt confectionate din trei mari clase diferite dealiaje, fiecare prezentând componente caracteristice, alaturi de cele executate din metale pure:

metalele pure folosite la fabricarea dispozitivelor medicale sunt titanul-Ti, tantalul-Ta si aurul-Au; aliajele pe baza de fier- Fe , cu un continut ridicat de crom-Cr, denumite oteluri inoxidabile; aliaje pe baza de cobalt- Co , cu un continut de 25-30% crom-Cr, 5-7% molibden-Mo si cantitati mici

de alte metale ca nichel-Ni, mangan-Mn, zirconiu-Zr si staniu-Sn, respectiv cele cu aproximativ 20% crom-Cr, 10% nichel-Ni si pâna la 15% wolfram-W;

aliaje pe baza de titan -Ti , cu 70-90% sau mai mult titan-Ti, care contin procente mici de alte metale: aluminiu-Al, vanadiu-V, niobiu-Nb, tantal-Ta, mangan-Mn, zirconiu-Zr si staniu-Sn;

b) aliaje dentare nepretioase (Al, B, Be, Cd, Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Ni, Si, Ti, V, W, etc.); pretioase si semipretioase (Ag, Au, Cu, Fe, Ga, In, Ir, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, Zn, etc.); amalgame dentare (Ag, Cu, Hg, Sn, Zn, etc.)

Particule rezultate prin uzura   Un alt factor de risc este fenomenul de uzura, care apare în special la componentele protezelor articulare si la implanturile mobile, nestabilizate, care pot genera particule prin abraziune. Particulele produse prin uzura obtinute prin abraziune apar deci în mod esential în vecinatatea protezelor articulare si a implantelor cu o oarecare mobilitate. Aceste particule pot induce reactii tisulare multiple, incluzând:

osteoliza; degradarea structurii normale a osului; reactia severa a macrofagelor; granuloame; capsule fibroase; reactii inflamatorii si imune;

În general, marea majoritate a specialistilor admite în prezent ca: biomaterialele polimerice si biomaterialele ceramice dau mai putine probleme decât

biomaterialele metalice, în ceea ce priveste desprinderea de particule prin uzare; forma si marimea particulelor au un rol important: în acest proces, deoarece fragmentele mai

mici si cu contururile neregulate sunt mai active decât fragmentele mai mari si cu contururile netede;

aliajele continând Co–Cr–Ni dau mai multe probleme decât aliajele pe baza de titan. Reactii tisulare

  Cele mai frecvente sunt leziunile granulomatoase, care apar în special în jurul aliajelor Co–Cr–Ni. Acestea sunt caracterizate printr-o mare densitate de fibre de colagen si de prezenta de celule gigantice multinucleare: fibroblasti; plasmocite; histiocite, etc. Granuloamele benigne contin frecvent precipitate ce confera un aspect negricios tesutului, evolutia acestor granuloame putând duce uneori chiar la blocarea protezelor articulare care va necesita reinterventie chirurgicala. Un alt tip de leziune care poate apare este modificarea structurii osului. S-a observat ca placile de osteosinteza, realizate din biomateriale metalice, au fost total acoperite de tesutul osos nou format, dupa 3-4 ani, ceea ce face ca recuperarea acestor dispozitive sa devina deosebit de dificila. La nivelul interfetei os-implant pot avea loc fenomene de scleroza cu osteonecroza, numite si metaloza. Aceasta are doua caracteristici mai importante: frecventa mare si extinderea necrozei, care uneori poate fi totala, si existenta simultana a reactie limfoide. Sensibilizarea si alergiile   Alergia a fost initial definita ca o reactie puternica a individului la substantele reintrate în organism. Aceasta definitie a fost modificata o data cu progresul cercetarilor imunologice. Substanta sensibilizanta, numita antigen, este o molecula sau o celula care, odata introdusa în organism, induce producerea de anticorpi sau celule specifice defensive. Coombs si Gell (1975) au definit patru tipuri de alergii, din care cele mai importante sunt cele de tipul IV. Acestea sunt denumite dermatite de contact, si cele mai studiate sunt reactiile alergice produse de metalele din compozitia chimica a otelurilor inoxidabile sau a aliajelor de tip Co–Cr. Efectul hipersensibilizant în dermatita de contact apare în general la nivelul pielii sub forma de eczema, dar pot apare si reactii la nivelul mucoaselor, sub forma de stomatita. Alergiile de tip IV apar cu mediere celulara fara producerea de anticorpi si din acest motiv nu este posibila desensibilizarea. Termenii corecti din punct de vedere imunologic sunt aceia de sensibilizare si hipersensibilizare, termenul de alergie fiind utilizat de obicei doar în situatiile clinice. Biodegradarea este un termen care poate fi folosit pentru reactii care se produc în câteva minute sau

pentru cele care au loc în ani. Uneori se poate proiecta ca aceste reactii sa se produca la un anumit timp dupa implantare, alteori acestea se produc la un anumit termen, neprevazut.

În urma biodegradarii, biomaterialele implantate se pot dizolva, farâmita, pot deveni elastice sau rigide. În ceea ce priveste produsele rezultate în urma degradarii, acestea pot fi toxice corpului sau pot fi concepute sa realizeze o functie farmaceutica.

Conform standardului ISO 10993, tipurile de teste care se efectueaza pentru aprecierea biocompatibilitatii sunt: mutagenitatea; toxicitatea sistemica acuta; toxicitatea orala; citotoxicitatea; pirogenitatea; senzitivitatea; toxicitatea intravenoasa; hemoliza; iritatia; implantarea.

Alergia a fost initial definita ca o reactie puternica a individului la substantele reintrate în organism. Aceasta definitie a fost modificata o data cu progresul cercetarilor imunologice. Substanta sensibilizanta, numita antigen, este o molecula sau o celula care, odata introdusa în organism, induce producerea de anticorpi sau celule specifice defensive.

Termenii corecti din punct de vedere imunologic sunt aceia de sensibilizare si hipersensibilizare, termenul de alergie fiind utilizat de obicei doar în situatiile clinice. Opiniile oamenilor de stiinta sunt înca împartite despre potentialul sensibilizarii alergice al metalelor la pacientii care au implante sau endoproteze, desi majoritatea autorilor au demonstrat o strânsa legatura între concentratia de Ni, Cr si Co din aliajele utilizate ca biomateriale si potentialul alergic al acestora.

Testarea biologica a biomaterialelor   (A). Teste de evaluare initiala - Testele initiale de raspuns biologic sunt indicate în continuare:

1. Citotoxicitate Prin utilizarea tehnicilor de cultura celulara, aceste teste determina liza (moartea) celulara, inhibitia

cresterii celulare si alte efecte asupra celulelor provocate de dispozitivele, materialele si/sau extractele lor.

2. Sensibilizare Aceste teste evalueaza pe un model corespunzator, probabilitatea sensibilizarii la contactul cu

materialele, dispozitivele si/sau extractele lor. Aceste teste sunt adecvate, caci o expunere sau un contact chiar si în cantitati minime de substanta potential extractibila, poate sa conduca la reactii de sensibilizare sau alergie.

3. Potential iritant Aceste teste evalueaza potentialul iritant al dispozitivelor, materialelor si/sau extractele lor, utilizând

zone corespunzatoare sau tesuturi de implantare ca pielea, ochiul si mucoasele, pe un model adecvat. Testul (testele) realizat(e) trebuie sa adapteze zona de aplicare (piele, ochi, mucoasa) si durata

expunerii cu scopul de a determina efectele iritante ale dispozitivelor, materialelor si substantelor potential extractibile.

4. Reactivitate intracutanata Aceste teste evalueaza reactia locala a tesutului la extracte cu dispozitiv. Ele sunt aplicabile atunci

când determinarea potentialului iritant prin testari cutanate sau pe mucoase sunt neadecvate (de exemplu, pentru dispozitivele cu acces la circuitul sanguin). De asemenea, aceste teste pot fi utile atunci când substantele extractibile sunt hidrofobe.

5. Toxicitate sistemica (acuta) Aceste teste evalueaza pe un model animal potentialele efecte daunatoare datorate expunerii unice

sau multiple, într-un timp mai mic de 24 h, a dispozitivelor, materialelor si/sau al extractelor lor. Ele sunt adecvate atunci când contactul antreneaza o absorbtie posibila de substanta extractibila toxica si produsele de degradare. Testele de pirogeniticitate sunt incluse pentru a detecta pirogeniticitatea extractelor, dispozitivelor sau materialelor. O singura testare nu poate diferentia pirogeniticitatea indusa de catre material, datorita contaminarii cu endotoxine.

6. Toxicitate subcronica (subacuta) Aceste teste determina efectele unei expuneri simple sau multiple a dispozitivelor, materialelor si/sau

extractelor lor pe o perioada de timp de cel putin 24 h, la cel mult 10% din durata de viata a animalului de experienta (de exemplu, pâna la 90 zile).

7. Genotoxicitate Aceste teste utilizeaza culturi de celule de mamifere sau nemamifere, sau altfel de tehnici pentru a

deternima mutatiile genetice, modificari ale numarului si structurii cromozomiale precum si alte efecte toxice asupra ADN-ului sau genelor, provocate de catre dispozitivele, materialelor si/sau extractele lor.

  8. Implantare Aceste teste evalueaza efectele patologice locale asupra tesuturilor vii, atât la nivel macroscopic cât

si microscopic, ale unui esantion de material sau produs finit plasat sau implantat într-o zona de implantare sau un tesut corespunzator pentru aplicatia prevazuta. Se convine ca aceste teste sa fie adaptate zonei si duratei de implantare. Pentru un material, aceste teste sunt echivalente celor de toxicitate subacuta, daca se studiaza si efectele sistemice.

9. Hemocompatibilitate Aceste teste evalueaza, pe un model sau sistem corespunzator, efectele dispozitivelor sau

materialelor în contact cu sângele, asupra sângelui sau componentelor sanguine. Testele specifice de hemocompatibilitate pot fi, de asemenea, imaginate pentru a simula geometria, conditiile de contact si dinamica fluidelor, în dispozitivul sau materialul supus aplicatiilor clinice. Testele de hemoliza determina gradul de liza a globulelor rosii si eliberarea hemoglobinei provocata de catre dispozitiv, materiale si/sau extractele lor in vitro.

(B). Teste de evaluare complementara:

1. Toxicitate cronica Aceste teste determina efectele unei sau mai multor expuneri ale dispozitivelor, materialelor si/sau

extractelor lor pe durata unei perioade de cel putin 10% din durata de viata a animalului de experienta (de exemplu, peste 90 de zile pentru sobolan). Se convine ca aceste teste sa fie adaptate zonei de aplicare si duratei de expunere.

2. Carcinogenitate Aceste teste determina potentialul onconogen al dispozitivelor, materialelor si/sau extractele lor, în

urma unei sau mai multor expuneri sau contacte pe o perioada de timp acoperind toata viata animalului supus testarii. Aceste teste pot fi concepute în scopul examinarii toxicitatii cronice si caracterului oncogen în cursul unui experiment. Testele de carginogenitate nu sunt în general efectuate decât daca exista rezultate care converg si care provin din alte surse. Se convine ca aceste teste sa fie adaptate zonei de aplicare si duratei de expunere.

3. Toxicitatea asupra reproducerii si dezvoltarii (cresterii) Aceste teste evalueaza efectele potentiale ale dispozitivelor, materialelor si/sau extractele lor asupra

functiei de reproducere, dezvoltarii embrionare (teratogenitate) si dezvoltarea prenatala si postnatala precoce. Testele de toxicitate sau testele biologice asupra reproducerii si cresterii nu sunt în general efectuate decât în cazul unde dispozitivul are o posibilitate de impact asupra capacitatii de reproducere a subiectului. Trebuie sa se tina seama de locul de aplicare a dispozitivului.

4. Biodegradare Atunci când exista posibilitatea de degradare si/sau resorbtie, aceste teste pot pune în evidenta

procesele de absorbtie, distributie, biotransformare si eliminare a substantelor extractibile si produsele de degradare a dispozitivelor, materialelor si/sau extractelor lor.

Biomaterialele metalice au influente diferite asupra organismului uman, distingându-se diferite forme de reactii biologice, în functie de:

concentratia de metal; la concentratii foarte mici, unele elemente ca cobalt, cupru, fier, mangan, zinc, chiar si nichel

sunt esentiale in metabolism la concentratii mari sau excesive aceleasi elemente pot duce la reactii toxice; foarte cunoscute

sunt cele induse de arsenic, cobalt, nichel, plumb si multe altele. timpul de expunere;

reactiile biologice sunt de regula nesemnificative la contactul cu majoritatea metalelor, atunci când timpul de expunere este redus, (sub 30 zile);

cu cât este mai mare timpul de expunere, cu atât creste riscul unor reactii biologice nedorite. calea de administrare.

caile de intrare în organismul uman a metalelor si ionilor metalici sunt variate: cale cutanata (contact cu pielea), cale respiratorie, cale digestiva, prin intermediul implantelor si protezelor executate din biomateriale metalice.

Acestea reprezinta o sursa in crestere de metale si ioni de metale în corpul uman.

CELULA Celula este unitatea morfologica si functionala a vietii, unitate elementara a lumii vii, produs al

evolutiei, cu o structura complexa, aflata într-o relatie de autonomie si echilibru dinamic cu mediu înconjurator.

Principalele proprietati ale celulei sunt: cresterea; dezvoltarea;

autoreproducerea. În functie de forma lor, celulele se clasifica astfel:

celule sferice (ovocitul); celule discoidale (hematia); celule cilindrice (celula intestinala); celule cubice (celulele epidermei); celule stelate (neuronul); celule flagelate (spermatozoidul); celule pavimentoase; celula Purchinje.

Din punct de vedere al dimensiunile celulare, care sunt variate, întâlnim:  

celule mici (3-4pm) – de exemplu: neuroni din scoarta cerebrala (4-5pm), limfocitele;  

celule medii (20-30pm) – de exemplu: majoritatea celulelor din organism;  

celulele mari (30pm) – de exemplu: ovocitele umane. Celula este alcatuita din:

membrana celulara; citoplasma; nucleu.

Membrana celulara - este o structura indispensabila vietii, care delimiteaza celula, conferindu-i individualitatea. - mediaza si controleaza interactiunea celulei cu toate compartimentele mediului sau moleculele

altei celule. Principalele componente ale membranei biologice sunt:

proteinele lipidele resturile glucidice sunt atasate proteinelor sau lipidelor.

Functiile membranei celulare sunt: permeabilitatea selectiva – realizata prin canale si pompe care regleaza trecerea ionilor si

moleculelor; elasticitatea; comunicarea – realizata prin receptori care recunosc informatia externa si declanseaza

mecanismele de raspuns celular. Membrana celulara este descrisa la microscopul electronic dupa modelul dinamic de mozaic fluid.

Baza moleculara a proprietatilor membranei poate fi prezentata schematic astfel: Difuza în faza lipidica; Canalele glicoproteice; Permeaze si transporturi specifice; Ionofori; Receptori; Endocitoza; Energia pentru transportul activ; Cuplarea macromoleculei membranei si mediatori intracelulari.

Este implicata în fenomenele de permeabilitate si transport, adezivitate si recunoastere celulara, integrarea celulelor în tesuturi, în evolutia unor fenomene ca vindecarea ranilor, inflamatia, proliferarea, maligna.

Membrana celulara separa un mediu extern de unul intern, cu caracteristici fizico-chimice diferite, fiind o bariera înalt specializata, o cale de comunicare controlata între cele doua compartimente, în ambele sensuri, prin transport de substante si transfer de informatie.

Pe de alta parte, majoritatea proceselor celulare fundamentale implica într-o anumita masura membrana, de exemplu replicarea ADN – biosinteza proteinelor.

Citoplasma Citoplasma - reprezinta continutul celulei cuprins între membrana si nucleu, cu care constituie unitatea morfofunctionala.Componenta citoplasmei este prezentata schematic astfel:

matricea citoplasmatica (substanta fundamentala a citoplasmei–citosolul) organitele citoplasmatice:

cu membrana: reticulul endoplasmatic, complexul Golgi, mitocondri, lizozomi, peroxizomi, vezicule de transport; fara membrana: ribozomi, cili, incluziuni de glicogen, lipide sau pigmenti.

diferentieri citoplasmatice; incluziuni citoplasmatice .

Nucleul este un organit cu rol central în viata celulei, fiind locul de depozitare a informatiei genetice (în

macromoleculele de ADN) si centrul de comanda si control al activitatilor celulei. Cu cât celula este mai tânara, cu atât activitatea metabolica este mai intensa, nucleul este mai mare si

citoplasma e mai redusa. Cromozomii si genele sunt structuri celulare ce contin majoritatea materialului genetic al moleculei

si “ vehicule” pentru stocarea, transmiterea, exprimarea si evolutia informatiei genetice. Materialul genetic, suportul ereditatii, este reprezentat de ADN. Gena este o portiune din molecula de acid nucleic. Gena are 500-1500 nucleotide, iar un cromozom

aproximativ 150.000.000 nucleotide. Transmiterea informatiei genetice poate avea loc prin:

autoreplicarea ADN transcriere ARN traducere proteine. Pâna în prezent au fost identificate circa 2000 de gene pe cromozomi umani.

Gena ocupa un loc specific pe cromozom, care este alcatuit din ADN, proteine (histone si nonhistone) si putin ARN.

T ESUTURI Asocierea organizata a celulelor în vederea îndeplinirii în organismul uman a anumitor functii

comune duce la formarea tesuturilor, care reprezinta sinteza colaborarii celulelor componente individuale.

Desi sunt formate din elemente de origine, dezvoltare, diferentiere si o specializare diferita, tesuturile care intra în alcatuirea organelor componente ale organismului nostru pot fi împartite în cinci tipuri de baza:

1. tesuturi epiteliale; 2. tesuturi conjunctive; 3. tesuturi musculare; 4. tesutul nervos; 5. tesutul sangvin. 6. Luate izolat, dar si în cadrul organizarii diferitelor organe,

tesuturile de un tip sau altul se impun printr-o individualitate care rezulta atât din caracterele morfologice generale ale

elementelor lor componente, cât si din proprietatile functionale în slujba carora se pun împreuna.

Sunt celulele constituite din celule care se afla între ele în raporturi de contiguitate fiind “solidarizate” printr-o substanta intercelulara sau prin diferite dispozitive functionale intercelulare speciale.

În general sunt lipsite de vase sanguine si limfatice cu o bogata inervatie. tesutul epitelial se clasifica în: de acoperire, secretoare si senzoriale. Totodata se mai poate clasifica in functie de forma celulelor:

Caracteristicile generale ale tesuturilor epiteliale sunt în principal: alcatuirea lor din celule de forma poliedrica; dispozitia în straturi continue a celulelor, fara substanta fundamentala între ele; prezenta unei suprafete externe uneori specializata si îndreptata spre exterior si a unei

suprafete interne orientata spre mediul intern, ceea ce corespunde polaritatii; asezarea pe o membrana bazala cu structura lamelara; lipsa de vase sanguine.

Principalele roluri îndeplinite de tesuturile epiteliale sunt: de acoperire (”epitelii”) sau de captusire (”endotelii”); de separare a mediului extern de cel intern; de secretie externa în glandele exocine sau de secretie interna în glandele endocrine; de transport selectiv a unor substante diferite; de receptie senzoriala – epiteliu olfactiv si muguri gustativi; de contractilitate – celulele mioepiteliale din acinii glandulari.

Distribuirea egala a celor trei componente principale: celule, substanta fundamentala si fibre, sau predominanta uneia dintre acestea, duce la aparitia mai multor tipuri de tesuturi conjunctive:

1. tesut conjunctiv lax- în care predomina fibrele elastice; 2. tesut conjunctiv fibros – în care predomina fibrele de colagen; 3. tesut conjunctiv reticular – în care predomina substanta fundamentala sau celule,

cum este de exemplu tesutul adipos. Fibrele de colagen, asigura rezistenta tesuturilor conjunctive si sunt constituite din proteine

fibroase. Fibrele elastice sunt bogate în elastina având calitatea de a fi extensibile. Fibrele de reticulina contin molecule de colagen si intra în alcatuirea organelor

hematopoetice si limfopoetice. Substanta fundamentala are caracterul unei substante omogene si este amorfa, vâscoasa,

fiind alcatuita din proteine fibroase, glicozaminoglicani si glicoproteine. TESUTURI CONJUNCTIVE Celulele conjunctive pot fi autohtone (celule conjunctive propriu-zise) sau alogene care ajung în

matricea intercelulara prin diapedeza. Tipuri de celule conjuctive:

Autohtone: fibroblaste, mastocite, plasmocite, histiocite, macrofage. Alogene : leucocite polimorfonucleare.

Functiile principale ale tesuturilor conjunctive sunt:

mecanice – fiind privite ca tesuturi de umplere, de legatura si de sustinere; de aparare a organismului; în reglarea hematopoiezei – prin distrugerea hematiilor; în procesele metabolice.

TESUTURI OSOASE tesuturile osoase sunt tesuturi dure, care datorita impregnarii substantei lor fundamentale cu saruri

fosfocalcice se adapteaza functiilor de sustinere, de rezistenta si intra în alcatuirea scheletului uman. celulele osoase tinere (osteoblastele), ca si celulele adulte (osteocitele), sunt formatoare de os, spre

deosebire de osteoclaste, care sunt celule resorbtive, adica celule distrugatoare de os. Matricea osoasa este formata:

dintr-o parte organica, reprezentata de fibre de colagen si glicozaminogliconi, si una anorganica, reprezentata de calciu si fosfor, care se prezinta sub forma de cristale de

hidroxiapatita, dispuse pe fibrele de colagen. Dupa proportia si aranjamentele partilor componente, tesuturile osoase pot fi:

compacte (haversiene) si spongioase (areolare)

TESUTURI OSOASE tesuturile osoase compacte au o structura cilindrico-lamelara, lamelele osoase fiind asezate în mod

concentric în jurul canalelor Havers. Un canal Havers, împreuna cu sistemul lamelar care îl înconjoara, formeaza osteonul, care reprezinta unitatea morfofunctionala a tesutului osos compact.

tesutul osos areolar prezinta la periferie periostul, o învelitoare conjunctiva constituita dintr-o zona externa formata dintr-un tesut conjunctiv dens si o zona interna în care domina celulele osteogene. Cavitatea medulara a oaselor este captusita de endost.

TESUTURI MUSCULARE Raspund de activitatea motorie, fapt care se realizeaza datorita functiei fundamentale a fibrei

musculare, si anume contractilitatea.

Din punct de vedere morfologic tesutul muscular este alcatuit din fibre dotate cu unul sau mai multi nuclei, o membrana celulara (sarcolema) si o citoplasma (sarcoplasma). În sarcoplasma se afla organitele celulare adaptate functiei de contractie -miofibrilele- si în principal microfilamentele .

Tesuturile musculare se împart din punct de vedere structural si functional, în: netede – involuntare striate – voluntare de tip scheletal de tip cardiace – involuntar.

ELEMENTE DE IMUNOLOGIEImunologia studiaza fenomenul de imunitate - mecanismele biologice prin care organismul reactioneaza asupra unor substante biologic straine. Exista doua grupe de mecanisme majore de aparare, si anume:

Apararea nespecifica sau imunitatea naturala sau înnascuta, care devine operanta de la începutul unei agresiuni si nu are specificitate fata de agentul cauzal;

Apararea specifica sau imunitatea câstigata, care se adreseaza în mod specific agentului agresor, dar care necesita un contact prealabil cu acesta.

Reactiile imune specifice, desi de cele mai multe ori sunt benefice organismului, datorita dereglarii sistemului imun, sub influenta diferitilor factori, pot deveni daunatoare propriului organism, prin intensitatea lor (reactii de hipersensibilitate) sau prin afectarea unor componente proprii (autoimunitate). Proprietatea unei substante de a induce un raspuns imun este definita ca imunogenitate, intensitatea acestei fiind variabila de la o substanta la alta. Insuficienta dezvoltare a sistemului imun (sau a unor componente ale acestuia) determina o sensibilitate crescuta a organismului fata de agentii infectiosi - imunodeficienta.Dupa cum o indica si numele, aceasta aparare este:

Nespecifica - ea se îndreapta împotriva agentilor infectiosi în general, nu a unuia în mod special. Indiferent de tipul sau proprietatile intrinseci ale microorganismului, reactia este similara.

Înnascuta - fiecare organism se naste cu aceste capacitati de aparare, care sunt influentati de factorii "constitutionali" si mai putin de cei ai mediului ambiant.

Lipsita de memorie imunologica - intensitatea si eficienta apararii naturale este egala pe parcursul vietii indiferent daca organismul a mai avut contacte anterioare cu acelasi agent patogen.

Apararea naturala se realizeaza prin: 1. factori tisulari 2. factori celulari3. factori umorali4. factori "constitutionali" genetic determinati.

1. Factorii tisulari Pentru ca un agent patogen sa se manifeste, este necesara patrunderea sa în mediul intern al organismului, aceasta actiune este împiedicata de bariera cutanata si de catre mucoase. Pielea integra, prin structura sa nu permite patrunderea agentilor patogeni, iar suprafata cutanata are un pH acid datorita acidului lactic si acizilor grasi rezultati din secretia glandelor sudoripare si sebacee. Rolul integritatii învelisului cutanat devine evident în cazul arsurilor, când suprafetele denudate faciliteaza infectia loco-regionala sau chiar generala. Mucoasele tapeteaza cavitati în care se gasesc sau pot patrunde agenti patogeni. La nivelul mucoaselor actioneaza mai multe mijloace de aparare:

- mijloace mecanice datorita elementelor de structura: epiteliul stratificat pavimentos în zone de contact direct cu mediul extern, cavitate bucala, faringe, esofag etc. Prezenta cililor mobili la nivelul cailor respiratorii faciliteaza eliminarea spre exterior a agentilor daunatori;

- mijloace chimice: secretiile digestive ca si urina mentin un pH nefavorabil dezvoltarii florei patogene.

2. Factori celulari Reprezinta elemente de aparare naturala care actioneaza în cazul în care agentul patogen a strabatut barierele naturale si a patruns în mediul intern. Fagocitele sunt celule cu origine în maduva osoasa a caror functie majora este procesul de fagocitoza, fiind reprezentate de celulele polimorfonucleare neutrofile si macrofagele tisulare. Macrofagele au un precursor comun cu granulocitele neutrofile; în maduva osoasa se multiplica si se diferentiaza în monociti care aproximativ dupa 3 zile de circulatie în sânge trec în tesuturi, alcatuind populatia celulara componenta a sistemului mononuclear fagocitar.Mecanismul fagocitozei se desfasoara în mai multe etape: a. Afluxul fagocitelor spre zona în care a penetrat agentul patogen (bacteria) sub influenta unor factori chemotactici pozitivi; datorita cresterii permeabilitatii vasculare, în prima etapa se realizeaza o aglomerare locala de fagocite, granulocite neutrofile, macrofage într-o etapa ulterioara. Factorii chemotactici sunt molecule de origine tisulara, bacteriana sau serica. b. Aderenta fagocitelor pe suprafete bacteriene pot fi datorate unor mecanisme de recunoastere primitiva. Aderenta determina activarea unor filamente de actina si miozina submembranare care vor determina extinderea de pseudopode; aceste pseudopode se vor atasa progresiv pe suprafata particulei din aproape în aproape datorita legarii receptorilor de pe fagocit de moleculele de pe suprafata particulei („mecanism în fermoar”).c. Endocitoza sau interiorizarea particulei este urmarea extinderii pseudopodelor pâna la înglobarea completa a particulei într-o vacuola intracitoplasmatica; procesul nu este propriu fagocitelor, particular acestora fiind dezvoltarea acestei proprietati care este îndreptata împotriva unor structuri de dimensiuni mai mari (bacterie) si care este o particula straina. d. Degradarea particulei fagocitate se realizeaza prin 2 mecanisme, si anume: mecanismul oxigeno-dependent si mecanismul oxigenio-independent.3. Factori umorali În paralel cu factorii celulari, în ser si în celelalte umori ale organismului se gasesc o serie de factori (molecule solubile) circulanti cu potential bactericid direct, stimulat de prezenta unui agent patogen. Ei nu interactioneaza în mod separat, ci în mod concentrat, si în interrelatie cu factorii celulari. Proteinele de faza acuta sunt reprezentate de proteine plasmatice a caror sinteza este stimulata de prezenta în special a bacteriilor. Aceste proteine sunt reprezentate de: proteina C reactiva, α 2-macroglobulina, ceruloplasmina etc. Sub actiunea germenilor prin endotoxine este stimulata sinteza de interleuchina care induce sinteza hepatica pâna la de 100 ori a proteinelor de faza acuta, determinând cresterea temperaturii corpului – acceasta fiind nefavorabila multiplicarii microorganismelor. Proteina C reactiva are proprietatea ca în prezenta ionilor de Ca2+ sa se fixeze pe structurile fosforilate din membranele bacteriene, astfel bacteriile fiind mai usor fagocitabile. Sistemul complement este un complex de aproximativ 20 proteine serice cu rol fundamental în imunitatea naturala, activarea lui având drept rezultat: citoliza, producerea de factori chemotactici si alti mediatori ai inflamatiei. Interferonii formeaza un grup de substante care sunt sintetizate de celulele infectate cu virus, având apoi activitate antivirala. Sinteza de interferoni poate fi indusa si de alte microorganisme, endotoxine bacteriene, acizi nucleici straini, polimeri sintetici etc. Sinteza lor apare dupa o faza de latenta de câteva ore, iar durata sintezei variaza între câteva ore si câteva zile. Celulele infectate cu virus

sintetizeaza interferoni pe care-i elimina extracelular; ei se vor lega de receptorii celulelor învecinate neinfectate conferindu-le rezistenta fata de penetrarea virusurilor. Anticorpii “naturali” se definesc ca anticorpi prezenti în ser în afara oricarei imunizari anterioare. În realitate este vorba însa despre anticorpi aparuti ca urmare a unor imunizari aparente sau prin reactii încrucisate. Rezultatul functionarii eficiente a imunitatii naturale este protectia organismului fata de agentii patogeni, în special de natura bacteriana. Efectul morfologic al acestei aparari este procesul inflamator acut.

Termenul de imunogen este acordat oricarei substante care patrunsa în organism este capabila de a declansa un raspuns imun de tip umoral sau mediat celular, având drept rezultat producerea de efectori ai raspunsului imun (anticorpi, celule sensibilizante, celule citotoxice). Termenul de antigen sunt acele substante care patrunse în organism sunt capabile de a reactiona cu efectorii raspunsului imun determinat de un imunogen. Rezulta ca orice imunogen este un antigen, dar nu orice antigen este si imunogen. De obicei, moleculele mari sunt atât imunogene cât si antigene. Moleculele mici de regula pot fi antigene dar nu si imunogene. În conditii obisnuite, un imunogen este o substanta straina, care nu poate face parte dintre componentii structurali si moleculari ai unui organism. În conditii de reglare a functionalitatii sistemului imun o substanta proprie poate deveni imunogen determinând starea de autoimunitate.Conditiile imunogenitatii se datoreaza existentei a 4 parametrii:

1. Caracterul strain fata de organism; 2. Patrunderea (introducerea) parenterala; 3. Greutate moleculara ridicata; 4. Natura proteica.

1. Caracterul strain fata de organism În conditii fiziologice, sistemul imun îsi recunoaste si tolereaza propriile componente, fara a reactiona prin producerea de efectori imuni. Fiecare individ poseda celule autoreactive si autoanticorpi fara ca acestea sa aiba repercusiuni nedorite. Fata de acest caracter se poate vorbi despre:

Antigeni autologi (proprii) care în conditii fiziologice nu induc raspuns imun (autogrefa sau grefa autologa este tolerata);

Antigeni singenici sunt antigenii care apar la gemenii homozigoti. Grefa singenica sau izogrefa este tolerata.

Antigenii homologi sau aloantigenii sunt antigenii reprezentati în cadrul aceleiasi specii dar care difera de la individ la individ sau între grupe de indivizi. Alogrefa este greu de tolerat.

Antigenii heterologi sau xenoantigenii sunt antigeni care difera între specii. Cu cât speciile sunt mai îndepartate filogenetic antigenitatea este mai mare. Xenogrefa nu este tolerata.

Antigenii heterogenetici sau heterofili reprezinta antigeni comuni mai multor specii. Antigenii sechestrati sunt molecule proprii, care însa prin situatia lor din punct de vedere

morfologic, nu au venit în contact cu sistemul imun în cursul dezvoltarii ontogenetice a unui individ (ex: fibrele cristaline, spermatozoizii). Patrunderea ulterioara în organism a acestor antigeni si contactul lor cu sistemul imun, va declansa un raspuns specific (ex: traumatismul cristalinului la un ochi va duce la lezarea prin anticorpi si a cristalinului de la celalalt ochi).

Introducerea parenterala Aceasta cale de patrundere produce o imunizare optima. Se cunosc în prezent imunizari pe cale digestiva (ex: vaccinarea antipoliomielitica), pe cale respiratorie (imunizarea fata de polen si aparitia starilor alergice), imunizarea percutana (producerea dermatitei de contact). 3. Greutatea moleculara. În general imunogenii puternici au greutati moleculare între 10 000- 20 000 daltoni. Sub limita de 5 000 daltoni o substanta devine imunogena numai legata de alta substanta. Pe lânga greutatea moleculara

antigenitatea este influentata si de încarcarea electrica a moleculei si de dimensiunile moleculei. În general, numarul epitopilor creste proportional cu dimensiunea (mai multi epitopi sunt expusi la suprafata organizarii spatiale a moleculei). Pe de alta parte, molecule foarte mari, agregate sau particule sunt fagocitate înainte de a lua contact cu sistemul imun.4. Natura proteicaPrimele substante recunoscute ca imunogene sunt proteinele. Acestea sunt puternic imunogene datorita continutului mare de aminoacizi care confera moleculei proteice si o diversitate de epitopi. Raspunsul imun total va fi reprezentat de suma anticorpilor fata de fiecare epitop în parte. Exista si alte substante imunogene precum:

Polizaharidele sunt imunogene incomplete deoarece nu prezinta suficienta diversitate chimica. În plus, sunt rapid catabolizate dupa administrare, înainte de a avea loc un contact suficient cu sistemul imun. Exista totusi si forme imunogene cum ar fi polizaharidele din structura capsulei pneumococilor si lipopolizaharidele din membrana endotoxinelor. Acesti imunogeni determina producerea de anticorpi care persista timp îndelungat în organism.

Lipidele pure nu sunt imunogene complet. Glicoproteinele sunt imunogene, fapt ilustrat de prezenta lor ca antigene de grup sangvin. Polipeptidele pot fi imunogene mai slabe, cum ar fi insulina, hormonul de crestere. Acizii nucleici sunt considerati ca neimunogeni în stare nativa; daca sunt însa sub forma de

lant simplu devin imunogeni. În raspunsul imun fata de un imunogen un loc important îl joaca doza administrata. O doza prea mica, sau dimpotriva prea mare nu genereaza raspuns imun; o noua administrare a aceluiasi imunogen în doza mica sau prea mare a indus o stare de toleranta. Fortele care intervin în reactia antigen-anticorp Complexele antigen-anticorp nu sunt legate ferm, ele pot fi disociate datorita faptului ca nu se formeaza legaturi covalente. Fortele care mentin complexele pot fi:

Forte electrostatice care se realizeaza prin încarcarea electrica diferita între antigen si anticorp;

Forte Van der Waals care permit stabilizarea complexelor prin complementaritate spatiala; Legaturi de H care stabilesc punti labile intermoleculare; Legaturi hidrofobe, consecutiv eliminarii unei molecule de apa.

Mentinerea complexelor se datoreaza în principal primelor doua tipuri de forte care actioneaza simultan. Consecinta actiunii acestor forte determina:

Afinitatea care reprezinta forta de atractie între epitop si anticorpul respectiv. Complexele cu afinitate mica se disociaza mai usor;

Aviditatea care reprezinta forta de atractie între totalitatea epitopilor unui antigen si întreaga populatie de anticorpi corespunzatori fiecarui epitop. Aviditatea este influentata de afinitatea individuala a fiecarui anticorp, de valenta antigenului si de valenta anticorpilor.

Relatia între structura antigenului si natura raspunsului imun Antigenele timoindependente sunt molecule imunogene capabile de a induce formarea de anticorpi prin stimularea directa si nemijlocita a limfocitelor B, fara interventia limfocitelor T. Exista doua tipuri diferite de astfel de antigene:

Tipul I este format din molecule care realizeaza un raspuns umoral (prin anticorpi), policlonal;

Tipul II este reprezentat de antigeni lineari cu epitopi repetitivi, care de regula persista timp mai îndelungat în organism fara a fi degradati. Acesti antigeni de obicei persista în sinusul subcapsular al limfoganglionilor sau în zona perifoliculara a corpusculilor Malpighi în splina, fiind recunoscuta de receptorii Ig ai limfocitelor B. Epitopii fiind repetitivi (aceeasi structura

si configuratie spatiala) se vor lega de mai multe molecule Ig receptori; astfel limfocitul B capata simultan mai multe semnale, suficiente pentru activare si expansiune clonala.

Antigenele timodependente. Marea majoritate a antigenilor naturali pentru a induce raspuns umoral necesita recunoasterea lor de catre limfocitele T care apoi prin fenomenul de cooperare intercelulara cu limfocitele B le vor activa în vederea producerii de anticorpi. În acest proces, epitopii fiind diferiti (nerepetitivi), limfocitul B va recunoaste un singur epitop (semnal insuficient pentru activare). Limfocitul T va recunoaste alti epitopi, se va activa si prin sinteza de interleukine va da celelalte semnale necesare activarii limfocitului B, care va raspunde prin anticorpi specifici fata de epitopul pe care l-a recunoscut.